沮漳河河溶站水位流量關系單值化應用分析

【摘要】受洪水漲落和回水頂托影響的水位流量關系一般為復雜的時序型繩套曲線，測驗上要求流量測次多，整編采取人工查讀瞬時流量費時費力，現采用落差指數法對河溶站水位流量關系進行單值化分析，簡化該站測整工作，為巡測提供技術準備。

【關鍵詞】水位流量關系；落差指數法；單值化；巡測

1、 基本情況

沮漳河為長江一級支流，上游分東西兩支，西支為沮河，集水面積3370 km2，支流67條。東支為漳河，集水面積2968 km2，支流84條；流域呈平行狀，地勢西北高、東南低。上游為荊山山地，地勢高峻，河流穿行于叢山之間；中游為低山丘陵；下游進入江漢平原邊緣，地勢開闊坦蕩。年內暴雨洪水主要出現在汛期，尤以5-7月為最多。

河溶水文站位于沮河與漳河交匯處下游，至河口距離90km，集水面積4126km2（不含上游漳河水庫集水面積2212km2），屬平原河流站，坡降平緩，Z～Q關系中、高水受洪水漲落率影響，洪水期線型通常為逆時針繩套狀；在本站水位較低而長江水位較高時，受長江回水頂托影響，這時線型無規律，采用連時序法定線；低水受河槽控制，枯水期和低水時（41.00m以下）呈臨時曲線或單一線，每年測流次數約100次，河床由泥沙組成，兩岸為堤防，斷面存在沖淤變化，對低水水位流量關系線有影響。

2、研究方法

河溶站是受洪水漲落、變動回水頂托影響的典型水文站，在基下適當距離設置輔助水尺斷面，安裝水位自動監測儀器。用基本水尺斷面與輔助水尺斷面之間的落差為參數（下游落差既能反映洪水漲落率、又能體現長江回水頂托影響），采用落差指數法對水位流量關系進行處理，達到基本水尺水位與校正流量因素值關系線單一。

2.1 落差指數法的基本原理

天然河道的洪水演進可用圣維南方程組描述，對于平原河道，慣性項與附加比降相比，其量甚微可以忽略。

在穩定天然河道，流量模數K及恒定流水面比降基本上與水深成單值關系。附加比降則取決于洪水漲落和回水頂托的綜合影響。

3、結果分析

3.1 落差代表性

基于上述原則，2015年10月，在基下6000m處設立輔助水位自記觀測設施，與基本水位計算同時落差，從全年落差過程線、流量過程線對照看，落差的漲落大小、趨勢與流量過程相應，運用落差指數法對該站復雜水流關系進行單值化分析，前提是選擇的落差要具有代表性。從2016年8月6日水位落差過程線圖1、水位流量關系線圖2為例對落差、流量過程進行對照，此復式峰的落差、流量變化趨勢相應，一致性較好，說明該輔助斷面計算的落差代表性好。

3.2 單值化分析

選用2016年實測流量、基本站與輔助站水位之間落差，采用公式（3）計算校正流量因素q，在2016年，實測流量相應最高水位49.15m，當年最高水位49.17m，選擇41.00m以上流量測次計84次，進行落差指數法單值化分析，經試錯，不同β值與水位～校正流量因素曲線標準差Se之間關系見圖3，最后優選β值為0.5，利用基本水位與校正流量因數建立關系線如圖4。

當β值取0.50時，基本水位與校正流量因素值q成單一線，且關系線三種檢驗合格、系統誤差0.2%、隨機不確定度9.8%，符合《水文資料整編規范》（SL247-2012）規定：水位流量關系定線一類精度站允許指標，系統誤差±2%，隨機不確定度10%（水力因素法）；另外，采用落差指數法推流，與原連時序法推流結果進行比較，年徑流誤差為-0.5%，根據《水文資料整編規范》SL247-2012條文說明規定：研究新的定線推流方法，經對以往資料的檢驗，不同方法計算的年徑流量不超過±3%者，可作為整編方法使用，據此在41.00m以上可采用落差指數法進行測整。

4、結論

經過分析，河溶站中高水（水位>41.00m）時，采用落差指數法對復雜水流條件下的水流關系（主要是洪水漲落、回水頂托）進行單值化分析，一是所選單一輔助下斷面落差代表性好，二是單值化后基本水位與校正流量因素關系線滿足規范要求；該站可采用落差指數法在中高水進行流量測整。

河溶站單值化處理后，水位≤41.00m時，按臨時曲線法定線推流；水位>41.00m時，按落差指數法定線推流，每年測流15～30次，流量測次數減少約75%；推流關系線均可擬合成數學公式，在南方片整編程序中進行整編，實現推流電算化，不再手工點繪繩套線，減輕整編工作量；為水文站開展巡測提供技術支撐，為平原河流復雜水位流量關系單值化提供一種選擇。

參考文獻：

[1] 巢中根， 李正最. 水位流量關系分析中落差指數的直接解算[J].水文，2000，20（3）：18-20.