萬店水文站枯水定線推流方法分析

馬紅兵 李俊輝 肖灑

摘要：萬店水文站枯水分別采用連實測流量過程線法及臨時曲線法兩種方式定線推流，本文經對兩種枯水定線推流方法成果進行對比分析，發現臨時曲線法定線推流簡化了該站流量測整工作，經濟可行，以供參考。

關鍵詞：水文站；枯水；定線推流；臨時曲線法

DOI：10.12433/zgkjtz.20240752

萬店水文站枯水原采用連實測流量過程線法定線推流，測驗上要求有較多的流量測次，并能控制流量變化過程，整編將實測流量點連成光滑的過程線，以推流時間在過程線上查讀流量，流量測整工作費時費力。通過現場查勘討論，按有關水文專家的建議，2023年該站枯水分別采用連實測流量過程線法及臨時曲線法兩種方式定線推流，并對兩種定線推流方法成果進行了對比分析。

一、基本情況

水文站位于湖北省隨州市曾都區萬店鎮龍頭灣村，控制長江流域汈汊湖水系府澴河左支漂水干流，至河口距離20km，集水面積489km2。該站于2007年1月由塔兒灣（三）站測驗斷面上遷7km建成，屬國家基本水文站，二類精度，測驗項目為降水量、水面蒸發量、水位、流量。該站測驗河段順直長300m，河床由細沙組成，屬于不經常性沖淤；流速儀測流斷面位于基本水尺斷面下游4m，左岸為濕地公園和堤防，右岸為站房；基下28m有G240塔兒灣大橋，基上338m和基下668m各建成一座混凝土攔河壩。兩座攔河壩壩型一樣，壩高均為1.5m，壩頂有漏水槽，壩體有5個排水管，壩下有消力池。下游攔河壩壩頂高程68.90m，漏水槽底部高程68.68m，排水管底部高程67.43m。低枯水時河水從排水管和漏水槽下泄，中高水時河水漫壩溢流。

漂水水資源開發程度較高，主要方式為水庫、攔河壩。水文站上方漂水干流無水庫工程，支流上建有小型水庫40座，水庫總集水面積占萬店站集水面積的14.6%，天然徑流過程受到一定程度的調節。水文站以上漂水干流建有各類攔河壩20處，攔河壩的建設在流域的農業灌溉以及村莊環境景觀等方面發揮了明顯作用，但導致河流水系連通不暢，河道生態基流不足，水草生長茂盛，河流淤積萎縮。

二、枯水期流量測驗

（一）枯水期臨時測流斷面布設

水文站基下668m攔河壩自2020年1月竣工以來，壩址上游河道泥沙淤積逐漸嚴重，水草生長茂盛阻礙河水流動，攔河壩排水管的進水口被人為堵塞泄水不通暢，因而河流水體流通性差。流速儀測流斷面在枯水期受變動回水和水草生長影響，水深大、水草多，不能使用低流速儀測速，且測驗河段整治困難，不適合開展枯水測流工作，只能遷移至無水流進、出的河段內設置臨時斷面測流。根據《河流流量測驗規范》第2.1.3條、第4.6.5條的規定，2022年1月在基下668m攔河壩下游河段內設立枯水期臨時測流斷面。該臨時測流斷面的測驗河段順直、穩定、水流集中，無分流岔流、斜流、回流、死水等現象；斷面垂直于流向，與流速儀測流斷面之間的河段無支流匯入和水流分出。

（二）枯水期輔助水尺斷面布設

根據《河流流量測驗規范》第4.6.4條第2～3款的規定，因水文站基本水尺水位與枯水期臨時測流斷面的流量關系不佳，且經常在枯水期臨時測流斷面測流，于是2022年12月在基下668m攔河壩下游河段內布設輔助水尺斷面，設立輔助水尺一根，同時安裝氣泡水位計，2023年1月開始記錄輔助水尺斷面水位。2023年2月輔助水尺斷面上遷5m，設立輔助水尺一根，氣泡水位計同時上遷5m。

（三）枯水測流

2023年，水文站基下668m攔河壩僅有1個排水管泄水較通暢；漏水槽有水草等漂浮物堵塞時，工作人員會及時清除漂浮物，保持泄水通暢。基下668m攔河壩泄水現狀，當基本水尺水位小于等于68.80m時，流速儀測流斷面死水面積很大流速太低，水位流量測點分布散亂，無規律可循。因此，當基本水尺水位小于等于68.80m時，人工校測輔助水尺斷面水位，同時在枯水期臨時測流斷面涉水開展枯水測流工作。水文站枯水測流優先采用低流速儀法，其次采用小浮標法，流速測量采用LS45A型旋杯式流速儀或小浮標。

