烏龍磯站水文特性分析

1 海委引灤局烏龍磯水文站 河北承德 067400；

2 海委引灤局水文水質(zhì)監(jiān)測中心 河北唐山 064309

摘要：本文基于實測資料，總結(jié)了烏龍磯站各水文要素的一般規(guī)律。通過對基本斷面演變的分析及斷流水位推求，探討了測站水文泥沙特性及規(guī)律，并對今后測驗工作開展提出了建設(shè)性意見。

關(guān)鍵詞：水文特性；斷面演變；斷流水位；水沙特性；烏龍磯站

1 概況

烏龍磯水文站位于河北省承德縣境內(nèi)、灤河干流中游，控制流域面積30100Km2。上有伊遜河、武烈河、老牛河等支流匯入，下有柳河、瀑河等支流入?yún)R。該站始建于1983年，作為潘家口水庫在灤河干流上的入庫控制站，也是國家首批重點水文站，承擔著灤河干流水文測驗及向潘家口水庫和國家防總報汛的重要職責。測驗任務包括降水、蒸發(fā)、水位、流量、水溫、冰凌、懸移質(zhì)輸沙率等項目。

2 基本水文特性

2.1 降水

烏龍磯站多年（1985～2013）平均降水量578.7mm，其中最大年份可達885.8mm（1990年），而最旱的年份僅有338.7mm（2002年），二者相差達2.6倍。降水多集中于七、八兩月，占到全年的50%以上；其次是六月份，占近18%。最大日降水量165.4mm（1994年7月12日）。最大日降水常發(fā)生于七月中、下旬，其次，發(fā)生于八月份的機會也較多。多年平均降水日數(shù)67天。

2.2 蒸發(fā)

烏龍磯站多年（1985～2013）平均蒸發(fā)量946.5mm，最大年蒸發(fā)量1219.0mm（1996年），最小年蒸發(fā)量759.3mm（2007年）。蒸發(fā)量最大的月份為四、五月份，最小的月份為十二、一月份。最大日蒸發(fā)量可達17.4mm（1996年5月15日）。結(jié)冰期，一般初冰多在十一月初，終冰多在三月底。

2.3 水位

烏龍磯站水位測驗采用假定基面，校核水準點高程為15.00m。歷史最高洪水位10.49m（1994年7月13日），最低枯水位3.09m（1992年6月1日）。多年（1984～2013）平均水位3.76m。年最高水位多出現(xiàn)于七月下旬至八月中旬，最低水位多出現(xiàn)于五、六月份。封凍期，一般封凍在十二月中旬，解凍在二月下旬。

2.4 流量

該站在暢流期具有穩(wěn)定的水位～流量關(guān)系，其關(guān)系線呈單一曲線。冰期推流則依時序點繪實測流量點，直接連接各點為過程線，即采用連實測流量過程線法。多年（1984～2013）平均流量30.3 m3/s。歷史最大洪峰流量5720m3/s（1994年7月13日）。在基本斷面采用流速儀法測得的最大流量為1440 m3/s（1992年8月4日），相應測次平均流速3.06 m/s，最大測點（水面）流速5.06 m/s。

1999～2004年連續(xù)六年的枯水年，使該站流量出現(xiàn)歷史最小值0.30m3/s（2001年6月6日）。尤其是2002年，全年最大流量僅38.5m3/s，為建站以來所僅有。

2.5 徑流量

烏龍磯站多年（1984～2013）平均年徑流量9.365億m3，徑流量Cv值0.67。表1是徑流量年內(nèi)各月所占權(quán)重分布情況。由表可見，徑流量集中在七、八兩月，占全年徑流量的45%以上。最枯的月份為一、二、五月。其中，一、二月份適逢穩(wěn)定封凍期；五月份則為產(chǎn)、

匯流較少而沿河灌溉引水高峰期。

圖1為徑流量年際變化柱狀圖。由圖可見，年徑流量大致呈現(xiàn)連豐連枯的特征。1990～1998年的九年間，年徑流量均超過（或接近）10億m3；而1999～2013年的十五年間，年徑流量均不足10億m3，其中2000年僅2.96億m3，為建站以來最枯年份。

3 基本斷面演變

烏龍磯站基本斷面由主河槽和右岸灘地兩部分組成。其中，主河槽寬約120m，為卵石夾沙河床。灘地寬300余m，水流漫灘機會較少，灘地常年種植有農(nóng)作物。左岸陡壁下有當?shù)卮迕衽d修的灌渠，自斷面所在河段上游引水入渠，渠內(nèi)流量最大時可達19.1m3/s（實測值）。

表2為該站基本斷面特征值年際變化情況統(tǒng)計。由表可知，河床年際間沖淤變化不大，河床平均高程以及河底最低點高程變幅均較小，未呈現(xiàn)明顯的淤高或刷深趨勢（見圖2），具有穩(wěn)定的河相關(guān)系。

