大峪水文站矩形長喉道測流槽水位流量比測率定

雷曉榮

（陜西省西安水文水資源勘測中心大峪水文站，陜西 西安 710100）

1 概況

1.1 自然地理

大峪河為渭河三級支流，灃河較大支流。屬渭河南岸山地足水地區(qū)，流域地形南高北低，呈長羽型，無較大支流，發(fā)源于長安縣以南，秦嶺主脊的光頭山，于大峪口出山，向西北流向始稱潏河，經(jīng)過王莽村、杜曲、申店以后，折向西流入灃河。流域面積79.4 km2，河長30 km。流域內(nèi)山峰陡峭，懸崖陡壁，天然林木較多，灌木叢生，植被良好。

區(qū)域上地勢南高北低，可分為兩大地貌單元，南部為秦嶺山區(qū)，北部為關中平原區(qū)。工程區(qū)位于山地與平原的結合部位。秦嶺北坡中低山區(qū)斜坡陡峻，溝深流急，地形復雜，植被覆蓋相對南坡較差。山區(qū)河流流向自南向北，由于流水的長期作用，形成一系列切割較深的峽谷，大峪即為峽谷之一；峪口以下為川塬交互區(qū)，以厚層的第四系黃土堆積為主要特征。具有“階梯式”臺面。故稱為黃土臺塬地形，一般均有三級臺面。工程區(qū)則位于大峪河出河谷的喇叭口處，高程715 m 左右，地勢總體向西北方向緩傾。

1.2 河流水系

大峪河發(fā)源于秦嶺主脊的光頭山，流域呈羽毛狀。大峪河流域水系圖見圖1。

圖1 大峪河水系圖

1.3 氣象水文

1.3.1氣象

大峪河流域?qū)倥瘻貛Т箨懓霛駶櫄夂?，洪水主要由暴雨和連陰雨形成，多發(fā)生在7 月～9 月，洪水暴漲暴落，峰型尖瘦，具有陡漲陡落的山溪性特點，洪峰維持時間2 至3 小時，較大洪水過程一般持續(xù)3 天～5 天。

1.3.2水文特征

根據(jù)大峪水文站1952 年～2021 年水文資料統(tǒng)計，實測最大流量125 m3／s（2021.9.25），實測最小流量0.070 m3／s，多年平均流量0.917 m3／s，多年平均徑流量0.2892 億m3；年最大降水量1653.2 mm，年最小降水量為515.2 mm，多年平均降水量為877.9 mm；年平均蒸發(fā)量為543.6 mm 。

1.4 測站情況

大峪（三）水文站為渭河南岸區(qū)域代表站，屬于國家基本站，大峪水庫入庫控制站。位于西安市長安區(qū)引鎮(zhèn)街道辦事處大峪口村， 設立于1952 年8 月。1958 年3 月28 日起基本斷面上遷1250 m，改為大峪（二），1960 年5 月6 日因修建大峪水庫，再次上遷1500 m 至五里廟村觀測，改為大峪（三），東經(jīng)109°07′， 北緯34°00′， 集水面積53.9 km2， 河長15.9 km，河流平均坡降1.4‰，距河口里程14.4 km。測驗項目有：水位、流量、降水、蒸發(fā)。

該站主要收集大峪河流域各項水文特征，探索渭河南岸小流域產(chǎn)匯流變化規(guī)律，為內(nèi)插不同區(qū)域水文特征提供基本水文數(shù)據(jù)，為各項建設提供科學依據(jù)，為下游大峪水庫管理運行和防汛服務。

測驗斷面順直，矩形河槽，卵石河床，左岸為巖石高山，右岸為人工砌石護岸，沖淤變化不大，高低水控制良好。基本水尺斷面下游1.5 km 處建大峪水庫，庫容為450 萬m3，1970 年開始蓄水。測驗河段設立上中下三個斷面，基本水尺斷面兼流速儀測流及浮標中斷面，上、下比降斷面兼上、下浮標斷面，上、下比降斷面間距80.0 m，基線設于右岸，長80.0 m。2021 年11 月在基本水尺斷面修建了矩形長喉道測流槽，并對測流槽河床兩側(cè)進行了硬化，形成了穩(wěn)定的測驗斷面，2022 年1 月投入試運行。大峪水文站矩形長喉道測流槽平面布設圖見圖2。

圖2 大峪站測流槽示意圖

2 矩形長喉道測流槽

大峪站測流槽建設工程設計方案為矩形長喉道測流槽，長13.0 m，高0.7 m，平行段寬3.0 m，喉道寬2.0 m，擴散段寬3.0 m，測流槽兩側(cè)河床C25 砼硬化。在測流槽平行段側(cè)壁安裝水尺，通過觀測測流槽水位，根據(jù)矩形長喉道測流槽理論公式推算測流槽相應流量見圖3。

