南縣(羅文窖)站水位流量關系落差輔助站方案論證

2016-08-11 07:24:52黃長紅黎炎慶

水利水電快報 2016年7期

黃長紅　　黎炎慶　　潘　暢　　柳　鵬

(長江水利委員會水文局長江中游水文水資源勘測局，湖北武漢　430012)

黃長紅黎炎慶潘暢柳鵬

(長江水利委員會水文局長江中游水文水資源勘測局，湖北武漢430012)

摘要：在洞庭湖區原南縣(羅文窖)站水位流量關系單值化分析方案中，以距該站上游約45 km的藕池河管家鋪站為落差站，流量較小時，區間引水等水量損失導致低枯水期校正流量誤差較大。為修正低枯水期校正流量誤差，提高低枯水定線精度，在增設方案中，以距南縣(羅文窖)站上游20 km梅田湖為落差輔助站。通過對2015年南縣站全年流量單值化分析，并與原分析方案比較，發現增設方案在低枯水期落差能更好地反映與流量之間的關系，且30 m以下低枯水期流量可以通過單一線檢驗。因此以梅田湖為落差輔助站的南縣(羅文窖)站水位流量關系單值化方案更為合理。

關鍵詞：水位流量關系；分析方案；落差輔助站；南縣(羅文窖)站；方案論證

1　概　述

南縣(羅文窖)水文站是藕池河北支注入東洞庭湖的水情、沙情控制站，下距東洞庭湖入口約35 km(見圖1)。測驗河段順直，測流斷面在基本水尺斷面下游215 m，河床由細砂組成，斷面沖淤變化較大。南縣(羅文窖)站為汛期站，以長江來水為主，全年4～11月通流，其水位流量關系呈復式繩套關系。影響水位流量關系的因素較為復雜，主要受上游洪水漲落影響，另外下游回水頂托及河段沖淤變化對水位流量關系也有一定影響。

圖1　測站位置示意

經長江水利委員會水文局長江中游水文水資源勘測局批準，2009年南縣(羅文窖)站以距其上游約45 km的藕池河管家鋪站為落差站，按單值化方案布置測次。鑒于落差站距南縣(羅文窖)站距離較遠，長江來水流經藕池(管)站斷面到下游團山寺后，藕池河分為西、北二支，西支經三岔河站斷面后流入南洞庭湖，北支流經本斷面流入東洞庭湖。流量較小時，區間引水等水量損失使得兩站水位差特性發生變化，由于落差失真，低枯水期其落差不能完全與流量建立相關關系，從而導致低枯水期校正流量誤差較大，因此單值化方案僅對30 m以下低枯水做總量誤差分析，測點參與定線，但不參加定線精度檢驗。

為解決上述問題，進一步完善水文測驗方式方法，應對該站水文特性和河床特性進行分析。自從2001年沱江上下口修建永久性涵閘和船閘后，藕池河(北支)梅田湖至南縣河段區間無水匯入、流出，河道基本順直。2009年初，在該站藕池河(北支)上游距其約20 km的華容縣梅田湖鎮設立臨時水位觀測站，收集資料用以重新分析南縣站流量單值化方案。

南縣站于2009年開始按單值化方案布置測次，梅田湖也于同年開始人工觀測收集水位資料。在新方案中，通過對南縣和梅田湖站2015年實測流量和水位資料進行分析，建立了以梅田湖為落差站的南縣水位流量關系。

2　水位流量單值化原方案

目前采用的南縣站水位流量單值化方案以管家鋪水文站為水位落差站，計算校正流量的公式如下：

(1)

式中，q為校正流量因素，m3/s；Qm為實測流量，m3/s；ΔZm為落差，m；α為落差指數(α=1.082)。

計算落差的公式如下

(2)

式中，Z1為管家鋪站基本水位,m;Z0為南縣站基本水位,m。

還原計算公式

(3)

式中，Q為時段流量，m3/s；Qc為水位校正流量因素關系線上流量值，m3/s；其他參數意義同式(1)。

該方案單一線定線及檢驗遵循以下原則：30 m以下系低枯水期，按《水文巡測規范》4.3.5條款規定，作低枯水總量誤差分析，測點參與定線，但不參加定線精度檢驗。

3　水位流量單值化新方案

新方案以梅田湖水位站為落差站，公式與原方案基本一致，計算校正流量的公式同式(1)。計算落差的公式如下

(4)

