響水堡水文站河道水位—流量關(guān)系探討

□李娜卿

響水堡水文站屬于國(guó)家基本站，類別河道站，設(shè)站時(shí)間為1935 年5 月，位于海河流域永定河水系洋河，實(shí)測(cè)最高水位559.43，發(fā)生在1948 年；實(shí)測(cè)最大流量1270m3/s，發(fā)生在1979 年。根據(jù)2020 年實(shí)測(cè)的水位、流量，繪制其關(guān)系曲線，并對(duì)其準(zhǔn)確性和適用性進(jìn)行檢驗(yàn)。

1.基本情況

響水堡水文站所處河系海河流域永定河水系洋河，測(cè)站位于河北省張家口市辛莊子鄉(xiāng)響水鋪村，東經(jīng)115°11′北緯 40°31′，建于 1935 年，集水面積14507km2。形狀東西向長(zhǎng)，南北向短，略呈扁圓形。主要有東洋河、南洋河、西洋河、洪塘河、清水河、龍洋河等幾條支流，河網(wǎng)密集。

2.測(cè)驗(yàn)河段及斷面情況

2.1 河段特點(diǎn)

河段比較順直，上下160m 高低水無分流串溝?？菟径龋瑸┑卣己訉挼?/3 左右，洪水時(shí)水草較多，左右岸邊均有小樹，影響測(cè)深測(cè)速。河床為混凝土澆筑而成，左岸為沙壤土耕地，右岸為巖石峭壁。

圖1 水位—流量關(guān)系曲線圖

響水堡上游3000m 處為洋河水庫(kù)，1979 年10 月竣工蓄水運(yùn)行，考慮該站小流量天數(shù)占全年比例較大，且洋河水庫(kù)蓄水主要為滿足下游農(nóng)田灌溉的需求，導(dǎo)致斷面小流量低水位情況成為常態(tài)。

2.2 斷面情況

響水堡水文站共設(shè)有斷面：基本水尺斷面兼流速儀測(cè)流斷面兼浮標(biāo)測(cè)流斷面，斷面為標(biāo)準(zhǔn)化斷面，河床為鋼筋混凝土河底；上比降斷面兼上浮標(biāo)斷面位于基上160m，下比降斷面兼下浮標(biāo)斷面位于基下160m，上下比降斷面間距320m。

考慮到近幾年河道水事件整治，2017 年，響水堡開始建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)斷面，于2018 年竣工完成。

3.測(cè)驗(yàn)情況及資料成果

3.1 水位流量測(cè)驗(yàn)情況

水位觀測(cè)主要依托直立式水尺觀測(cè)；流量測(cè)驗(yàn)高水主要依靠智能遙控雷達(dá)波測(cè)流儀，比降斷面作為備份手段，中水主要利用智能遙控雷達(dá)波測(cè)流儀，單纜道自動(dòng)流速儀測(cè)流作為備份手段，低水依托流速儀測(cè)流。

根據(jù)響水堡水文站任務(wù)書要求，斷面流量監(jiān)測(cè)頻次：平水期和穩(wěn)定封凍期每5～7 日施測(cè)1 次；洪水期每次洪峰過程不少于3 次，如峰形變化復(fù)雜或洪水過程持續(xù)較久時(shí)，應(yīng)適當(dāng)增加測(cè)次，測(cè)得完整的變化過程。水位每日8 時(shí)觀測(cè)一次。水位變化緩慢時(shí)應(yīng)于 20 時(shí)或 16 時(shí)加測(cè)一次，洪水期、冰凌期和特殊情況影響水位變化時(shí)應(yīng)隨時(shí)增加測(cè)次，以測(cè)得完整的變化過程。

3.2 資料成果

選用響水堡水文站2020 實(shí)測(cè)流量成果見表1，繪制出水位—流量—面積關(guān)系圖見圖1，并根據(jù)關(guān)系圖編制了水位—流量關(guān)系表，對(duì)表所定的水位—流量關(guān)系進(jìn)行了三性檢驗(yàn)分析。

