褒河馬道水文站水位流量關系分析

宋品江

（陜西省水文水資源勘測局武侯鎮(zhèn)水文站陜西勉縣723000）

褒河馬道水文站水位流量關系分析

宋品江

（陜西省水文水資源勘測局武侯鎮(zhèn)水文站陜西勉縣723000）

本文依據(jù)褒流域以及馬道水文站測站實況，采用年特征值法對馬道水文站進行了水位級的劃分，選用2006年～2012年實測流量成果中各年最大洪峰過程中149次實測流量進行綜合定線，結合歷年水位流量關系曲線，進行誤差分析。在滿足規(guī)范規(guī)定的前提下，實現(xiàn)水位流量關系單值化的目的，為該站實行巡測提供技術條件。

水文站；水位級；水位流量關系；分析

1　概況

1.1流域概況

褒河為長江支流漢江上游左岸較大支流，位于陜西西南，地跨寶雞、漢中兩市的太白縣、鳳縣、留壩縣、勉縣、漢臺區(qū)5個縣。發(fā)源于秦嶺南麓，過江口、馬道，于漢中市孤山村匯入漢江。上游支流發(fā)育，下游支流短小，納大小支流36條，河系上寬下窄。主要支流有黃牛河、太白河、蒿壩河、武關河、南河、北棧河等。流域內(nèi)建有大（二）型水利工程——石門水庫。

圖1　馬道水文站實測大斷面圖

圖2　馬道水文站歷年水位流量關系綜合曲線圖

表1　褒河馬道站水位～流量關系綜合曲線檢驗計算表

該流域處于暖溫帶及北亞熱帶，流域內(nèi)植被覆蓋良好，多以闊葉林和針葉林混雜，地質(zhì)結構多以變質(zhì)巖為主。雨量豐沛，多年平均降水量為800mm，降水主要受季風影響，時空分布不均。山溪性河流特點突出，洪水頻繁，洪枯懸殊。

1.2測站概況

馬道水文站始建于1979年8月，是漢江上游一級支流褒河的控制站，國家重要水文站，一類精度站。位于陜西省留壩縣馬道鎮(zhèn)，東經(jīng)107°00′，北緯33°25′。流域面積3415Km2，距河口距離41km。目前該站現(xiàn)有的測報項目有：水位、流量、泥沙、泥顆、降水等。建站以來實測最大流量為5810m3/s（1981年8月18日）。

1.3測驗斷面

測驗河段基本順直，河床為沙卵石組成，斷面穩(wěn)定，高水糙率變化不大，符合穩(wěn)定的水位～流量關系的基本條件。基本斷面上游2500m處有西溝河匯入，上游500m處有一急彎，對該站有一定控制作用。測驗河段設有上比降斷面、基本斷面和下比降斷面，基本斷面和流速儀測流斷面基本重合，上下比降斷面間距200m。點繪近年實測大斷面圖。見圖1

2　流量測驗及歷年水位流量關系

2.1流量測驗

馬道站洪水主要由降雨產(chǎn)生地表徑流形成，漲落差較大，多呈單式洪峰，水位流量關系相對穩(wěn)定。2013年新建自動化纜道一座，流量測驗要求中低水使用纜道測流，控制洪水過程；高水時用纜道流速儀法或中泓浮標法測流。按照該站測驗任務書的要求，流量測驗要求控制洪水過程，造成馬道站流量測驗頻繁，測驗任務大，年均測次均在100次以上。

2.2歷年水位流量關系曲線

馬道水文站在近幾年來水位流量關系曲線呈單條或多條臨時（或過度）曲線，低水部分水位流量關系散亂，中高水部分均為單一線，各年的系統(tǒng)誤差均小于1%，隨機不確定度均小于8%。為進一步簡化工作強度，就該站水位流量關系進行單值化分析，以減少測驗工作量，降低生產(chǎn)成本，實現(xiàn)水文巡測具有重要意義。

3　水位流量單值化分析

3.1分析資料系列的選取

根據(jù)《水文巡測規(guī)范》（SL195-2015）以下（簡稱《規(guī)范》）的要求，選用（2006年～2012年）7年連續(xù)實測流量資料進行分析，該7年資料包括了豐、中、枯水年和不同水情資料，選用實測流量成果中各年最大洪峰過程實測流量149次（從中水水位開始選取），符合《規(guī)范》“在各水位級內(nèi)用于計算誤差的樣本不宜少于30個”的要求。

3.2水位級的劃分

根據(jù)《河流流量測驗規(guī)范》GB50197-2015第4.4.2的規(guī)定：對于一類精度的水文站，水位級的劃分可采用年特征值法，并應符合下列規(guī)定［1］：

