鄧州水文站測(cè)驗(yàn)精度分析

程慶華

（河南省水文水資源局）

1 基本信息及測(cè)驗(yàn)河段布置

鄧州水文站2014年建成，位于鄧州市城郊鄉(xiāng)十里鋪村，東經(jīng)112°01′47.3″，北緯32°43′30.6″，觀測(cè)項(xiàng)目有降水量、水位、流量等，測(cè)驗(yàn)方式為遙測(cè)、巡測(cè)。

該站坐落在長(zhǎng)江流域唐白河水系白河支流湍河上，站以上控制流域面積2 843 km2。測(cè)驗(yàn)河段基本順直，兩岸均有灘地，斷面寬度190 m，左、右堤頂均為混凝土路面，寬度6 m。測(cè)驗(yàn)斷面上游約200 m處為橡膠壩，測(cè)驗(yàn)斷面下游約2 km處為248省道跨湍河大橋。

2 理論曲線定線

2015 年開(kāi)始，南陽(yáng)對(duì)鄧州水文站理論曲線定線開(kāi)展外業(yè)勘測(cè)，主要包括：測(cè)驗(yàn)河段平面圖、基本水尺斷面水尺零高、基本水尺斷面、上中下比降水尺斷面、河道縱斷面測(cè)繪。根據(jù)鄧州水文站河道邊界條件及水流特征，確定鄧州水文站各斷面糙率取值，詳見(jiàn)表1。

表1 鄧州水文站各斷面糙率取值表

根據(jù)曼寧公式，對(duì)各級(jí)水位進(jìn)行理論關(guān)系曲線定線推流計(jì)算，成果見(jiàn)表2。

鄧州水文站2015年開(kāi)始正常開(kāi)展降水量、水位、流量測(cè)驗(yàn)工作。每年汛前，進(jìn)行水尺、大斷面水準(zhǔn)測(cè)量工作；汛期，根據(jù)上游來(lái)水情況合理布置流量測(cè)驗(yàn)測(cè)次；汛后，對(duì)水尺、過(guò)水?dāng)嗝孢M(jìn)行水準(zhǔn)復(fù)測(cè)工作。2015-2019 年，共施測(cè)流量30 余次，取各級(jí)水位代表流量測(cè)次點(diǎn)據(jù)如下表3。

表2 鄧州水文站基本水尺大斷面水位面積對(duì)應(yīng)成果表

表3 鄧州水文站實(shí)測(cè)流量點(diǎn)據(jù)表

3 斷面穩(wěn)定性分析

根據(jù)鄧州水文站斷面沖淤變化情況，論證沖淤變化規(guī)律及其對(duì)水位流量關(guān)系的影響程度，為水位流量關(guān)系分析提供依據(jù)。①選用2015-2019 年每年汛前大斷面資料。②利用近5a的實(shí)測(cè)大斷面成果，采用不同符號(hào)表示，點(diǎn)繪河底高程沿橫斷面分布圖如圖1；水位～面積關(guān)系線，確定水位～面積綜合線及其±3%和±6%的外包線如圖2。③計(jì)算每年（次）關(guān)系線與綜合線各級(jí)水位的面積相對(duì)偏離百分?jǐn)?shù)（A年-A綜）/A綜×100%。分析高、中、低各級(jí)水位斷面穩(wěn)定程度（最大相對(duì)偏離百分?jǐn)?shù)絕對(duì)值<3%屬穩(wěn)定，3%～6%屬較穩(wěn)定，>6%屬不穩(wěn)定）。

圖1 鄧州水文站近5 a大斷面對(duì)比圖

圖2 鄧州水文站近5 a水位～面積關(guān)系線對(duì)比圖

根據(jù)以上分析得知：鄧州水文站每年水位面積關(guān)系線與綜合線相比，低水與綜合線偏離值為-24.80%～12.40%；中水與綜合線偏離值為-2.50%～4.10%；高水與綜合線偏離值為-1.50%～0.10%。

