水位后移法在常樂水文站水位流量單值化分析中的應用

劉惠雯，曾秀華，林國鴻，鄧建明，韋蔚來，鐘許松

（廣西沿海水文中心北海水文測報中心，廣西 北海 536000）

1 流域概況

1.1 地理位置

南流江位于廣西東南部，是廣西獨流入海第一大河，發源于玉林市北流市大容山南側，自北向南流。流經北流市、玉林市玉州區、玉林市福綿區、博白縣、欽州市浦北縣、北海市合浦縣6縣（市、區），于合浦縣注入北部灣的廉州灣，全長285 km，流域面積9232 km2，平均坡降為0.35‰，是桂南沿海流域面積最大、流程最長的獨流入海河流。

1.2 氣象及水文特征

南流江流域地處南亞熱帶，北枕大山，南臨海洋，屬南亞熱帶向熱帶過度的季風氣候區。年均氣溫21.5～23.1℃，年降水量為1400～1900 mm。夏季盛行偏南風，冬季盛行偏北風，但由于海陸風的調節，與內陸同緯度地區相比，夏天偏涼，冬天偏暖，全縣無霜期平均每年350 d，光照充足，雨量充沛。受臺風影響，暴雨集中，水位易暴漲造成洪澇災害。

南流江流域豐水期4～9月的徑流量占年徑流量的80.6%，6～9月的徑流量占年徑流量的63.1%。多年（1956—2000年）平均年徑流量為49.97億m3（按常樂水文站天然徑流量計算）。

1.3 站點基本情況

常樂水文站是國家基本水文站，設立于1952年，位于合浦縣常樂鎮，是珠江流域南流江重要控制站。常樂水文站集水面積為6645 km2，主要測驗項目有：水位、流量、水質、泥沙、降水、蒸發、水溫、岸溫。自建站以來最高水位18.770 m（1967-08-06）（85基準，下同），最低水位10.34 m（2021-07-18），實測最大流量4860 m3/s（1967-08-06），實測最小流量13.7 m3/s（2021-07-18）。

常樂水文站測驗河段順直約900 m，主槽位于左岸，左岸斷面處建有護坡，右岸由沙礫石與沙壤土組成，岸坡平緩穩定。河底為砂卵石構成，無水生植物影響，河床因河段抽沙沖刷逐年降低。水位在18.50 m時右岸漫灘分流，19.50 m以上左岸也有分流，高水漫灘寬度左岸2005 m，右岸2100 m。

2 資料選用

2.1 歷年資料情況

本站從1953年5月開始流量測驗，1956年1月1日～7月31日停止流量測驗，1956年8月1日恢復流量測驗至今。1953年5月～2012年4月采用測船、轉子式流速儀進行流量測驗，2012年5月～2015年5月采用纜道、轉子式流速儀進行流量測驗，2015年6月至今采用纜道、走航式ADCP進行流量測驗，1953年5月～1980年12月采用連時序法進行整編，1981年1月至今采用單一線進行整編。

2.2 分析資料情況

選用2013—2021年實測資料進行分析，從分析資料查得實測最高水位17.11 m（2013-11-12），相應流量2480 m3/s；實測最大流量為2710 m3/s（2015-10-07），相應水位16.23 m；實測最低水位10.34 m（2021-07-18），相應流量（最小流量）為13.7 m3/s。

2.3 選用資料的合理性分析

根據《河流流量測驗規范》（GB 50179-2015）規定，實測流量及相應水位的變幅已控制歷年（包括大水、枯水年份）水位變幅的80%以上。資料的可靠性、一致性、代表性均良好。

3 單值化分析

3.1 水位后移法原理

常樂水文站受洪水漲落影響，測驗河段基本穩定且下游無變動回水影響，本次采用抵償河長法中的水位后移法來進行單值化分析[1]。即用實測流量與測流平均時間后移一個時段的水位建立關系，使繩套曲線轉化為單一的水位流量關系曲線。后移時間T為洪水波在抵償河長L的傳播時間Γ的1/2，即T=Γ/2[1]。

3.2 后移時間的確定

在歷年的水位流量關系圖中，選取幾個具有代表性，漲落率較大的測點，量出各測點距離穩定的水位流量關系曲線的水位差值，除以相應的漲落率得到水位后移時間，初步確定后移時間為20～30 min。試錯法確定Z～Q關系曲線：給定各種不同的后移時段，以測流平均時間后移一個時段后的水位與實測流量建立關系，以滿足單一曲線定線要求且水位流量關系曲線不確定度最小者為最優。通過試錯法，確定常樂水文站后移時間30 min為最優[2]。

3.3 定線推流

根據后移水位、實測流量數據繪制各年的水位流量關系曲線，按照《水文資料整編規范》（SL/T 247-2020）進行適線檢驗、符號檢驗和偏離數值檢驗，計算各年關系線標準差、隨機不確定度及系統誤差，與后移前進行對比[3]。單值化前后關系線檢驗結果見表1。

表1 單值化前后關系線檢驗結果表%

從表1可看出，單值化后各年關系曲線符合檢驗，適線檢驗，偏離數值檢驗均合格，滿足《水文資料整編規范》（SL/T 247-2020）要求，一類精度站單一線系統誤差為±1%，隨機不確定度±8%。說明單值化關系線符合定線誤差，定線合理。系統誤差在允許范圍內，成果合理。

挑選2013、2019、2020年分別代表豐、平、枯水年，計算其年、汛期（4～9月）、低水枯期后移前后徑流總量，并進行誤差分析。因2013年最高水位出現在11月，2013年汛期徑流總量計算采用4月25日～9月24日、10月25日～11月24日的徑流總量。低枯水期徑流總量取年徑流總量減去汛期徑流總量計算而得[4]，計算結果見表2，結果均符合《水文巡測規范》（SL 195-2015）第4.5.3、4.5.5條規定。

表2 不同時段徑流總量誤差統計表

汛期總量低枯水期總量單值化后（108 m3/s）單值化前（108 m3/s）誤差/%允許誤差/%單值化后/（108 m3/s）單值化前/（108 m3/s）誤差/%W枯/W年允許誤差/%57.36 57.32 0.07±3.0 19.04 19.03 0.05 0.25±2.5 34.28 34.26 0.06±3.0 10.58 10.59-0.09 0.24±2.5 17.24 17.24 0±3.0 9.53 9.52 0.11 0.36±2.5

挑選2013、2019、2020年中最大洪水過程，分別計算后移前后一次洪水徑流總量，并進行誤差分析，結果見表3，計算結果均滿足《水文巡測規范》（SL 195-2015）第4.5.3條規定。

表3 一次洪水過程徑流總量誤差統計表

4 結論

（1）常樂水文站水位流量關系可采用水位后移法進行單值化處理，可按水位級均勻布設測次，大大減輕了流量測驗任務。

（2）經過單值化處理，可采用本站水位后移法進行整編，后移時間為30 min。經過關系曲線檢驗，滿足規范要求，可作單值化處理并應用于資料整編。