圖3 測流槽水位流量關系表

3 資料收集

3.1 資料選用

大峪水文站矩形長喉道測流槽投入試運行后，2022 年1日1 日開始進行測流槽水位流量關系曲線率定，截止2022 年10 月測得比測資料43 次，其中精測法6 次，采用0.2、0.6、0.8 三點法。實測水位變幅0.62m，比測最大流量2.14 m3／s，最小流量0.075 m3／s，測次分布于低水水位各級。流量比測方案為流速儀一點法（0.6）、二點法（0.2、0.8）、三點法（0.2、0.6、0.8），測點歷時不低于100 s，流速儀型號為Ls10-170105。

3.2 資料可靠性、代表性、一致性分析

選用43 次流量比測資料均為大峪站流速儀（旋漿）比測資料，流速儀經(jīng)過嚴格鑒定，測流結束后，嚴格執(zhí)行“四隨”工序，資料為計算機計算成果，計算成果正確無誤、可靠。

選用流量比測資料43 次，滿足水文分析計算要求。流量比測試驗期間，采用固定斷面，水流條件無變化，流量測驗方法統(tǒng)一，人員穩(wěn)定，儀器型式固定，流量比測資料的一致性、代表性較好。

4 矩形長喉道測流槽水位流量比測分析

4.1 水位流量關系比測方法

依據(jù)大峪水文站43 次流量比測資料，測流槽水位作為縱坐標，流量作為橫坐標，點繪水位流量關系曲線，繪制水位流量關系曲線為單一線，用于率定測流槽理論水位流量關系曲線。大峪水文站矩形長喉道測流槽比測流量成果見表1，測流槽水位流量關系見圖4、圖5。

表1 大峪水文站矩形長喉道測流槽比測流量成果表

圖4 大峪站矩形長喉道測流槽水位流量關系線（理論）

圖5 大峪水文站矩形長喉道測流槽水位流量關系線（比測）

4.2 水位流量關系曲線檢驗

依據(jù)《水文資料整編規(guī)范》（SL 247-2020），對繪制水位流量關系曲線進行三項檢驗，即符號檢驗、適線檢驗和偏離數(shù)值的合理性檢驗， 樣本容量N=43， 正號個數(shù)為k=23， 符號交換次數(shù)為19， 符號檢驗中， 計算得u=0.30， 允許臨界值u1-a／2=1.15，顯著性水平合理；適線檢驗中，計算得u=0.46，小于臨界統(tǒng)計值u1-a=1.28，合理；偏離數(shù)值檢驗中 =0.30，計算得t=0.96，小于臨界統(tǒng)計值t1-a／2=1.05，合理。

符號檢驗顯著性水平 選用0.25，適線檢驗顯著性水平選用0.10， 偏離數(shù)值顯著性水平 選用0.30。

4.3 水位流量關系曲線檢驗結果

經(jīng)分析計算水位流量關系曲線通過三項檢驗，水位流量關系曲線的標準差為3.7%，隨機不確定度為7.4%（小于11%），系統(tǒng)誤差為0.5%（小于2%），檢驗結果滿足《水文資料整編規(guī)范》（SL 247-2020）5.3.2 要求。水位流量關系曲線檢驗結果見表2。

表2 大峪水文站矩形長喉道測流槽水位流量關系曲線檢驗成果表

續(xù)表2

5 結論

通過對大峪站矩形長喉道測流槽水位流量比測率定分析計算，根據(jù)率定的水位流量關系曲線標準差為3.7%、隨機不確定度為7.4%、系統(tǒng)誤差為0.5%，檢驗結果均符合《水文資料整編規(guī)范》（SL 247-2020）要求。測流槽理論水位流量關系曲線與率定水位流量關系曲線接近，可以采用率定水位流量關系曲線進行該站推流。

1）大峪站矩形長喉道測流槽水位在808.88 m（相應流量2.20 m3／s）以下，采用測流槽率定的水位流量關系曲線推流。

2）矩形長喉道測流槽建成投入使用，增加了該站低水流量測驗方案及技術手段，提高了低水流量測驗精度，工作人員由5 人減少到2 人，提高工作效率，傳統(tǒng)固守斷面逐漸發(fā)展到點、線、面相結合，特別是中小河流水文檢測系統(tǒng)建設，視頻監(jiān)控現(xiàn)代化水文儀器的高效發(fā)展及應用，更進一步推進了水文向智慧水文轉(zhuǎn)變的進程，節(jié)省了單位經(jīng)費開支，減輕了職工工作強度，為測流槽在中小河流的進一步推廣提供了技術支撐。