石泉水文站流量與石泉水庫(kù)出庫(kù)流量對(duì)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(fā)電，該電站設(shè)計(jì)水位362.30m，正常高水位362.00m，石泉水文站觀測(cè)斷面最低河床高程為358.01m。喜河水庫(kù)運(yùn)行后，石泉水文站測(cè)驗(yàn)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(dāng)庫(kù)水位蓄至361.00m以上時(shí)，測(cè)驗(yàn)斷面淹沒，成為死水，流速為零，水位失去代表性，原有測(cè)流設(shè)備儀器無法測(cè)流。據(jù)觀測(cè)資料記載，每年淹沒測(cè)驗(yàn)斷面的時(shí)間在200天以上，原有的水位流量關(guān)系不復(fù)存在，給測(cè)驗(yàn)和報(bào)汛工作帶來極大困難。

1 流域概況

漢江發(fā)源于陜西省寧強(qiáng)縣番冢山，自西向東流經(jīng)勉縣、漢中、洋縣、石泉、紫陽(yáng)、安康，自白河進(jìn)入湖北省境，至漢口注入長(zhǎng)江。漢江是長(zhǎng)江的第一大支流，全長(zhǎng)1577km，流域面積159000km2。

石泉水庫(kù)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(kù)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(guó)家一類水文站，觀測(cè)斷面位于石泉水庫(kù)下游1km處，控制流域面積23805km2，既是石泉水庫(kù)的出庫(kù)站，又是喜河水庫(kù)的入庫(kù)站。水庫(kù)大壩到水文觀測(cè)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(kù)所控制。

2 河道特征

水文觀測(cè)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(cè)斷面至大橋間形成帶狀沙洲，主流偏左，當(dāng)流量超過4000m3/s時(shí)沙洲淹沒。水文觀測(cè)斷面下游約6km進(jìn)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(cè)斷面下游約1.2km處有紅花灘彎道，卡口和彎道構(gòu)成了測(cè)站控制條件。

3 水位流量關(guān)系特性

水位流量關(guān)系是根據(jù)實(shí)測(cè)流量與相應(yīng)水位來確定的。石泉水文站的水位流量關(guān)系曲線的線型主要受測(cè)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(duì)水位流量關(guān)系形成了不同水位級(jí)的控制條件。根據(jù)資料分析，當(dāng)水位在367m（相應(yīng)流量8000m3/s）以下時(shí)，受紅花灘彎道控制，水位流量關(guān)系為臨時(shí)曲線；水位在367m以上時(shí)，受蓮花石卡口控制，形成壅水，流速和附加比降減小，這時(shí)洪水主要受漲落率影響，水位流量關(guān)系呈反繩套曲線。因此，反繩套曲線的特性決定了在同級(jí)水位下漲水流量大，落水流量小，最高水位相應(yīng)的不是最大流量，這是石泉水文站水位流量關(guān)系曲線的顯著特征。

4 流量資料的采用

石泉水庫(kù)從1976年開始積累出庫(kù)流量資料，1980年后資料完整，本次對(duì)比分析選用1980年至2000年20年中出庫(kù)流量大于6000m3/s的6場(chǎng)洪水資料作為分析計(jì)算的依據(jù)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，20年中共出現(xiàn)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(shí)出庫(kù)流量對(duì)應(yīng)的水文站流量，以建立相關(guān)關(guān)系。

5 流量對(duì)比分析

5.1 流量相關(guān)計(jì)算

摘錄6場(chǎng)較大洪水共126組流量數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)分析計(jì)算，計(jì)算結(jié)果見表1。

5.2 建立出庫(kù)流量與水文站流量相關(guān)關(guān)系

依據(jù)出庫(kù)流量和水文站流量分別點(diǎn)繪場(chǎng)次洪水流量相關(guān)圖及綜合流量相關(guān)圖，通過點(diǎn)群中心定出相關(guān)直線（或?qū)⒒貧w線繪與圖中），并按±10﹪的誤差定出外包線，以計(jì)算流量相關(guān)點(diǎn)的相對(duì)誤差，相關(guān)關(guān)系見圖1。

