灤河烏龍磯水文站水位級劃分探析

于 洋，王 妍，夏達忠，金 錚

（1.海河水利委員會水文局，天津 300170；2.海河水利委員會水利信息網絡中心，天津 300170；3.河海大學水文水資源學院，江蘇 南京 210098）

1 測站概況

烏龍磯水文站始建于1983 年，位于河北省承德市承德縣下板城鎮烏龍磯村，是灤河中游干流上的重要控制站，也是引灤入津工程水源地潘家口水庫的入庫站之一。烏龍磯水文站測站級別為大河干流控制站，測站等級為國家重要水文站，控制流域面積30 100 km2。烏龍磯水文站上游有伊遜河、武烈河、老牛河等支流匯入，下有柳河、瀑河等支流匯入。烏龍磯水文站承擔著灤河干流水文測驗及向潘家口水庫和國家防總報汛的重要職責，測驗任務包括降水量、蒸發量、水位、流量、水溫、冰情、泥沙等項目。

烏龍磯水文站上游約3 km 右岸有泉寶河匯入，5 km 下板城鎮有橡膠壩1 座，7 km 左岸有老牛河匯入，17 km 右岸有白河匯入，36 km 左岸有武烈河匯入，71 km 左岸有伊遜河匯入；下游約13 km 左岸有暖兒河匯入，18 km 右岸有柳河匯入，30 km 右岸有黃花川匯入，46 km 左岸有清河匯入，49 km 左岸有瀑河匯入，81 km有潘家口水庫。

2 水位級劃分方法

按照《河流流量測驗規范》（GB 50179-2015）對烏龍磯水文站的不同水位級進行了劃分。規范規定一類精度水文站水位級劃分采用年特征值法，并符合下列規定：根據測站各年瞬時最高水位ZM，計算頻率并繪制頻率曲線，取頻率P 為90%所對應的水位為高水位；根據測站各年平均水位，計算頻率并繪制頻率曲線，取頻率P 為50%所對應的水位為中水位；根據測站各年瞬時最低水位Zm，計算頻率并繪制頻率曲線，取頻率P 為10%所對應的水位為低水位。

根據上述水位級劃分結果，可將測站水情特征劃分為以下4 個時期：Z≥ZM（P=90%）應為高水期；ZM（P=90%）＞Z≥-Z（P=50%）應為中水期；-Z（P=50%）＞Z≥Zm（P=10%）應為低水期；Z≤Zm（P=10%）應為枯水期。

3 不同水位級劃分

以烏龍磯水文站為例，根據其1984—2018 年水文資料，按一類精度水文站對其水位級進行劃分。

3.1 高水位確定

3.1.1 頻率計算

對烏龍磯水文站各年瞬時最高水位（ZM）按從大到小順序進行排列，分別采用《河道流量測驗規范》（GB 50179-2015）提出的常用頻率計算公式（1）和Landwehr經驗公式（2）計算頻率P。

式中：P 為頻率；m 為隨機變量按從大到小遞減順序排列的序號；n為隨機變量的序列數，不宜小于20。

烏龍磯水文站各年瞬時最高水位（ZM）頻率計算成果，見表1。

表1 烏龍磯水文站各年瞬時最高水位式（1）頻率計算成果

3.1.2 高水位頻率曲線繪制

采用“線性矩法”對烏龍磯水文站各年瞬時最高水位（ZM）樣本數據進行變差系數（Cs）和偏態系數（Cv）估計，再通過“適線法”以“擬合度”作為輔助指標（其值在0～1 之間，越大表明擬合程度越好），調整變差系數（Cs）和偏態系數（Cv），最終得到樣本均值（Ex）、變差系數（Cs）、偏態系數（Cv）和擬合度（R）等統計參數，計算成果見表2。

表2 烏龍磯水文站各年瞬時最高水位頻率曲線統計參數

圖1 各年瞬時最高水位頻率曲線（P1）

圖2 各年瞬時最高水位頻率曲線（P2）

對比上述2 種成果可知，P2繪制的頻率曲線（如圖2 所示）擬合度略優于P1繪制的頻率曲線（如圖1所示）擬合度。因此，采用P2的成果，取頻率P 為90%所對應的水位為高水位4.14 m。

3.2 中水位確定

3.2.1 頻率計算

對烏龍磯水文站各年平均水位（-Z）按從大到小順序進行排列，分別采用《河道流量測驗規范》（GB 50179-2015）提出的常用頻率計算公式（1）和Land?wehr 等經驗公式（2）計算頻率P。烏龍磯水文站各年平均水位（-Z）頻率計算成果，見表3。

表3 烏龍磯水文站各年平均水位式（1）頻率計算成果

3.2.2 中水位頻率曲線繪制

表4 烏龍磯水文站各年平均水位頻率曲線統計參數

圖3 各年平均水位頻率曲線（P1）

圖4 各年平均水位頻率曲線（P2）

對比上述2 種成果可知，P1繪制的頻率曲線（如圖3 所示）擬合度略優于P2繪制的頻率曲線（如圖4所示）擬合度。因此，采用P1的成果，取頻率P 為50%所對應的水位為中水位3.69 m。

3.3 低水位確定

3.3.1 頻率計算

對烏龍磯水文站各年瞬時最低水位（Zm）按從大到小順序進行排列，分別采用《河道流量測驗規范》（GB 50179-2015）提出的常用頻率計算公式（1）和Landwehr 等經驗公式（2）計算頻率P。烏龍磯水文站各年瞬時最低水位（Zm）頻率計算成果，見表5。

表5 烏龍磯水文站各年瞬時最低水位式（1）頻率計算成果

3.3.2 低水位頻率曲線繪制

同理，采用表5 計算成果繪制頻率曲線，樣本均值（Ex）、變差系數（Cs）、偏態系數（Cv）和擬合度（R）計算結果見表6。

表6 烏龍磯水文站各年平均水位頻率曲線統計參數

對比上述2 種成果可知，P1繪制的頻率曲線（如圖5 所示）擬合度略優于P2繪制的頻率曲線（如圖6所示）擬合度。因此，采用P1的成果，取頻率（P）為10%所對應的水位為中水位3.54 m。

圖5 各年瞬時最低水位頻率曲線（P1）

圖6 各年瞬時最低水位頻率曲線（P2）

3.4 水位級劃分結果

綜上，烏龍磯水文站水位級劃分結果見表7。

表7 烏龍磯水文站水位級劃分結果m

4 結語

（1）烏龍磯水文站在海河流域屬年徑流量較大的測站，冬季測驗斷面不封凍，滿足規范采用暢流期頻率水位進行水位級劃分的要求。

（2）烏龍磯水文站上游灤河干流上的徑流式電站屬小水電，水頭較小，因此對高水位和低、枯水位基本無影響，對中水位有一定影響，但影響程度還需要進一步對中水位資料進行還原后研究。

（3）近年來，烏龍磯水文站上游灤河干支流修建了若干座橡膠壩，攔蓄水流形成景觀水面，因此對低、枯水位有一定的影響，加之經濟社會發展導致取水量增加，但影響程度也需要進一步對低、枯水位資料進行還原后研究。

（4）2019 年5 月31 日，烏龍磯水文站上游武烈河上大Ⅱ型水庫——雙峰寺水庫下閘蓄水，在提高承德市區防洪標準和供水保證率的同時，將極大地改變下游河段的水文特性。后續應盡快開展雙峰寺水庫對下游水情影響分析，使水文數據更好地為灤河流域經濟社會發展服務。