三陽坑（梅溪）水文站水位流量關系間測分析

王 康

（安徽省蕪湖水文水資源局三口鎮水文站,安徽 黃山 245700）

1 三陽坑（梅溪）水文站基本情況

1.1 測站地理位置及功能

三陽坑（梅溪）水文站設立于1972 年5 月,為一般水文站,三類精度站,位于天目山西北麓,錢塘江流域新安江水系梅溪河上,站址為安徽省黃山市歙縣三陽鎮三陽坑村,流域面積98.6 km2。該站為皖南山區30 km2～100 km2代表站,測站功能為研究暴雨洪水,探求流域產匯流規律。

1.2 測站特性及水文特征

三陽坑（梅溪）水文站測驗河段順直,基下180 m 處有一公路橋。右岸為主槽,左岸為沙灘卵石組成,基本斷面河槽由卵石組成。2008 年12 月基上160 m 處建一翻板壩。該站水位流量關系呈單一線型或低水呈臨時曲線。三陽坑（梅溪）水文站實測最高水位5.66 m（1996 年6 月30 日）,最大流量764 m3/s（1996 年6 月30 日）,最大流速4.46 m/s（2002 年6 月2 日）,年最大徑流量1.960 億m3（1983 年）,年最小徑流量0.588 億m3（2004 年）,多年平均徑流量1.117 億m3,多年年平均降水量為1628.5 mm,歷年最大降水量2739.3 mm（1954 年）,歷年最小降水量1051.4 mm（1978 年）。

1.3 水位流量關系影響因素

三陽坑（梅溪）水文站以上流域洪水主要由暴雨形成,暴雨多發生在4 月～7 月,主要為鋒面型暴雨和低壓型暴雨、對流型暴雨和臺風外圍型暴雨,其中6 月、7 月為高強度的梅雨型暴雨,尤其是6 月上旬～7 月上旬為洪水多發期。由于上游山區地形陡峻,河道坡降大,河槽調蓄能力小,降雨匯流迅速,洪水暴漲暴落,具有峰高量大而歷時短的特點,一次洪水歷時一般為1 天,多則3 天,短的僅有幾個小時[1]。該測站控制良好,汛期河床沖淤變化較小,河床較穩定,三陽坑（梅溪）水文站歷年實測大斷面情況見圖1。水位流量關系主要受洪水漲落影響呈穩定狀態,歷年水位流量關系呈單一曲線。

圖1 三陽坑（梅溪）水文站歷年實測大斷面圖

2 水位流量間測分析的開展

2.1 分析目的

三陽坑（梅溪）水文站至1972 年設站以來,一直按單一線法進行流量測驗（按水位級布置測點）和資料整編,由于該站地處皖南山區,洪水期流速大,漂浮物較多,尤其是2016 年改造之后,纜道升高,給流量測驗安全帶來很大隱患。基于測驗河段特性,開展水位流量關系間測分析,選擇近5 年連續的逐年水位流量關系曲線展開分析,其目的是若滿足《水文巡測規范》（SL 195-2015）間測要求,則停2 年～5 年復測,以降低測驗成本和職工勞動強度,減少安全隱患,更好地為新增加的中小河流測站加強測驗管理。

2.2 分析依據

分析采用《水文巡測規范》（SL 195-2015）第4.2.6 條,即各類精度的水文站,有5 年以上資料,經分析論證實測流量的水位變幅已控制歷年（包括大水、枯水年份）水位變幅80%以上,每年的水位流量關系曲線與歷年綜合關系曲線之間的最大偏離不超過表1 規定的允許誤差范圍者,可實行間測,實行停2 年～5 年測一年。

表1 流量間測關系曲線偏離允許誤差指標 單位：%

2.3 分析資料的選用情況

由于三陽坑（梅溪）站2016 年站房及纜道升級改造,經過2017 年后各項測驗設施設備趨于穩定,各種系數重新分析率定后校驗合格,故分析資料樣本選用2018 年～2022 年共5 年水位流量關系曲線,且這5 年豐、平、枯交替出現。歷年綜合曲線采用2018 年～2022 年歷年水位流量關系曲線綜合繪制。在所選最近的連續5 年樣本資料中,實測最大流量616 m3/s,相應最高水位4.94 m,發生于2019 年6 月21 日。實測最小流量0.015 m3/s,相應最低水位0.39 m,發生于2021 年12 月13 日。三陽坑（梅溪）水文站歷史最高水位發生在1996 年,水位為5.66 m,歷史最低水位發生在2009 年,水位為0.35 m,所選樣本資料中實測最大流量的水位變幅已控制歷年（包括大水、枯水年份）水位變幅85.7%。水位級的劃分依據《河流流量測驗規范》（GB 50179-2015）4.4.2 第3 節規定,針對二、三類精度水文站,水位級的劃分采用典型年法。三陽坑（梅溪）水文站水位級劃分見表2。