1）根據(jù)測站各年瞬時最高水位Zm，計算頻率和繪制頻率曲線，當頻率P為90%時，其對應的水位，為高水位。

2）根據(jù)測站各年瞬時最低水位Zm，計算頻率和繪制頻率曲線，當頻率P為10%時，其對應的水位，為低水位。

3）根據(jù)測站各年日平均水位，計算頻率和繪制頻率曲線，當頻率P為50%時，其對應的水位為中水位。

選用馬道站1990年至2011年22年水位特征值資料，采用年特征值法劃分水位級，計算結果為：

高水：P=90%，Z=96.56 m；

表2　馬道水文站水位流量關系單一線法誤差統(tǒng)計表

表3　馬道水文站當年水位流量關系與歷年綜合線t檢驗結果

表4　2012年馬道水文站綜合線推流水量誤差統(tǒng)計表

中水：P=50%，Z=94.66 m；

低水：P=10%，Z=94.38 m.

3.3歷年綜合線分析

3.3.1歷年綜合線繪制

將選取的實測流量149次流量點繪在同一張圖上進行綜合分析，歷年中、高水曲線趨勢基本一致。利用南方片2.0水文資料整匯編軟件通過點群中心，定出一條歷年綜合曲線（見圖2）。

3.3.2定線精度

經(jīng)過多次調(diào)整綜合線（中、高水）的節(jié)點，分別進行三種檢驗及隨機不確定度計算，三種檢驗都達到合格，檢驗結果見表1。

3.3.3實測關系點與歷年水位流量關系綜合曲線誤差

采用2006年～2012年的連續(xù)系列資料，根據(jù)這幾年的流量實測點對當年和歷年綜合關系曲線分析結果來看，高中水相對誤差均滿足《規(guī)范》的規(guī)定，計算各年水位流量實測點與歷年綜合曲線的相對誤差誤差統(tǒng)計見表2。

水位流量關系曲線綜合線中、高水系統(tǒng)誤差分別為：-0.1%和-0.3%，系統(tǒng)誤差的絕對值滿足一類精度水文站不大于1%的單一線法系統(tǒng)誤差指標；中水隨機不確定度為X=8.8%小于規(guī)范規(guī)定的X＜12.0%，高水隨機不確定度為X=9.6%，小于規(guī)范規(guī)定的X＜10.0%，符合規(guī)范規(guī)定的要求。馬道水文站水位流量關系綜合曲線中高水均滿足單一線法定線允許誤差指標和隨機不確定度。

3.3.4學生氏t檢驗

對水位高于94.66m的各年實測點對當年水位流量關系與歷年綜合線進行t檢驗，檢驗結果表明，各年與綜合曲線的兩組樣本通過假設檢驗，屬于同一總體系列，統(tǒng)計結果見表3。

3.3.4歷年綜合線推流檢驗

將綜合線的水位流量關系節(jié)點推算2012年（2012年水位變幅較大，有代表性）年徑流量、汛期洪水總量及一次洪水總量，其中94.66以下用該年所定的臨時曲線推流。將推流結果與原整編結果進行比較，其誤差范圍見表4，從誤差統(tǒng)計情況來看各項相對誤差指標均在《水文巡測規(guī)范》SL 195-97第4.5.3對時段徑流總量允許相對誤差的允許規(guī)定范圍內(nèi)［2］。

依據(jù)以上規(guī)定結合馬道站洪水特性，馬道站斷面控制良好洪水暴漲暴落且歷時較短；近年來水位流量關系曲線中高水部分水位流量關系穩(wěn)定，均為單一線，且多年線型基本吻合，趨勢走向基本一致，能定單一的綜合曲線；水位流量關系綜合曲線其定線精度、實測關系點與歷年水位流量關系綜合曲線誤差、學生氏t檢驗誤差、歷年綜合線推流檢驗均滿足該站單一線法定線允許誤差指標；所定水位流量關系綜合曲線中高水符合規(guī)范規(guī)定定為單一線的要求，以此可以在一定范圍內(nèi)簡化該站流量測驗方式，在中水水位級以上按水位級分布測點能滿足水位流量關系定線推流要求。

4　結論

馬道站斷面控制良好，其水位流量關系各個水位級還不能滿足單值化的要求，只是在一定的水位級滿足。因此建議馬道水文站在今后的流量測驗工作中，中水水位級以上采用按水位級分布開展流量測驗工作，流量測次合理控制各級水位，而沒有必要按照洪峰過程來布置測次，這將大大減輕馬道站流量測驗次數(shù)，降低職工勞動強度，為該站實行巡測提供技術條件。陜西水利

［1］《河流流量測驗規(guī)范》GB 50197-2015.

［2］《水文巡測規(guī)范》SL 195-97.

（責任編輯：唐紅云）

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