勞村水文站糙率分析研究

謝愛民

（賀州水文中心，廣西 賀州 542899）

1 測站概況

勞村站設于2004年1月，是珠江流域西江水系桂江1 級支流思勤江的控制站，集水面積為1569 km2，是國家一般水文站和區(qū)域代表站，測驗項目主要有水位、流量、泥沙、水溫、降水量等。流量測驗精度為二類精度。

勞村站位于思勤江下游，流域內(nèi)主要的支流有珊瑚河、同古河等。測驗河道基本順直，主流穩(wěn)定，基本斷面呈不規(guī)則U 形，河床由沙卵石組成，較為穩(wěn)定，右岸為農(nóng)田，左岸為陡峭山體，水位84.20 m以上時，右岸出現(xiàn)漫灘。歷史調(diào)查最高水位是1916年5月15日的86.10 m，實測最高水位為2017年7月2日的83.99 m，實測流量為2190 m3/s。

基本斷面上游1.1 km有森沖水電站，為日調(diào)節(jié)型，影響枯水期水位、流量過程，以24 h為周期規(guī)律性漲退變化。下游14 km處有雙門灘電站。

勞村站流域的洪水主要受鋒面、低壓槽等暴雨天氣系統(tǒng)影響，其中以鋒面雨為主。每年較大洪水過程一般有3～6 場。一般漲洪歷時為10～50 h，洪峰持續(xù)0.5～1.5 h，退水歷時2～4 d。采用纜道測流時，測流歷時一般在40～50 min。

2 糙率分析

2.1 測驗河段分析

勞村水文站布設上下兩個比降斷面，河道基本順直，無明顯收縮擴散和彎道現(xiàn)象，斷面與流向垂直，上下比降斷面間距為226 m，河床基本穩(wěn)定，斷面沖淤變化不大，斷面面積歷年變化小。河段岸壁為土壤和松散變質(zhì)巖，常水位線上多高大雜草和灌木，高程較高地方有竹叢，測驗河段符合《比降面積法測流規(guī)范》（SD174-85）要求。測驗河段平面圖見圖1。

圖1 勞村水文站測驗河段平面圖

2.2 糙率資料分析

根據(jù)規(guī)范要求，本次糙率分析選取勞村水文站2012-2017年所有比降觀測資料共47 份進行統(tǒng)計分析，最低水位79.57 m，最高水位83.98 m。所選資料經(jīng)資料整編審查，成果準確可靠，資料選取無人為主觀性影響，具有隨機性，符合規(guī)范要求。

勞村站歷年水位流量為單一線，河段較為順直，沖淤變化不大，河床與岸壁穩(wěn)定，無深潭、急灘、回水現(xiàn)象，無收縮和擴散，因此采用以下公式計算糙率：

式中：n為糙率；Q為流量，m3/s；A為過水斷面面積，m2；J為水面比降；R為水力半徑，m，通常用平均水深代替。

2.3 水位與糙率關系分析

以糙率為橫坐標，水位為縱坐標，將勞村水文站2012-2017年47份糙率點繪上圖，經(jīng)點群中心繪制水位糙率關系曲線（見圖2），其節(jié)點見表1。從圖2看，糙率存在隨水位升高而增大的趨勢，點群中心從0.030 逐漸增大，在82.50 m 后趨于穩(wěn)定在0.042。比降測驗河段河床為沙卵石，基本穩(wěn)定，斷面沖淤變化不大，河段岸壁為土壤和松散變質(zhì)巖，常水位線上多高大雜草和灌木，高程較高地方有竹叢，植物為常綠植物，生長季節(jié)和年際變化不大，其糙率變化與河床、河道岸壁組成及植被變化情況基本一致。查《水文測驗實用手冊》無實測資料時糙率估算表6.63，以河道類型描述的河道糙率系數(shù)中，岸壁以分散灌木、雜草叢生的河道糙率值估算為0.035 至0.070[1]，與本站接近，說明本次分析的水位糙率曲線是合理的。

圖2 勞村水文站水位與糙率關系曲線圖

表1 勞村水文站水位糙率曲線節(jié)點表

3 誤差統(tǒng)計和推流驗證

3.1 誤差統(tǒng)計

通過水位糙率曲線查讀相應水位的糙率，與實測糙率進行比較，統(tǒng)計結(jié)果見表2，點據(jù)偏離曲線累積頻率75%的相對誤差為8.3%，頻率95%的相對誤差為15.2%，系統(tǒng)誤差為-0.1%，滿足規(guī)范要求。

表2 糙率曲線定線誤差表

3.2 推流驗證

采用水位糙率曲線，查讀相應水位的糙率，根據(jù)實測比降、斷面面積、平均水深，按比降面積法計算流量，并與各相應流速儀實測流量進行比較，統(tǒng)計成果見表3。經(jīng)統(tǒng)計累積頻率75%的相對誤差為8.6%，頻率95%的相對誤差為15.2%，系統(tǒng)誤差為0.1%，滿足規(guī)范要求。

表3 流量驗證誤差統(tǒng)計表

點繪實測流量與本次計算流量點，見圖3。從圖3看，采用糙率計算的流量點子，其計算成果與歷年流速儀實測流量趨勢是一致的，所定水位流量綜合關系線基本重合，流量誤差符合規(guī)范要求。因此可以認為采用糙率資料計算流量是可靠合理的。在水位79.5 m 以上時，利用水位糙率關系，和比降面積法計算勞村水文站流量與流速儀法相互間插補使用是可行的。

圖3 勞村水文站流速儀法與比降面積法水位流量關系圖

4 結(jié)語

勞村水文站為巡測站，采用纜道流速儀開展流量監(jiān)測，所在河流為山區(qū)性河流，中高洪期間，水流湍急，漂浮物多，存在纜道測流設施故障或被沖毀的風險，強化勞村水文站洪水和超標準洪水的應急監(jiān)測能力極為必要。本次研究通過分析勞村水文站近5年來洪水糙率測驗資料，確定了水位糙率關系，經(jīng)誤差分析和推流驗證，成果合理可靠，為勞村水文站采用比降面積法開展洪水流量測驗提供可靠依據(jù)，完善了該站因測驗設施被毀或故障或出現(xiàn)超標準洪水時應急測流的預案。