明月江大風(fēng)水文站流量間測(cè)分析研究與應(yīng)用

李 婷,李 靜

(四川省達(dá)州水文水資源勘測(cè)中心,四川 達(dá)州 635000)

為了更好地推行水文測(cè)驗(yàn)方式改革,構(gòu)建“巡測(cè)為主、駐巡結(jié)合、測(cè)報(bào)自動(dòng)、應(yīng)急補(bǔ)充”的監(jiān)測(cè)體系,隨著中小河流水文站網(wǎng)的增加,現(xiàn)有的監(jiān)測(cè)手段,已不能滿(mǎn)足水文現(xiàn)代化發(fā)展需求。進(jìn)行流量間測(cè)分析,可以改善基層駐站職工的工作環(huán)境,提高工作效率,合理調(diào)整人力、物力資源的調(diào)配,對(duì)進(jìn)行水文站測(cè)驗(yàn)方式改革具有積極意義。通過(guò)對(duì)大風(fēng)水文站2017-2021年流量間測(cè)分析,探討流量間測(cè)在大風(fēng)水文站的應(yīng)用。

1 大風(fēng)水文站基本概況

1.1 測(cè)站基本情況

大風(fēng)水文站于2003年設(shè)立,為國(guó)家基本水文站,地處四川省達(dá)州市達(dá)川區(qū)亭子鎮(zhèn)大風(fēng)社區(qū),位于明月江下游,集水面積1 125 km2,距河口距離37 km,域內(nèi)河長(zhǎng)65.2 km。該站測(cè)驗(yàn)項(xiàng)目有水位、流量、降水、蒸發(fā)、墑情。明月江是長(zhǎng)江流域渠江水系州河的一級(jí)支流,經(jīng)葫蘆、大灘、麻柳、大風(fēng)、亭子、江陽(yáng)、盤(pán)石在小河嘴流入州河,全流域長(zhǎng)120 km。洪水主要由暴雨形成,漲率快,退坡較緩,洪峰持續(xù)時(shí)間較短。洪水過(guò)程基本與降水同步,一次洪水過(guò)程一般為3 d。該站各級(jí)水位均有良好控制且很穩(wěn)定,各年均為單一線(xiàn)型。

1.2 控制斷面情況

大風(fēng)水文站測(cè)驗(yàn)河段順直長(zhǎng)約800 m(圖1),基本水尺斷面處于順直河段中部,上游150 m有彎道,下游200 m左右有橋梁、灘口。斷面呈“∪”型,河床由砂礫石組成,左岸坡為盤(pán)石,右岸坡為混凝土河堤,沖淤變化較小,河床較穩(wěn)定。平枯水期水面寬約50 m,漲水期水面寬在70 m至90 m之間,歷年斷面變化比較在5%以?xún)?nèi),對(duì)水位流量關(guān)系影響不大(本站水位流量關(guān)系主要受洪水漲落影響)。資料選取大風(fēng)水文站2017-2021年近5 a實(shí)測(cè)斷面資料,并繪制了近5 a來(lái)斷面變化情況(見(jiàn)圖1)。

圖1 大風(fēng)水文站近5 a斷面變化情況

2 大風(fēng)水文站流量間測(cè)分析研究

2.1 資料收集

本次分析收集了最近2017-2021年共5 a系列高、中、低水實(shí)測(cè)流量資料,共163個(gè)測(cè)點(diǎn),2021年363.00 m水位以下部分為ADCP走航式,其他均為流速儀法。這些測(cè)點(diǎn)分布于高中低各級(jí)水位,最高測(cè)點(diǎn)水位369.72 m,最低測(cè)點(diǎn)水位362.56 m,水位變幅7.16 m。該站歷年最高水位369.87 m(2004年),最低水位362.47 m(2010年),水位變幅7.4 m,實(shí)測(cè)流量的水位變幅達(dá)歷年水位變幅的96.7%,符合《水文巡測(cè)規(guī)范》4.2.6規(guī)定的要求[1]。

2.2 水位流量關(guān)系分析

該站中高水穩(wěn)定,成單一關(guān)系,低水時(shí)有分線(xiàn),全年采用Z～Q關(guān)系線(xiàn)推流。將2017-2021年共5 a共163個(gè)測(cè)點(diǎn),點(diǎn)繪在水位流量關(guān)系圖上,這些測(cè)點(diǎn)分布于高中低水各級(jí)水位。2017-2020年各年水位流量均為單一線(xiàn)形,且相鄰年份十分接近;2021年低水有分線(xiàn),與下游150 m處測(cè)流堰漏水及ADCP測(cè)驗(yàn)精度有關(guān),致該測(cè)站控制發(fā)生一定的變化,低水關(guān)系達(dá)到2根線(xiàn)。從歷年水位流量關(guān)系圖上分析[2],從綜合圖看(見(jiàn)圖2),2017年以來(lái)中高水點(diǎn)子基本呈一帶狀,下密上稀,主要是高水稀遇,而中低水常年發(fā)生所致。從低水放大圖(見(jiàn)圖3)上可以看出,低枯水點(diǎn)子較亂,綜合定線(xiàn)后,經(jīng)三種檢驗(yàn)達(dá)不到要求[3],故本次分析不作低枯水的綜合線(xiàn)繪制。

