金川峽（二）（二壩）水文站水文間測分析

王海峰

（甘肅省水利廳石羊河流域水資源利用中心，甘肅 武威 733000）

水文測驗(yàn)為水資源開發(fā)、水資源評價(jià)、水污染防治、水生態(tài)保護(hù)和水功能區(qū)劃定提供了大量的量化依據(jù)，帶來了巨大的社會效益，但是目前我省水文測驗(yàn)工作發(fā)展還相對滯后，傳統(tǒng)的水文測報(bào)方式已逐漸無法適應(yīng)社會進(jìn)步對水文測驗(yàn)的需求，這就需要我們轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)思維，思考利用有限水文測驗(yàn)資源向社會提供更全面、客觀、有價(jià)值的水文服務(wù)。為此，加強(qiáng)水文監(jiān)測方式轉(zhuǎn)變的探索研究，在不影響測驗(yàn)精度的前提下，選擇更快捷、便利的水文測驗(yàn)方式顯得意義重大。本文依據(jù)《水文巡測規(guī)范》，對金川峽（二）（二壩）進(jìn)行間測分析論證。

1 概況

金川峽水文站始建于1958 年6 月，位于永昌縣北海子村九社，集水面積1992 km2，屬甘肅省武威水文站管轄。2016 年因上游水電站工程從金川峽站以上引水，斷面斷流，經(jīng)水利部水文局批準(zhǔn)，上遷1.4 km，更名為金川峽（二）水文站，新設(shè)金川峽（二）（二壩）水文站[1］，金川峽（二）（二壩）水文站位于永昌縣二壩引水渠城區(qū)段。金川峽（二）（二壩）水文站水量主要是東大河引水[2］。

2 資料合理性分析

甘肅省武威水文水資源勘測局曾于1988 年～1992 年和2006 年～2010 年對永昌縣二壩引水渠進(jìn)行對比流量監(jiān)測。因2005 年前后進(jìn)行過渠道加固維修，斷面條件變化，現(xiàn)對2007 年～2010 年對比檢測水位流量成果資料和2016 年建站以來的實(shí)測水位流量成果資料進(jìn)行綜合分析。采用測橋測量不同水位量級的流量共50 份，金川峽（二）（二壩）水文站2007 年以來系列資料無插補(bǔ)一致性、代表性好，均為人工駐測資料，可靠性高，三性檢查通過。多年資料均經(jīng)過武威水文站資料整編，并刊印[3-4］。

每年高中低水各級測次分布情況見表1。

表1 各級水位測次分布

根據(jù)《水文巡測規(guī)范》“有5 年以上資料的水文站，經(jīng)分析論證實(shí)測流量的水位變幅已控制歷年水位變幅80%以上[5］”，并符合有關(guān)條件規(guī)定者，可實(shí)現(xiàn)間測。本站擁有2007 年～2010 年和2016 年～2019 年共8 年資料，且實(shí)測流量的水位變幅已控制歷年水位變幅的82%，見表2。

表2 水位變幅分析

資料序列長度及資料精度均符合《水文巡測規(guī)范》要求，可以實(shí)行間測。

3 綜合關(guān)系線的確定

在保證水文資料的連續(xù)性、一致性、準(zhǔn)確性、可靠性的前提下，我們以《水文巡測規(guī)范》《河流流量測驗(yàn)規(guī)范》等為依據(jù)，對金川峽（二）（二壩）站水位流量關(guān)系進(jìn)行率定分析。

利用2007 年～2010 年和2016 年～2019 年共計(jì)8 年的實(shí)測流量50 份作曲線分析，見圖1。

圖1 金川峽（二）(二壩)站歷年水位流量關(guān)系曲線

由圖1 可知，金川峽（二）（二壩）站水位流量關(guān)系曲線點(diǎn)據(jù)密集，完全呈帶狀同向分布，高水部分點(diǎn)據(jù)略少但趨勢相同無明顯偏離。擬合實(shí)測數(shù)據(jù)點(diǎn)建立水位-流量綜合曲線關(guān)系見表3。

表3 金川峽（二）(二壩)站水位-流量綜合關(guān)系線 單位：m3／s

4 誤差分析

根據(jù)《水文資料整編規(guī)范》要求，關(guān)系曲線為單一線、使用時(shí)間較長的臨時(shí)線和經(jīng)單值化處理的單數(shù)值曲線，且測點(diǎn)在10 個(gè)以上，應(yīng)對綜合關(guān)系線進(jìn)行符號檢驗(yàn)、適線檢驗(yàn)、偏離數(shù)值檢驗(yàn)，同時(shí)還應(yīng)對歷年關(guān)系線與綜合線進(jìn)行t（學(xué)生氏）檢驗(yàn)。

（1）符號檢驗(yàn)

符號檢驗(yàn)是檢驗(yàn)所定關(guān)系曲線兩側(cè)實(shí)測點(diǎn)據(jù)的數(shù)目是否處于平衡狀態(tài)，以確定曲線是否需要修改。根據(jù)樣本情況計(jì)算統(tǒng)計(jì)量u，其中：

式中：u 為統(tǒng)計(jì)量；n 為樣本總量，此處即測點(diǎn)數(shù)；k 為正負(fù)號個(gè)數(shù)，如為0 記為正負(fù)各半。

