江西營水文站水位流量單值化分析

徐 駿

（陜西省漢中水文水資源勘測中心,陜西 漢中 723000）

1 基本概況

1.1 流域概況

南鄭區,隸屬于陜西省漢中市,位于陜西省漢中的西南地區,北臨漢江河,南邊是巴山山脈,屬于大巴山地和漢中、安康低山丘陵盆地過渡區,地勢南高北低,山區占57%。丘陵淺山區占28%,平川區占15%。其區域內的主要河流有漾家河、冷水河、濂水河等。屬北亞熱帶濕潤氣候,年平均氣溫14.2℃,年平均降水量970 mm。

江西營水文站位于陜西省南鄭區紅廟鎮五龍村,河流名稱為喜神壩河,屬于長江流域漢江水系,喜神壩河是漢江南岸一級支流濂水河的較大支流,發源于川陜交界處的巴山北麓的牛頭梁山脈,河流從南向北流經喜神壩、紅廟、紅士、塘坊鄉,至水井鄉的橫店子與西來的白崖河相匯,稱為濂水河,在大河坎鎮中咀村匯入漢江。濂水河其流域面積為683 km2,河流全長70 km。

1.2 測站概況

江西營水文站始建于1960 年5 月,江西營水文站位于喜神壩河上游,為巴山北麓區域的代表性站,該站屬于省級基本水文站,是漢江上游地區的小面積流域代表性站,該站承擔著向漢中市防辦、南鄭區防辦等防汛部門提供防汛雨水情信息,同時也是下游紅寺壩水庫的進庫站。江西營水文站集水面積為84.3 km2,距入河河口里程52.1 km。斷面下游700 m為紅寺壩水庫庫區,水庫大壩位于斷面下游約5.6 km 處,水庫下泄水量匯入濂水河。該站設有的觀測項目有：水位、流量、泥沙、降水、蒸發。

1.3 水文特征

2013 年實測建站以來最大流量586 m3/s（7 月22 日）,相應水位98.33 m（比降面積法）,多年平均降水量1200 mm,多年平均流量2.48 m3/s,多年平均徑流量0.7825 億m3。重現期5 年一遇的洪水流量206 m3/s,10 年一遇的洪水流量284 m3/s,20 年一遇洪水流量363 m3/s,30 年一遇的洪水流量413 m3/s。

2 測驗斷面

2.1 斷面和洪水特征情況

江西營水文站斷面位于紅寺壩水庫回水線以上,測驗斷面河段比較順直,兩岸為變質巖,無崩塌現象。區域內流域形狀大致為扇形,具有源短、河小、產流快的特點,是典型的山溪性河流。該站洪水主要為山區內降雨產生的地表徑流,洪水漲落差較大,呈暴漲暴落趨勢,多成單式洪峰,水位流量關系相對穩定。

水位流量關系的變化主要由水體流速（V）,以及該斷面的面積（A）的變化而變化,河道斷面面積受河道漲水的沖淤影響而改變,故2015 年南鄭區政府對本站斷面上下游各50 m 的河岸進行了漿砌整理,岸坡用石料漿砌,斷面比較規整,2021 年3 月漢中水文勘測中心對該站基本斷面上下游11 m,進一步將護岸縮窄,混凝土灌注,河床用鋼筋鋪設加固,對河底進行了混凝土硬化處理,厚度達0.5 m,堰體處呈V 字形態。堰高高度為0.53 m,中間為V 型形態,堰底為平底,距堰底最低處高度0.54 m,堰寬21.6 m,堰上部分呈梯形,梯形護坡與V 型堰中間有一小段為90°陡坡,其余為梯形,坡比為60°。經過多次對江西營水文站的斷面進行人工修建和改變,其斷面形態為人工混凝土,很難受到沖刷的影響,因此該站的斷面相對穩定,不受外界因素的干擾而產生變化。江西營站“V”型量水堰斷面圖見圖1。

圖1 江西營站V 型量水堰斷面圖

2.2 測驗設施設備情況

江西營水位站在基本斷面共設有3 支水尺,其中P1、P2 為直立式鋼管水尺,P3 為斜坡水尺,設立在V 型堰行進槽的上端。堰口處設有2 支水尺,分別為B1、B2。基本斷面水尺最高可觀測至99.50 m,其相應流量在950 m3/s 左右,抗洪能力為100 年一遇。同時設有上下比降水尺共6 支,間距為120 m,基線位于右岸長60 m,在基本斷面右岸架設有雷達水位計兩臺,在大洪水期間可保證水位觀測過程的完整性。在位于右岸的平臺處架設閉口式全自動纜道一套,主索跨度66 m,左右岸均為鋼型支架,左岸支架高6 m,右岸高2 m,設計測洪能力為30 年一遇洪水,實際測洪能力10 年一遇洪水。