4 水位流量關(guān)系定線分析

將鄧州水文站近5 a各級(jí)水位代表實(shí)測(cè)流量點(diǎn)據(jù)點(diǎn)繪水位流量關(guān)系線，由于鄧州水文站設(shè)站以來(lái)無(wú)較大洪水過(guò)程，且無(wú)歷史調(diào)查洪水資料，因此本次僅針對(duì)該站建站以來(lái)實(shí)測(cè)到的中低水資料進(jìn)行分析。分析計(jì)算得到實(shí)測(cè)水位流量關(guān)系定線誤差及合理性，分析計(jì)算理論水位流量關(guān)系定線誤差及合理性。并評(píng)定定線精度指標(biāo)是否符合《水文巡測(cè)規(guī)范》第4.5.1規(guī)定。

根據(jù)以上分析得知：實(shí)測(cè)點(diǎn)據(jù)所定水位流量關(guān)系曲線與理論關(guān)系曲線相比，中低水偏離值為-5.00%～7.70%。實(shí)測(cè)點(diǎn)據(jù)所定水位流量關(guān)系曲線系統(tǒng)誤差為0.40%，隨機(jī)不確定度為12.40；而理論水位流量關(guān)系曲線系統(tǒng)誤差為-3.20%，隨機(jī)不確定度為23.40%。對(duì)理論水位流量關(guān)系線和實(shí)測(cè)水位流量關(guān)系曲線進(jìn)行對(duì)比分析，結(jié)果如圖3。根據(jù)計(jì)算，鄧州水文站實(shí)測(cè)水位流量關(guān)系線與理論曲線最大相對(duì)偏離值見(jiàn)表4。

圖3 理論水位流量關(guān)系曲線與實(shí)測(cè)水位流量關(guān)系曲線對(duì)比圖

表4 實(shí)測(cè)水位流量關(guān)系曲線與理論曲線間最大偏離值統(tǒng)計(jì)表

5 分析結(jié)論

根據(jù)鄧州水文站斷面穩(wěn)定性分析得知：鄧州水文站基本水尺斷面每年水位面積關(guān)系線與綜合線相比，低水與綜合線偏離值為-24.80%～12.40%，斷面不穩(wěn)定；中水與綜合線偏離值為-2.50%～4.10%，斷面較穩(wěn)定；高水與綜合線偏離值為-1.50%～0.10%，斷面穩(wěn)定；總體斷面較穩(wěn)定。斷面歷年沖淤變化不明顯。

根據(jù)鄧州水文站水位流量關(guān)系定線分析得知：鄧州水文站為三類精度站，實(shí)測(cè)點(diǎn)據(jù)所定水位流量關(guān)系曲線系統(tǒng)誤差、隨機(jī)不確定度均滿足規(guī)范要求，定線合理，可采用單一線進(jìn)行定線推流；而理論水位流量關(guān)系曲線系統(tǒng)誤差、隨機(jī)不確定度都不滿足規(guī)范要求，定線不合理，究其原因，應(yīng)為部分水位級(jí)糙率選取不合理所致。實(shí)測(cè)點(diǎn)據(jù)所定水位流量關(guān)系曲線與理論關(guān)系曲線相比，偏差較大；且根據(jù)實(shí)測(cè)點(diǎn)據(jù)所定水位流量關(guān)系曲線高水趨勢(shì)為相同水位級(jí)流量偏大。

由于實(shí)測(cè)資料較少，無(wú)高水實(shí)測(cè)流量資料，中低水應(yīng)根據(jù)實(shí)測(cè)點(diǎn)據(jù)所定水位流量關(guān)系曲線進(jìn)行定線推流，并對(duì)理論水位流量關(guān)系曲線進(jìn)行修正。高水流量可由實(shí)測(cè)關(guān)系曲線延長(zhǎng)線及理論曲線綜合考慮。并在以后的測(cè)驗(yàn)中注意收集高水實(shí)測(cè)流量點(diǎn)據(jù)，對(duì)實(shí)測(cè)關(guān)系曲線進(jìn)行完善。若實(shí)測(cè)關(guān)系曲線與理論關(guān)系曲線滿足單一線允許相對(duì)誤差，可考慮并線進(jìn)行推流。