河相系數(shù)的表達式為：

ζ=B1/2/H

式中，B為河寬（m），H為平均水深（m）。從表2中可以看出，平均河底高程以及河槽寬年際間變化不大。這就決定了斷面河相系數(shù)是一個比較穩(wěn)定的值。漫灘流量下的水位取為

7.0m，由圖2查得相應河寬為144m，并計算得平均水深為2.37m。則該斷面河相系數(shù)為：

注：表中各年河槽寬依照當年大斷面實測點據(jù)在兩岸高程由陡變而漸變（或由漸變而陡變）的轉(zhuǎn)折點處的起點距之差而定。

在無實測點據(jù)的低水部分，需對水位～流量關(guān)系曲線進行延長，以推求低水部分流量。這時，須先確定斷流水位【1】以用做控制點，然后順曲線趨勢延長至該點。如圖3所示，實線部分是某年水位流量關(guān)系低水部分的放大曲線，在圖中選取A（Ga，Qa）、C（Gc，Qc）二點，其中，Ga、Gc，Qa、Qc分別代表A、C二點的水位和流量值，Ga=3.95m，Qa=54.0 m3/s，Gc=3.64m，Qc=20.0 m3/s。另在圖中選取B（Gb，Qb）點，Gb、Qb代表B點水位、流量值，并使Qb滿足下式：

Qb=（Qa· Qc）1/2 （1）

將Qa、Qc值代入式（1），求得Qb=32.9m3/s。從圖中查得相應的水位值Gb=3.78m。

采用下式計算斷流水位Z值：

Z=（Ga· Gc-Gb2）/（Ga+Gc-2Gb） （2）

用式（2）求得Z=2.99m。即斷流水位為2.99m。

相應年份大斷面最低點高程為2.34m，實測最低水位為3.09m，斷流水位介于二者之間，表明計算結(jié)果是合理的。以此斷流水位為終點，將水位～流量關(guān)系曲線延長至此，見圖中虛線部分（曲線下部）。由此，便可編制完整的水位～流量關(guān)系表了。

圖3 低水延長法推求斷流水位示意圖

5 水沙特性

表3是烏龍磯站一次洪水的水位、流量過程。由表中可見，流量由幾百秒立米陡增至5000m3/s，歷時僅約10h。洪峰水位10.49m，漲幅達6m，體現(xiàn)了山區(qū)河流洪水來勢猛、漲幅快的特點。以1994年7月中旬的一場洪水為例，其一日洪量達到3.612億m3，三日洪量6.018億m3，七日洪量7.398億m3。可見，一場洪水的洪量，主要集中在最大三日內(nèi)。水面流速可達5.0m/s以上，顯現(xiàn)出峰高、量大、流急的特點。

另從該站歷年實測流量成果可以看出，雖然流速大小與水位高低存在一般的線性關(guān)系，即大流速對應高水位，但就某一年而言，最大測點流速和最大斷面平均流速則可能發(fā)生在不同的測次。如1997年，實測最大測點流速4.91m/s，相應測次的水位為7.50m；而當年最大斷面平均流速3.20m/s，則發(fā)生在水位為6.33m的測次。

1980～1990年代，烏龍磯站曾開展懸移質(zhì)輸沙率測驗，取得了若干測次的單、斷沙測驗成果，后因灤河水系連續(xù)發(fā)生枯水年份而停測。在雙對數(shù)坐標紙上點繪該站單、斷沙關(guān)系曲線，大致呈一45°斜線。按規(guī)范要求，一類站單斷沙關(guān)系線的比例系數(shù)在0.95～1.05之間【2】。當單沙能夠代表斷面平均含沙量時，則輸沙率測驗即可簡化為單沙測驗與流量測驗。烏龍磯站單、斷沙關(guān)系滿足這一要求，因此，在進行洪水輸沙率測驗時，可將單沙測驗結(jié)果作為斷面平均含沙量參與計算，以縮短測驗歷時。

6 結(jié)語

烏龍磯站做為首批國家重點水文站，建站30年來，為工程管理運用積累了大量翔實的第一手資料。同時，做為干流控制站和基本水文站，具備實施《測站任務書》中規(guī)定的全部測驗任務的能力。因此，烏龍磯站應加強全斷面流量控制測驗，并在做好日常水文測驗的同時，繼續(xù)開展懸移質(zhì)輸沙率測驗，為水庫沙量平衡計算提供重要依據(jù)。

參考文獻：

【1】湖北省水利學校，《水文資料整編》，水利電力出版社，北京，1979.11；

【2】中華人民共和國水利部，《河流懸移質(zhì)泥沙測驗規(guī)范》，中國計劃出版社，北京，2007.5；

【3】【4】水利電力部水利司，《水文測驗手冊》，水利電力出版社，北京，1983.8；

【5】劉光文，《水文分析與計算》，水利電力出版社，北京，1989.11。

作者簡介：

柳鐵忠（1963-），男，河北衡水人，在職陸地水文專業(yè)中專學歷，技師，長期從事河道水文測驗工作。