本次檢驗(yàn)樣本容量50，其中正容量22.5，負(fù)容量27.5，統(tǒng)計(jì)結(jié)果0.57 小于臨界值1.15，符號檢驗(yàn)通過，關(guān)系線兩側(cè)點(diǎn)據(jù)處于平衡狀態(tài)。

（2）適線檢驗(yàn)

適線檢驗(yàn)是對實(shí)測點(diǎn)與曲線間正負(fù)偏離值的排列情況的檢驗(yàn)，如所定水位流量關(guān)系曲線是完全適中的平衡狀態(tài)，則符號變換的概率為0.5。根據(jù)樣本情況計(jì)算統(tǒng)計(jì)量u，其中：

式中：u 為統(tǒng)計(jì)量；n 為樣本總量，此處即測點(diǎn)數(shù)；k 為變換符號數(shù)， k＆lt;0.5（n-1）時(shí)做檢驗(yàn)，否則不做此檢驗(yàn)。

本次檢驗(yàn)中k=27＆gt;0.5（n-1）=24.5，故不做此檢驗(yàn)，說明實(shí)測點(diǎn)與曲線間正負(fù)偏離值排列均勻。

（3）偏離數(shù)值檢驗(yàn)

偏離數(shù)值檢驗(yàn)是檢測實(shí)測點(diǎn)與曲線間的平均偏離誤差值是否在合理范圍內(nèi)，如不合理要對曲線進(jìn)行修正。根據(jù)樣本情況計(jì)算統(tǒng)計(jì)量t，其中：

式中：t 為統(tǒng)計(jì)量；p 為平均相對偏離；Sp為P 的標(biāo)準(zhǔn)差；s為P的標(biāo)準(zhǔn)差；n為樣本總量，此處即測點(diǎn)數(shù)；pi為相對偏離值。

經(jīng)上式計(jì)算得：統(tǒng)計(jì)量t 為0.12，小于臨界值1.67，偏離數(shù)值檢驗(yàn)通過，偏離情況符合規(guī)范要求。符號檢驗(yàn)、適線檢驗(yàn)、偏離數(shù)值檢驗(yàn)情況見表4。

表4 歷年水位流量綜合關(guān)系檢驗(yàn)成果表

由表4 可知，三種檢驗(yàn)均通過，系統(tǒng)誤差0.0 小于允許值2%，不確定度3.6%小于允許值（12%～14%），定線合理相對誤差滿足《水文巡測規(guī)范》規(guī)定，水位流量關(guān)系符合間測要求。

（4）t（學(xué)生氏）檢驗(yàn)

t（學(xué)生氏）檢驗(yàn)主要是檢驗(yàn)現(xiàn)關(guān)系線與原關(guān)系線的差異，當(dāng)t（學(xué)生氏）檢驗(yàn)通過時(shí)認(rèn)為原定曲線仍可使用。

分別用2010 年和2016 年～2019 年所定的關(guān)系曲線與歷年綜合曲線作學(xué)生氏t 假設(shè)檢驗(yàn)，見表5。

表5 Z-Q 關(guān)系線t 檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)表

由表5 可知，上述年份曲線與綜合曲線的兩組樣本均通過假設(shè)檢驗(yàn)，屬于同一總體系列。

根據(jù)《水文巡測規(guī)范》（SL 195-2015）規(guī)定 “有5 年以上資料的水文站，經(jīng)分析論證實(shí)測流量的水位變幅已控制歷年水位變幅80%以上”且“每年的水位流量關(guān)系曲線（或單值化線）與歷年綜合關(guān)系曲線之間的最大偏離，不超過規(guī)定的允許誤差范圍者，可實(shí)行停2～5 年測一年”，由表6、表7可知高中低水最大偏離均不超二類精度站誤差允許指標(biāo)，水位符合間測要求。

表6 流量間測關(guān)系曲線偏離誤差統(tǒng)計(jì) 單位：%

表7 流量間測關(guān)系曲線偏離允許誤差指標(biāo) 單位：%

推算2010 年和2016 年～2019 年徑流量，并將推算得到的各年份當(dāng)年徑流量、汛期（5 月～9 月）徑流量與綜合線推求的對應(yīng)年份徑流量做對比分析，見表8。

表8 徑流量誤差計(jì)算表

《水文巡測規(guī)范》（SL 195-2015）規(guī)定，三類精度站年徑流總量允許誤差為： 5%，現(xiàn)金川峽（二）（二壩）站各年誤差均小于1%，徑流量符合間測要求。

5 結(jié)論與建議

1）金川峽（二）（二壩）渠系現(xiàn)澆混凝土梯形斷面，水位流量關(guān)系呈穩(wěn)定單一線，洪峰流量過程無需搶測。水位流量關(guān)系線確定及其精度符合《河流流量測驗(yàn)規(guī)范》《水文巡測規(guī)范》和《水文資料整編規(guī)范》要求，符合間測條件。

2）金川峽（二）（二壩）水文站可實(shí)行間測，聚體間測方案為停5 年測1 年。停測年份每年監(jiān)測不少于3 次，施測年份每年7～15 次。

3）本次流量率定水位變幅范圍為18.33 m～19.04 m，以后若超過此變幅范圍時(shí)，隨時(shí)加測流量，以確保水量的精度，若發(fā)現(xiàn)精度超界，恢復(fù)傳統(tǒng)測驗(yàn)。