3.3 檢驗(yàn)方法

符號(hào)檢驗(yàn)：統(tǒng)計(jì)測(cè)點(diǎn)偏離曲線的正負(fù)號(hào)個(gè)數(shù)，計(jì)算統(tǒng)計(jì)量μ 值，并與給定的顯著性水平 α=0.25 所得的 μ1-α/2 值比較。當(dāng)μ＜μ1-α/2 時(shí)，則認(rèn)為合理，即接受假設(shè)，否則應(yīng)拒。

式中：

μ—統(tǒng)計(jì)量；

n—測(cè)點(diǎn)總數(shù)；

k—正號(hào)或負(fù)號(hào)個(gè)數(shù)；

p、q—正、負(fù)號(hào)概率，各為0.5；

*—連續(xù)改正數(shù)（離散型轉(zhuǎn)換為連續(xù)型）。

適線檢驗(yàn)：按測(cè)點(diǎn)水位由低至高排列順序，從第二點(diǎn)開始統(tǒng)計(jì)偏離正負(fù)符號(hào)變換，變換符號(hào)記1，否則記0。統(tǒng)計(jì)1 的次數(shù)，計(jì)算μ 值，并與給定的顯著性水平 α=0.25 所得的 μ1-α 值比較。當(dāng) μ＜μ1-α 時(shí)，則認(rèn)為合理，即接受假設(shè)，否則應(yīng)拒。

式中：

μ—統(tǒng)計(jì)量；

n—測(cè)點(diǎn)總數(shù)；

k—變換符號(hào)次數(shù)，k＜0.5（n-1）時(shí)作檢驗(yàn)，否則不作此檢驗(yàn)；

p、q—正、負(fù)號(hào)概率，各為0.5；

偏離數(shù)值檢驗(yàn)：計(jì)算 t 值、spˉ值，并將t 值與給定的顯著性水平α 所得的t1-t1-α/2 值比較。當(dāng)|t|＜μ1-α/2 時(shí)，則認(rèn)為合理，即接受假設(shè)，否則應(yīng)拒。

表1 響水堡（河道）水位—流量實(shí)測(cè)成果

表2 響水堡（河道）關(guān)系曲線檢驗(yàn)表

式中：

t—統(tǒng)計(jì)量；

p—平均相對(duì)偏離值；

spˉ—p 的標(biāo) 準(zhǔn)差 ；

s—p 的標(biāo)準(zhǔn)差；

n—測(cè)點(diǎn)總數(shù)；

pt—測(cè)點(diǎn)與關(guān)系曲線的相對(duì)偏離值。

當(dāng)上述3 種檢驗(yàn)結(jié)果均接受原假設(shè)時(shí)，應(yīng)認(rèn)定定線正確；若其中一種檢驗(yàn)拒絕原假設(shè)，應(yīng)分析原因，對(duì)定線適當(dāng)修改，重作檢驗(yàn)。

檢驗(yàn)結(jié)果見表2，符號(hào)檢驗(yàn)：合格；適線檢驗(yàn)：免檢；偏離數(shù)值檢驗(yàn)：合格；標(biāo)準(zhǔn)差：1.0%、隨機(jī)不確定度2.0%、系統(tǒng)誤差-0.1%，成果質(zhì)量合格。

4.結(jié)語

響水堡水文站2020 年55 份實(shí)測(cè)流量滿足定線推流要求，流量測(cè)次及測(cè)驗(yàn)精度均符合《河道流量測(cè)驗(yàn)規(guī)范》要求。本文根據(jù)該站實(shí)測(cè)流量成果繪制該站水位—流量關(guān)系圖，制定水位-流量關(guān)系表，滿足了水情監(jiān)測(cè)和報(bào)汛任務(wù)，同時(shí)為防汛抗旱減災(zāi)工作提供了技術(shù)支撐，對(duì)防汛抗旱減災(zāi)工作起到了至關(guān)重要的作用。