5.3 相關(guān)線精度確定

按照國(guó)家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《水文資料整編規(guī)范》SL247-1999的規(guī)定，因出庫(kù)流量是通過水工模型試驗(yàn)和水力學(xué)計(jì)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(guān)系定線精度指標(biāo)”確定相關(guān)精度為：系統(tǒng)誤差為±2﹪，隨機(jī)誤差為±10﹪。

5.4 相關(guān)分析

（1）流量均值：由表1可知，出庫(kù)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(shù)統(tǒng)計(jì)表

（2）線性分析：場(chǎng)次洪水流量相關(guān)系數(shù)r均在0.93～0.99之間，綜合流量相關(guān)系數(shù)r為0.98，按照水文統(tǒng)計(jì)規(guī)律，一般認(rèn)為r的絕對(duì)值大于0.8時(shí)，即存在相關(guān)關(guān)系。因r=0.98，說明出庫(kù)流量與水文站流量之間有著密切的直線相關(guān)關(guān)系。

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

（4）回歸分析：回歸系數(shù)b=1.0346，回歸線為45°58′的直線，即出庫(kù)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(guān)線檢驗(yàn)及誤差評(píng)定

由圖1分析得知，按給定精度±10﹪的流量誤差控制，126個(gè)流量相關(guān)點(diǎn)有120個(gè)點(diǎn)在外包線內(nèi)，即95﹪的流量相關(guān)點(diǎn)在允許誤差范圍內(nèi)。并按《水文資料整編規(guī)范》要求進(jìn)行精度分析、標(biāo)準(zhǔn)差計(jì)算及符號(hào)檢驗(yàn)、適線檢驗(yàn)和偏離數(shù)值檢驗(yàn)，分析結(jié)果見表2。

由表2可知，各項(xiàng)檢驗(yàn)指標(biāo)合格，相關(guān)線流量資料達(dá)到《水文資料整編規(guī)范》一類水文站的精度要求。

6 結(jié)論

（1）流量均值相差僅2.6﹪，說明出庫(kù)流量與水文站流量非常接近。流量相關(guān)系數(shù)r為0.98，說明出庫(kù)流量與水文站實(shí)測(cè)流量有著密切的直線相關(guān)關(guān)系。經(jīng)分析計(jì)算，水文站流量小于出庫(kù)流量3.5﹪。

（2）經(jīng)對(duì)比分析說明，石泉水庫(kù)原設(shè)計(jì)單位由水工模型試驗(yàn)及水力學(xué)計(jì)算確定的泄流曲線準(zhǔn)確穩(wěn)定。

表2 流量相關(guān)線檢驗(yàn)及誤差評(píng)定表

（3）鑒于石泉水文站所測(cè)流量完全受石泉水庫(kù)調(diào)節(jié)控制，在測(cè)驗(yàn)斷面受喜河水庫(kù)回水淹沒期間，水位H倚流量Q的函數(shù)關(guān)系〔H=∫（Q）〕不存在，現(xiàn)有設(shè)備儀器（轉(zhuǎn)子流速儀）不能完全正常測(cè)流的實(shí)際，可以采用本次分析研究成果，用石泉水庫(kù)出庫(kù)流量推算石泉水文站測(cè)驗(yàn)斷面流量，以解決回水淹沒期的流量測(cè)驗(yàn)問題。流量推算方法有二：一是根據(jù)出庫(kù)流量在相關(guān)關(guān)系圖上直接差讀；二是根據(jù)出庫(kù)流量按回歸方程式進(jìn)行計(jì)算（y為出庫(kù)流量，x為水文測(cè)驗(yàn)斷面流量）。陜西水利

[1]金光炎，水文統(tǒng)計(jì)計(jì)算[M].北京：水利電力出版社.1980.

[2]江蘇省揚(yáng)州水利學(xué)校.水文統(tǒng)計(jì)學(xué)[M].北京：水利電力出版社.1984.

[3]馮亞新，Excel軟件在水文線性相關(guān)分析中的應(yīng)用[J].甘肅水利水電技術(shù).

2010,4∶14-16.[4]GB 50179-93,河道流量測(cè)驗(yàn)規(guī)范[S].

[5]SL247-1999,水文資料整編規(guī)范[S].