三堆子水文站流量間測可行性研究

彭子翰，朱 朋

（長江水利委員會水文局長江上游水文水資源勘測局攀枝花分局，四川 攀枝花 617000）

1 概況

三堆子水文站是國家基本水文站， 位于四川省攀枝花市鹽邊縣桐子林鎮(zhèn)三堆子村， 屬于長江流域金沙江下段水系，是金沙江上唯一的船測站，是金沙江梯級電站烏東德水電站入庫的首要控制站。 該站設(shè)立于1957年6月， 測站的主要水文測驗項目為：水位、流量、單沙、顆分、推移質(zhì)、水溫、降雨、蒸發(fā)、氣象（氣壓、氣溫、相對濕度、風(fēng)力風(fēng)向）、水質(zhì)等，為國家收集了非常重要的基礎(chǔ)水文信息，為防汛抗旱、為水資源監(jiān)督管理提供了數(shù)據(jù)支撐。

測驗河段特性：測驗河段順直長約0.8km，最大水面寬約270m。斷面左岸有垂直高約6.0m 的移民區(qū)堡坎，基本水尺設(shè)在左岸，在斷面上游約300m有3處石堆，水流湍急，當水位在979.00m以上時，3處石堆被淹沒，水位在979.00m以下左岸有死水。 主泓偏右，下游1.9km有一彎道起中高水控制。

2 流量間測可行性研究與目的

流量間測：水文測站的資料經(jīng)過相關(guān)分析，證明歷年的水位流量關(guān)系穩(wěn)定或其變化在相關(guān)規(guī)范的允許誤差范圍內(nèi)，對其中一項水文要素，比如“流量”停測一段時期后， 再次開始施測的測驗與停止測驗相間的測驗方式。

流量測驗是水文測驗里最基本的項目， 通過對測站的特性分析，探索出流量測驗的新方法，有力推進水文事業(yè)的改革和創(chuàng)新， 如果三堆子站的流量測驗?zāi)軐嵭虚g測，將減少各項水文工作量，能夠解放有限的人力資源，提高水文測報能力。

2.1 研究依據(jù)

依照SL195—2015 《水文巡測規(guī)范》 里相關(guān)要求，對測站特性、歷年水位流量關(guān)系曲線進行分析，如滿足相關(guān)規(guī)范的要求， 即可證明流量測驗在三堆子站是可行的。

2.2 測站控制分析

通過對收集到的測站2008—2019年實測大斷面數(shù)據(jù)進行分析（圖1），河槽右岸較陡，河床為亂石夾沙組成，斷面呈“v”型，排除人為破壞的因素，經(jīng)過12年的演變，斷面靠左有部分沖刷，最大沖刷部位在起點距98.8m，沖刷深度為0.67m；斷面靠右有部分被淤積， 淤積最大部位在起點距217m， 最大淤積深度0.92m。 由圖2可知斷面沖淤對斷面的面積影響并不大， 在常規(guī)洪水位986.00m時，2008年與2019年斷面面積對比， 變化率為 （3470～3450）/3450×100%=0.82%，經(jīng)分析得知斷面較穩(wěn)定，變化甚微，測站控制良好，為實行流量間測提供了良好的必要條件。

圖1 2008—2019年實測大斷面對比分析

圖2 2008—2019年水位面積對比

2.3 歷年水位流量關(guān)系曲線分析

對收集到的三堆子站2008—2019年共12年的整編水位、流量關(guān)系節(jié)點，點繪出多年的水位、流量關(guān)系線對比圖（如圖3），該站的水位、流量關(guān)系成單一線。變化最大的為2012年與2018年的高水部分，2018年偏大，當水位為988.66m時，用2012年水位流量關(guān)系曲線推流為15200m3/s， 用2018年水位流量關(guān)系曲線推流為15900m3/s， 最大的相對誤差為 （15900～15200）/15200×100%=4.61%， 由于斷面長期沖刷導(dǎo)致，河道變深，導(dǎo)致斷面面積增大，流量增大，綜合來說各年份水位流量關(guān)系基本穩(wěn)定。

圖3 2008—2019年水位流量關(guān)系曲線

2.4 綜合水位流量關(guān)系曲線分析

2.4.1 綜合曲線確定

對于水文測站控制較好，且各個水位級的水位、流量關(guān)系都保持相對穩(wěn)定的測站， 結(jié)合本站的特性采用插值法或通過選用以下公式的數(shù)學(xué)模型來擬合單一曲線，用水位推求流量。