流量/(m3·s-1)

流量/(m3·s-1)

2.3 檢驗(yàn)誤差分析及各水位級(jí)流量相對(duì)誤差分析

2.3.1 綜合關(guān)系曲線(xiàn)檢驗(yàn)

利用2017-2021年實(shí)測(cè)流量測(cè)點(diǎn)資料,通過(guò)點(diǎn)群中心繪出一條歷年綜合線(xiàn),經(jīng)計(jì)算所繪綜合線(xiàn)(363.30 m以上)共86份流量成果分析。經(jīng)三種檢驗(yàn),符號(hào)檢驗(yàn)、適線(xiàn)檢驗(yàn)、偏離數(shù)值檢驗(yàn)均達(dá)到合格要求,不確定度為6.4%,小于《水文巡測(cè)規(guī)范》第4.5.1表2中二類(lèi)精度站小于12.0%的要求[1];系統(tǒng)誤差為-0.4%,小于2%的要求。檢驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 綜合關(guān)系曲線(xiàn)檢驗(yàn)結(jié)果

表2 關(guān)系曲線(xiàn)相對(duì)偏離誤差

2.3.2 相對(duì)誤差分析

將近5 a各年水位流量關(guān)系曲線(xiàn)與歷年綜合關(guān)系曲線(xiàn)點(diǎn)繪在同一圖紙上(見(jiàn)圖4),可以看出,各年關(guān)系曲線(xiàn)與歷年綜合線(xiàn)基本吻合,趨勢(shì)一致。將各水位級(jí)流量進(jìn)行相對(duì)誤差計(jì)算[2],各年與歷年綜合線(xiàn)高水的最大相對(duì)誤差為-0.96%,小于規(guī)范要求的5.0%以?xún)?nèi);中水的最大相對(duì)誤差為-2.90%,小于規(guī)范要求的8.0%以?xún)?nèi);低水的最大相對(duì)誤差為-5.66%,小于規(guī)范要求的12.0%以?xún)?nèi),符合《水文巡測(cè)規(guī)范》4.5.8表8的要求[1],其成果見(jiàn)表2。

流量/(m3·s-1)

2.4 實(shí)踐應(yīng)用

大風(fēng)水文站2022年1月1日正式執(zhí)行間測(cè)方案,選取2022-2023年水位在363.30 m以上共施測(cè)17份流量測(cè)點(diǎn),這些測(cè)點(diǎn)分布各級(jí)水位。將實(shí)測(cè)流量測(cè)點(diǎn)和擬定的間測(cè)關(guān)系線(xiàn)點(diǎn)繪在水位流量關(guān)系圖上(見(jiàn)圖5),由圖5可以看出,相鄰年份流量測(cè)點(diǎn)基本呈一帶狀,無(wú)明顯偏差,各級(jí)水位流量關(guān)系穩(wěn)定,呈單一線(xiàn)型。為了判斷間測(cè)關(guān)系曲線(xiàn)是否發(fā)生變化,將水位363.30 m以上17份流量測(cè)點(diǎn)與間測(cè)關(guān)系曲線(xiàn)進(jìn)行t檢驗(yàn)[3](結(jié)果見(jiàn)表3),實(shí)踐表明通過(guò)假設(shè)檢驗(yàn),所定的水位流量關(guān)系曲線(xiàn)是合理的。

表3 水位～流量關(guān)系曲線(xiàn)t檢驗(yàn)

流量/(m3·s-1)

3 結(jié)論與建議

(1)明月江大風(fēng)水文站水位在363.30 m以上達(dá)到二類(lèi)精度水文站的間測(cè)要求,各項(xiàng)誤差指標(biāo)均在規(guī)定范圍內(nèi),達(dá)到《河道流量測(cè)驗(yàn)規(guī)范》《水文巡測(cè)規(guī)范》相關(guān)要求,故該站在水位363.30 m以上流量測(cè)驗(yàn)可實(shí)行間測(cè)。

(2)明月江大風(fēng)水文站實(shí)行間測(cè)后,根據(jù)《水文巡測(cè)規(guī)范》4.2.6規(guī)定,可實(shí)行停2～5 a測(cè)1 a的間測(cè)方式,該站流量間測(cè)期間為2022年1月1日～2026年12月31日,間測(cè)期間采用綜合水位流量關(guān)系曲線(xiàn)推求流量。間測(cè)期間應(yīng)注意觀(guān)察測(cè)站控制條件,明月江上下游水利工程項(xiàng)目等情況,如發(fā)生變化及時(shí)恢復(fù)測(cè)流。

(3)通過(guò)在明月江大風(fēng)水文站進(jìn)行流量間測(cè)分析及應(yīng)用,實(shí)踐表明結(jié)果合理可靠,與其相應(yīng)的可在同等類(lèi)型河流上的水文站開(kāi)展流量間測(cè)分析,對(duì)于其他流域的測(cè)站間測(cè)分析工作具有借鑒作用。