2.3 測驗斷面情況

2021 年6 月V 型堰建成之后,對該站的大斷面總計進行了三次測量,河床底部有部分的淤積,但相對來說本站V 型堰建成后,斷面穩定,水流狀態穩定,由于堰口的抬升,斷面的比降減小。對于本站這種小河三類精度站,流量測驗相較以前,精度得到了保證,由于斷面平均流速減小,纜道測驗幅度增加了,穩定性提高了,所以水位流量關系穩定且單一,其斷面形狀見圖2。

圖2 江西營站實測大斷面圖

3 資料分析

3.1 資料選取

2021 年6 月13 日江西營站V 型堰建成,斷面發生了新的變化,為了保證資料的一致性,因此資料選取2021 年6 月13 日V 型堰建成之后至2022 年7 月的實測流量成果數據,共計149 次。2021 年實測點子共計104 次,發生洪水場次8 次,其中纜道實測95 次,基下65 m 臨時斷面實測9 次,2021 年測得最大洪水流量為151 m3/s,水位96.94 m,相當于5 年一遇。2022 年1 月～7 月的流量資料共計45 次,其中纜道實測17 次,臨時斷面實測28 次,實測最低水位95.13 m,對應流量0.658 m3/s,水位變幅1.81 m。另外為了驗證臨時斷面的流量是否達到了精度要求,故用ADCP 剖面流速儀施測3 次,其結果和人工基下65 m 處測得的流量在一個系列上,沒有脫離點群中心。低水位在基本斷面無法采用纜道測流,因此選擇在基下65 m處涉水測流,其基本斷面至基下65m 處,區間內無支流和外水的加入和流出,因此可以視為同等流量。

3.2 水位流量單值化綜合曲線分析

根據《河流流量測驗規范》[1]（GB/T 50179-2015）的要求,按照《水文資料整編規范》[2]（SL 247-2020）,點繪江西營站2021 年～2022 年7 月的水位流量關系圖,律定出水位流量關系綜合曲線,見圖3。從圖3 中可以看出,綜合關系曲線位于點群中央,分布呈帶狀,無明顯偏離,綜合線關系較好。

圖3 江西營水位流量關系圖

3.3 誤差分析

（1）根據《水文資料整編規范》[2]（SL 247-2020）的要求,單一曲線的標準差如下:

式中：Se為實測點標準差,%；Qi為第i 實測點的流量（作為單值化處理的單一線中第i 次校正流量或校正流量因素,無量綱）,m3/s；Qci為第i 實測點的流量Qi相應的曲線上的流量（或作為單值化處理的單一線中第i 次校正流量或校正流量因素相應的曲線上的校正流量或校正流量因素,無量綱）,m3/s；n 為實測點總數。

（2）隨機不確定度可按式（3）計算：

（3）實測點與關系線無明顯系統偏離時,系統誤差可采用實測點（或校正點）對關系線相對誤差的平均值。

采用單一曲線法定線時,流速儀法測流定線精度應符合《水文資料整編規范》[2]（SL 247-2020）5.3.2 表2 的規定。

表1 水位流量關系定線精度指標表

對江西營站2021 年～2022 年共計149 次實測點子與關系線進行符號檢驗、適線檢驗和偏離數值檢驗,得出江西營站水位流量關系曲線檢驗計算成果見表3。

表2 江西營站2021 年水位流量關系曲線檢驗計算表

4 結語

通過近兩年的資料分析,結果表明江西營水文站水位流量關系滿足單值化的要求,該站屬于三類精度站,對該站2021 年、2022 年的實測流量確定綜合水位流量關系曲線,經過三項檢驗,綜合水位流量關系曲線的隨機不確定度為6.8%＜12%。系統誤差0.2%＜2%,滿足規范規定的單一線的要求。根據以上資料的分析結果,江西營站流量測驗在150 m3/s,對應水位在96.94 m 以下和水位在95.13 m 以上,流量可以實行間測,水位在96.94 m 以上,95.13 m 以下流量測驗按照測站要求進行。這樣大大解放了生產力,減少了基層人員,把人員投入到其他新的工作當中。

由于本次分析水位變幅有限,沒有150 m3/s 以上的流量實測的資料,建議以后在合適的水流狀態下加強實驗研究,提高單次測驗精度,增加試驗數據,提高試驗幅度,延長該站水位流量關系曲線。