指數(shù)方程：

式中 Q為流量（m3/s）；Ze為水位與一常數(shù)之差；C，n為常數(shù)。

對數(shù)方程：

本次選用三堆子水文站2008—2019年共346次實測且可靠的流量數(shù)據(jù)， 其中低水位期流量數(shù)據(jù)有158次，中水位期流量數(shù)據(jù)有111次，高水位期流量數(shù)據(jù)有77次。 選用的數(shù)據(jù)滿足SL195—2015《水文巡測規(guī)范》中規(guī)定，需有連續(xù)5年以上的系列資料，且宜包括枯、中、豐水年及不同水情的資料，在各水位級內(nèi)用于計算相關(guān)誤差的實測流量次數(shù)不少于30次，可以將選用的實測流量數(shù)據(jù)進行綜合定線。

現(xiàn)將2008—2019年共12年346次實測流量，點繪在同一張圖上， 三堆子站歷年的實測流量點子呈帶狀分布，可以擬合出一條單一曲線，選用式（3）進行擬合， 擬合出三堆子站歷年的綜合水位流量關(guān)系曲線，如圖4。

圖4 三堆子站2008—2019年綜合水位流量關(guān)系曲線

選用的實測流量數(shù)據(jù)與歷年綜合水位流量關(guān)系曲線之間的定線誤差應(yīng)符合SL/T247—2020《水文資料整編規(guī)范》要求，符合單一曲線的定線標準。 現(xiàn)對綜合水位流量關(guān)系曲線進行3種檢驗， 檢驗結(jié)果如下：

偏離數(shù)值檢驗： 將樣本的平均相對偏離值除以標準差等到統(tǒng)計量|t|=0.08，將|t|與顯著性水平a=0.10時允許的|t|值1.65進行比較，只要小于1.65，則偏離檢驗合格。

標準差為2.5%，隨機不確定度為5.0%，系統(tǒng)誤差為0.0%。 3種檢驗結(jié)果、標準差、隨機不確定度、系統(tǒng)誤差均在允許范圍內(nèi)， 說明該綜合水位流量關(guān)系曲線定線合理。

2.4.2 綜合水位流量關(guān)系曲線合理性檢查

將上述經(jīng)過分析確定下來的歷年綜合關(guān)系曲線與歷年采用的水位流量關(guān)系曲線進行逐年推求年徑流量、汛期總量、一次洪水總量，并對誤差進行統(tǒng)計，統(tǒng)計結(jié)果如表1， 從表1看出各項誤差指標全部符合SL195—2015《水文巡測規(guī)范》允許的范圍內(nèi)，說明歷年綜合曲線的定線結(jié)果是合理的， 可以滿足推流及相關(guān)要求。

表1 三堆子站各時段總量特征值相對誤差

通過三堆子站2008—2019年的水文測驗任務(wù)書得知該站的流量測驗精度為二類流量精度， 按相關(guān)規(guī)范里的二類精度站點的曲線偏離允許指標執(zhí)行，按水文測驗任務(wù)書低、中、高水位級的劃分，分別進行計算綜合曲線與各年關(guān)系曲線在不同水位級的時候的最大偏離誤差， 并將綜合曲線與各年曲線最大偏離值進行統(tǒng)計，結(jié)果如表2。

表2 各年與綜合水位流量關(guān)系曲線最大偏離值

從表2的統(tǒng)計結(jié)果能夠看出，歷年的年低、中、高水最大偏離值均符合SL195—2015《水文巡測規(guī)范》所規(guī)定的允許誤差，可實行間測，并采用歷年綜合關(guān)系曲線進行推算流量。

3 結(jié)語

（1）通過對三堆子水文站近12年的實測斷面、水位流量關(guān)系曲線進行分析， 結(jié)果表明各項精度指標全都滿足相關(guān)水文規(guī)范所允許的精度要求， 進一步證明了此次分析的方法合理、成果可靠，該站流量測驗滿足SL195—2015《水文巡測規(guī)范》里對流量間測的相關(guān)規(guī)定，結(jié)合三堆子水文站實際情況，該站流量測驗可實施流量間測模式：年份為單數(shù)時實測，年份為雙數(shù)時停測， 停測年份采用歷年綜合關(guān)系曲線推算流量。

（2）建議在停測年份按不同水位級檢測流量5次左右， 每次流量監(jiān)測前20d內(nèi)應(yīng)實測斷面或?qū)崪y水深，線點布設(shè)執(zhí)行流量常測法方案，將監(jiān)測成果與推流的水位～流量關(guān)系曲線進行適線檢查。若誤差超過SL195—2015《水文巡測規(guī)范》允許的誤差范圍，應(yīng)進行現(xiàn)場分析并就地復(fù)測，復(fù)測后仍超出誤差范圍的，應(yīng)恢復(fù)測驗并采用當年實測流量定線， 誤差未超限則間測期采用綜合水位流量關(guān)系曲線推流， 將有限的人力、物力、技術(shù)等資源集中起來提高工作效率。

（責(zé)任編輯：尹健婷）