同年，水文站枯水測流次數按輔助水尺斷面水位變幅或受河道水草生長影響時間布設，并兼顧基本水尺斷面水位變化過程轉折點，每隔十天左右測流一次，以同時滿足連實測流量過程線法及臨時曲線法定線推流為原則。在保證作業安全和流量資料精度的條件下，2023年萬店站按規范和測驗任務書要求，在枯水期臨時測流斷面施測枯水流量36次，實測流量均小于本站多年平均流量3.19m3/s。

三、枯水流量資料整編

2020～2022年，因受攔河壩攔水和河道水草生長共同影響，枯水定線推流均采用連實測流量過程線法。根據《水文資料整編規范》第6.4.6條的規定，水文站基下668m攔河壩下游枯水期臨時測流斷面的河槽控制條件和河床在一定時期內基本穩定，但受河道水草生長及斷面不經常性沖淤共同影響，局部時段內存在變化，因此2023年枯水可采用臨時曲線法定線推流。水文站流量資料整編方案調整如下：當基本水尺水位高于68.80m時，以基本水尺水位與流速儀測流斷面流量建立關系，采用單一曲線法定線推流；當基本水尺水位小于等于68.80m時，以輔助水尺水位與枯水期臨時測流斷面流量建立關系，采用臨時曲線法定線推流。

（一）繪制枯水水位流量關系臨時曲線

2023年，水文站沿用手工定線的思路和步驟，利用南方片水文資料整編系統2.0版中關系曲線圖形計算機處理軟件的圖形管理、圖形生成、圖形編輯、曲線管理、數據庫管理、誤差統計、圖形輸出等程序功能，管理分散的節點數據，并實現曲線的連接、管理、編輯修改等功能，在計算機上完成枯水水位流量關系曲線的擬合及圖形生成。

1.枯水水位流量關系點分組

（1）繪制輔助水尺斷面逐時水位過程線圖

將2023年水文站輔助水尺斷面逐時水位（輔助水尺斷面遙測水位數據）、輔助水尺斷面枯水逐時水位、輔助水尺斷面枯水測流水位（枯水實測流量的相應輔助水尺水位）、枯水實測流量施測號數均點繪于同一坐標圖上，繪制成輔助水尺斷面逐時水位過程線圖。2023年枯水流量測次基本控制了輔助水尺斷面枯水水位變化過程的轉折點。

參照輔助水尺斷面枯水逐時水位過程線的變化，依時序了解枯水實測流量點的走向，經分析確定，臨時測流斷面枯水水位流量關系相對穩定時段分三個階段：第一個階段為10100.00～22515.30，采用2022年12

月設立的輔助水尺觀測枯水水位；第二個階段為22521.10～40408.05、40915.50～41123.35、41212.30～

41323.10、41412.00～42313.35、42405.45～42417.15、42916.25～50414.55、51110.50～52318.10、52418.40～

52422.40、52506.15～52715.15、52823.45～60622.40、60810.45～61617.12，采用2023年2月25日設立的輔助水尺觀測枯水水位；第三個階段為61617.12～61722.10、62517.00～70318.55、71114.35～71416.20、72218.25～72310.10、72418.25～72620.20、80717.50～82123.40、090305.00～091114.25、091116.20～091207.00、101902.20～123124.00，采用2023年2月25日設立的輔助水尺觀測枯水水位，且河流水草生長茂盛，使河道有效過水斷面面積減小，產生壅水，糙率增大，水位流量關系點子逐漸左移；過渡時段22515.30～22521.10，該時段為輔助水尺斷面上遷及氣泡水位計安裝調試期間。

（2）繪制臨時測流斷面枯水水位流量關系點圖

為尋求臨時測流斷面枯水水位流量關系規律，將2022年末Q84號測點、2023年枯水實測流量點和2024年初Q1號測點均點繪于同一坐標圖上，繪制成臨時測流斷面枯水水位流量關系點圖。輔助水尺水位67.51～67.71m之間的枯水水位流量關系點比較密集，有規律地分布成三個帶狀，各帶狀之間僅有少數測點變動。

結合輔助水尺斷面逐時水位過程線圖、臨時測流斷面枯水水位流量關系點圖分析，枯水實測流量點分3組：第1組Q1～9號測點對應枯水水位流量關系第1個相對穩定階段，同2022年末Q84號測點一起定線；第2組Q10～14、Q17～20、Q23、Q26～31號測點一起定線，對應枯水水位流量關系第2個相對穩定階段；第3組Q36～37、Q45、Q47～48、Q51、Q56～60號測點對應枯水水位流量關系第3個相對穩定階段，同2024年初Q1號測點一起定線。