式中，Z0為南縣站基本水位，m；Z1為梅田湖站基本水位,m。

還原計算公式同式(3)。

該方案全部測點均參加單一線定線及精度檢驗。

4　新方案精度分析

4.1精度分析

用式(1)對南縣站2015年28次實測流量資料分別進行單值化分析計算，結果如表1所示。

原方案規定30 m以下低枯水測點不參加單一線精度檢驗，但為了說明以梅田湖為落差站可以有效改進低枯水定線精度，分析中全部測點均參加檢驗。從表1可以看出，原方案以管家鋪為落差站，若全部測點參加檢驗，其不確定度為14.28%，不能滿足《水文資料整編規范》SL247-1999二類巡測站單一線不確定度小于14%的定線要求。新方案以梅田湖為落差，其不確定度為12.62%，滿足規范要求。可見，以梅田湖水位站為落差站的新方案可有效提高低枯水校正精度。

表1　南縣(羅文窖)站水位流量關系單值化分析精度統計

4.2精度驗算

為檢驗新單值方案推求流量的精度，對新方案計算的2015年校正流量進行還原計算，與原方案推求結果相比較，計算并統計兩種方案推算的各時段流量、洪量以及極值誤差。

4.2.1月、年平均流量誤差統計

分別統計2015年月、年平均流量誤差、年徑流量誤差，結果見表2。

表2　南縣(羅文窖)站 2015年月、年平均流量誤差統計

從表2統計結果可以看出，與原方案相比，新方案各月平均流量誤差為-1.69%～3.55%，年徑流量誤差為 0.15%，均能夠滿足流量資料整編要求。

4.2.2日平均流量過程線對比

圖2為兩種方案推得的逐日平均流量過程線。由圖可以看出，兩種方案還原所得流量過程線較好的重疊，能夠滿足整編要求。

圖 2　南縣(羅文窖)站 2015年日平均流量過程線對比

4.2.3短期洪量對比誤差

分別統計兩種方案，推得2015年最大1日、3日、7日、30日、60日洪水總量，統計誤差見表3。

表3　南縣(羅文窖)站2015年短期洪水總量誤差統計

由表3統計結果可以看出，兩種方案，不同時段洪水總量相對誤差在-0.70%～2.45%以內，均能夠滿足流量整編要求。

表4　南縣(羅文窖)站2015年月、年最大最小流量誤差統計

由表5可以看出，3次洪水過程最大誤差為1.96%，最小誤差為-0.72%，均可滿足《水文巡測規范》SL195-97表 4.3.3要求二類站一次洪水總量允許誤差±6.0%的指標。

表5　南縣(羅文窖)站2015年洪峰總量誤差統計

5　結　語

以梅田湖水位站為落差站，建立南縣(羅文窖)站水位校正流量因素單值化數學模型，并分析2015年實測流量資料，點繪水位-校正流量關系曲線，經各項誤差檢驗，新方案檢驗結果均在誤差允許范圍之內。

與原方案相比較發現，由于梅田湖與南縣的距離較管家鋪近，因此在低枯水期落差能較好反映與流量之間的關系，使得30 m以下低枯水期流量可以通過單一線檢驗，優于原方案，且可提高本站各時段徑流量和特征值的精度。因此在梅田湖鎮正式設立落差輔助水位站，作為南縣(羅文窖)站水位流量關系進行單值化推流的方案可行。

參考文獻：

[1]張亭，吳堯. 漢口水文站水位流量單值化方案及其應用[J]. 人民長江，2014，45(9)：39-42.

(編輯：唐湘茜)

4.2.4月、年最大和最小流量相對誤差

分別統計兩種方案中月、年最大和最小流量誤差，具體成果見表4。

由表4可以看出，各月最大流量誤差為-0.52%～3.35%，最小流量誤差為-6.91%～3.34%，極小值誤差較大，年極大值誤差為2.36%，滿足單一線定線精度要求。由于原方案低枯水測點校正流量誤差較大，因此不參加檢驗，但低枯水總量誤差在允許范圍內，而新方案低枯水均能通過檢驗，因此低枯水還原流量有微小差別，新方案低枯水流量更加精確。

4.2.5全年最大3次洪水繩套線比較

南縣(羅文窖)站水位流量關系呈復式繩套關系，比較兩種方案推求出2015年全年最大的3次洪水水位流量關系線(見圖3～5)，并統計出洪峰總量的相對誤差(見表5)。