石泉水文站流量與石泉水庫出庫流量對比分析研究

◎ 周育喜

石泉水文站基本斷面下游約46km處的喜河水電站于2006年6月蓄水發電，該電站設計水位362.30m，正常高水位362.00m，石泉水文站觀測斷面最低河床高程為358.01m。喜河水庫運行后，石泉水文站測驗斷面受到不同程度回水淹沒和頂托影響，特別是非汛期和汛期的平水期，當庫水位蓄至361.00m以上時，測驗斷面淹沒，成為死水，流速為零，水位失去代表性，原有測流設備儀器無法測流。據觀測資料記載，每年淹沒測驗斷面的時間在200天以上，原有的水位流量關系不復存在，給測驗和報汛工作帶來極大困難。

1 流域概況

漢江發源于陜西省寧強縣番冢山，自西向東流經勉縣、漢中、洋縣、石泉、紫陽、安康，自白河進入湖北省境，至漢口注入長江。漢江是長江的第一大支流，全長1577km，流域面積159000km2。

石泉水庫建于1973年，大壩位于漢江上游石泉縣城西1km處的峽谷口，壩高65m，正常高水位410m，庫容2.92億m3，控制流域面積23400km2，最大泄流量15400m3/s(1983年7月31日)。

石泉水文站建于1953年，屬國家一類水文站，觀測斷面位于石泉水庫下游1km處，控制流域面積23805km2，既是石泉水庫的出庫站，又是喜河水庫的入庫站。水庫大壩到水文觀測斷面間的左岸有饒豐河匯入，流域面積397km2，占石泉水文站控制流域面積的1.7﹪。98.3﹪的流域面積為水庫所控制。

2 河道特征

水文觀測斷面至大壩間有漢江大橋跨越，河寬約350m，因上游彎道和饒豐河匯入，觀測斷面至大橋間形成帶狀沙洲，主流偏左，當流量超過4000m3/s時沙洲淹沒。水文觀測斷面下游約6km進入蓮花石峽谷（卡口），河寬突縮為150m左右，河道斷面呈“V”型。水文觀測斷面下游約1.2km處有紅花灘彎道，卡口和彎道構成了測站控制條件。

3 水位流量關系特性

水位流量關系是根據實測流量與相應水位來確定的。石泉水文站的水位流量關系曲線的線型主要受測站控制條件的影響，由河道特征分析得知，紅花灘、蓮花石卡口對水位流量關系形成了不同水位級的控制條件。根據資料分析，當水位在367m（相應流量8000m3/s）以下時，受紅花灘彎道控制，水位流量關系為臨時曲線；水位在367m以上時，受蓮花石卡口控制，形成壅水，流速和附加比降減小，這時洪水主要受漲落率影響，水位流量關系呈反繩套曲線。因此，反繩套曲線的特性決定了在同級水位下漲水流量大，落水流量小，最高水位相應的不是最大流量，這是石泉水文站水位流量關系曲線的顯著特征。

4 流量資料的采用

石泉水庫從1976年開始積累出庫流量資料，1980年后資料完整，本次對比分析選用1980年至2000年20年中出庫流量大于6000m3/s的6場洪水資料作為分析計算的依據。據統計，20年中共出現6000m3/s以上的洪水有11次，其中10000m3/s以上的洪水有4次。采用最大流量15400m3/s，為20年一遇洪水。為滿足分析要求，同步摘錄整時出庫流量對應的水文站流量，以建立相關關系。

5 流量對比分析

5.1 流量相關計算

摘錄6場較大洪水共126組流量數據進行相關分析計算，計算結果見表1。

5.2 建立出庫流量與水文站流量相關關系

依據出庫流量和水文站流量分別點繪場次洪水流量相關圖及綜合流量相關圖，通過點群中心定出相關直線（或將回歸線繪與圖中），并按±10﹪的誤差定出外包線，以計算流量相關點的相對誤差，相關關系見圖1。

5.3 相關線精度確定

按照國家行業標準《水文資料整編規范》SL247-1999的規定，因出庫流量是通過水工模型試驗和水力學計算公式推算出來的（即水力因素法），按“堰閘（潮流）站水力因素關系定線精度指標”確定相關精度為：系統誤差為±2﹪，隨機誤差為±10﹪。

5.4 相關分析

（1）流量均值：由表1可知，出庫流量均值為8739（m3/s）,水文站流量均值為8516（m3/s），相差 223（m3/s），僅為 2.6﹪，說明兩者流量非常接近。

表1 參數統計表

（2）線性分析：場次洪水流量相關系數r均在0.93～0.99之間，綜合流量相關系數r為0.98，按照水文統計規律，一般認為r的絕對值大于0.8時，即存在相關關系。因r=0.98，說明出庫流量與水文站流量之間有著密切的直線相關關系。

（3）離散程度：x系列離差系數Cvx=0.47，y系列離差系數Cvy=0.48，Cvx＜Cvy，即水文站流量系列離散程度略小于出庫流量系列離散程度。

（4）回歸分析：回歸系數b=1.0346，回歸線為45°58′的直線，即出庫流量略大于水文站流量，平均偏大幅度為3.5﹪。

5.5 流量相關線檢驗及誤差評定

由圖1分析得知，按給定精度±10﹪的流量誤差控制，126個流量相關點有120個點在外包線內，即95﹪的流量相關點在允許誤差范圍內。并按《水文資料整編規范》要求進行精度分析、標準差計算及符號檢驗、適線檢驗和偏離數值檢驗，分析結果見表2。

由表2可知，各項檢驗指標合格，相關線流量資料達到《水文資料整編規范》一類水文站的精度要求。

6 結論

（1）流量均值相差僅2.6﹪，說明出庫流量與水文站流量非常接近。流量相關系數r為0.98，說明出庫流量與水文站實測流量有著密切的直線相關關系。經分析計算，水文站流量小于出庫流量3.5﹪。

（2）經對比分析說明，石泉水庫原設計單位由水工模型試驗及水力學計算確定的泄流曲線準確穩定。

表2 流量相關線檢驗及誤差評定表

（3）鑒于石泉水文站所測流量完全受石泉水庫調節控制，在測驗斷面受喜河水庫回水淹沒期間，水位H倚流量Q的函數關系〔H=∫（Q）〕不存在，現有設備儀器（轉子流速儀）不能完全正常測流的實際，可以采用本次分析研究成果，用石泉水庫出庫流量推算石泉水文站測驗斷面流量，以解決回水淹沒期的流量測驗問題。流量推算方法有二：一是根據出庫流量在相關關系圖上直接差讀；二是根據出庫流量按回歸方程式進行計算（y為出庫流量，x為水文測驗斷面流量）。陜西水利

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