2.擬合枯水水位流量關系單一曲線

根據《水文資料整編規范》第6.4.4條c款、6.4.6條b款的規定，水文站按定單一曲線的要求，結合三組枯水實測流量點，利用關系曲線圖形計算機處理軟件，選用數學函數多項式方程分別擬合枯水3個相對穩定階段的水位流量關系單一曲線，對應的曲線編號分別為1號、3號、4號。多項式方程數學模型為Q=a0+a1Ze+a2Ze2+…+amZem，式中a0、a1、…、am為系數，用水位推算流量。根據水文資料整編精度標準，改變多項式的項數，由低到高求出多個方程加以比較，從中挑選出最優的多項式作為選配方程。1號、3號、4號水位流量關系單一曲線選配的最優多項式方程分別為：

X=42.76248×（Y－66.52）2－76.80344×（Y－66.52）+34.28054；

X=50.12749×（Y－66.51）2－94.60762×（Y－66.51）+44.51879；

X=53.45418×（Y－66.51）2－104.13550×（Y－66.51）+50.72864。

式中X為計算流量，Y為輔助水尺斷面水位，Y－66.52與Y－66.51為有效水位。擬合的三條水位流量關系單一曲線均通過點群中心，連續光滑，未出現反曲現象，且實測點對關系線的標準差、系統誤差均符合《水文資料整編規范》第5.3.2條a款規定的定線精度指標。

3.繪制相鄰曲線間的過渡線

根據《水文資料整編規范》第6.4.6條c款的規定，分析2023年水文站擬合的枯水水位流量關系單一曲線可知，該站枯水兩相鄰水位流量關系單一曲線間的過渡線，根據過渡時段的水位變化和關系點的分布情況，分別采用自然過渡、內插曲線過渡方法繪制，過渡曲線直接查讀流量。

（1）繪制自然過渡線

枯水3號與4號兩曲線的底部接近重合，可修正其底部至完全重合而自然過渡。參照4號曲線的趨勢，微調3號與4號兩曲線底部67.51～67.57m之間的水位流量關系節點，使兩曲線67.51～67.52m之間的線體逐漸重合，3號曲線自然過渡到4號曲線，同時保證修改后的兩曲線定線精度符合規范要求。

（2）繪制內插過渡線

枯水1號與3號兩曲線間無過渡性實測流量點，只能定內插過渡線。在該站輔助水尺斷面逐時水位過程線圖中，查找出1號與3號兩曲線間水位變化平緩的短時期過渡時段為2月25日15：30～21：10，水位區間為67.53～67.55m。分別在1號、3號曲線上查找出水位67.55m、67.53m對應的水位流量關系節點，用直線連接兩節點，該線即為2號內插過渡線。

4.枯水水位流量關系臨時曲線檢驗

枯水1號、3號、4號曲線的測點在10個以上，根據《水文資料整編規范》第5.4條的規定，三條曲線做了符號檢驗、適線檢驗和偏離數值檢驗。三條曲線的三種檢驗結果均合格，標準差、系統誤差均符合《水文資料整編規范》規定的定線精度指標；1號曲線與2022年末一根曲線間的線接頭誤差為－3.4%，4號曲線與2024年初一根曲線間的線接頭1.0%，均符合規定。

（二）逐月平均流量分析

水文站枯水分別采用連實測流量過程線法及臨時曲線法兩種方式定線推流。經對比分析流量整編成果，水文站枯水采用連實測流量過程線法推求的2023年1月、4月、5月平均流量分別偏大21.6%、14.3%、22.1%，3月平均流量偏小39.3%，其余月份平均流量誤差較小，年平均流量偏大3.8%。

四、結語

水文站枯水采用連實測流量過程線法定線推流對流量測驗頻次要求較高，同時要兼顧基本水尺斷面水位變化，每隔十天左右測一次，但仍不能精準控制流量變化過程，導致部分月平均流量整編成果相對誤差較大。臨時曲線法定線推流按輔助水尺斷面水位級布設測次，流量測次基本控制了水位變化過程。

經對兩種枯水定線推流方法結果分析，臨時曲線法定線推流不僅能滿足規范要求，還能大大減少流量測整工作量，減輕職工的勞動強度，降低生產成本，為該站實行巡測提供了技術條件，為受小型水利工程影響的水文站枯水定線推流方法提供了借鑒，故本站枯水定線推流方法采用臨時曲線法合理可行。

測驗河段的條件對測整工作影響很大，后期將加強枯水流量測驗和整編的研究分析，不斷優化推流方案，以進一步提升測驗精度和成果質量。

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作者簡介：馬紅兵（1972），男，河南省南陽市人，本科，高級工程師，主要研究方向為水文水資源。