表2 三陽坑（梅溪）水文站水位級劃分

三陽坑（梅溪）水文站為巡測站,歷年水文資料均按照《水文資料整編規范》（SL 247-2020）要求整編,每年的水位流量關系曲線均通過四項（符號、適線、偏離數值、系統誤差）檢驗,資料代表性好,精度可靠,見表3。從表3 可以看出,三陽坑（梅溪）水文站歷年水位流量關系曲線分析檢驗均達或優于規范對三類精度站所要求的標準,《水文資料整編規范》（SL 247-2020）5.3.2 中三類精度站水位流量關系定線精度指標為：系統誤差≤±2%,隨機不確定度≤12%,巡測站可增大2%～4%）。

表3 三陽坑（梅溪）水文站水位流量關系曲線定線精度檢驗統計表

2.4 分析方法

根據《水文巡測規范》（SL 195-2015）第4.5.8 條規定,采用每年水位流量關系曲線與歷年綜合關系曲線比較,計算出曲線之間的最大偏離,若各水位級滿足上述表1 誤差要求,則認為符合間測要求。

3 水位流量關系間測分析過程

3.1 繪制綜合水位流量關系線

將2018 年～2022 年的歷年水位流量關系曲線點繪在同一張圖上,過歷年各節點中心繪制出一條綜合水位流量關系曲線。繪制過程發現0.75 m 以下的低水點子雖然絕對誤差值不大但相對誤差較大,分析原因為低水易受斷面輕微沖於、水草及各種藻類生長影響,故綜合曲線繪制采用0.75 m 以上水位流量關系節點繪制。三陽坑（梅溪）水文站歷年與綜合水位流量關系曲線見圖2,綜合曲線表見表4。

表4 2018 年～2022 年歷年綜合水位流量關系曲線表

圖2 三陽坑（梅溪）水文站歷年與綜合水位流量關系曲線

3.2 綜合水位流量關系線精度評估

通過每年的水位流量關系曲線與2018 年～2022 年歷年綜合水位流量關系曲線比較計算出相對誤差。歷年各水位級水位流量關系曲線與歷年綜合水位流量關系曲線相對誤差綜合成果統計見表5。

表5 歷年各水位級水位流量關系曲線與歷年綜合水位流量關系曲線相對誤差綜合成果統計表

從表5 可以看出,2018 年～2022 年水位在0.75 m 以上,三陽坑（梅溪）水文站歷年水位流量關系曲線與歷年綜合水位流量關系曲線的最大偏離未超過表1 規定的允許誤差。

3.3 校驗綜合水位流量關系線

將綜合線的節點數據（0.75 m 以下仍采用當年線）錄入南方庫進行計算,算出成果在與歷年的次徑流及年徑流進行比較。歷年水位流量關系曲線與歷年綜合水位流量關系曲線推流次洪水總量相對誤差計算成果見表6。歷年水位流量關系曲線與歷年綜合水位流量關系曲線推流年徑流量與年徑流深相對誤差計算成果見表7。

表6 歷年水位流量關系曲線與綜合水位流量關系曲線推流次洪水總量相對誤差計算成果表

表7 歷年水位流量關系曲線與綜合水位流量關系曲線推流年徑流量與年徑流深相對誤差計算成果表

從上述統計結果可以看出,歷年水位流量關系曲線與歷年綜合水位流量關系曲線推流次洪水總量相對誤差8.0%以內,歷年水位流量關系曲線與歷年綜合水位流量關系曲線推流年徑流量與年徑流深相對誤差在5.0%以內。

4 結論

通過以上分析可以看出,三陽坑（梅溪）水文站2018 年～2022 年歷年水位流量相關關系較好,滿足單一曲線定線精度要求,歷年曲線均能通過三種檢驗,系統誤差和隨機不確定度較小,且水位在0.75 m 以上,歷年水位流量關系曲線與歷年綜合水位流量關系曲線的最大偏離未超過《水文巡測規范》（SL 195-2015）中規定的允許誤差,且水位變幅已控制歷年（包括大水、枯水年份）水位變幅80%以上,歷年水位流量關系曲線與歷年綜合水位流量關系曲線推流次洪水總量相對誤差8.0%以內,歷年水位流量關系曲線與歷年綜合水位流量關系曲線推流年徑流量與年徑流深相對誤差均在5.0%以內,滿足《水文巡測規范》（SL 195-2015）第4.2.6 條要求。故依此可實行間測,實行停測2 年～5 年后復測一年,洪水期報汛,采用綜合水位流量關系曲線報汛。0.75 m 以下測驗方法不變,待時機成熟與條件滿足再做進一步分析。