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主管：陕西省水利厅
主办：陕西省水利电力勘测设计研究院
出版：《陕西水利》杂志社
发行范围：国内公开发行
统一刊号：
ISSN 1673-9000
CN 61-1109/TV
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大河边水文站水位流量关系单值化分析
来源：本站   发布时间：2017-02-17   浏览量：2792  
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大河边水文站水位流量关系单值化分析
 
王  毅  蒲冬祥  邹  润  黄祖健
（恩施州水文水资源勘测局 湖北 恩施 445000）
 
[摘  要]  本文对大河边水文站多年实测水位流量资料进行单值化分析，提出了优化大河边水文站水文测验的推流方法，极大的减轻了基层测验人员的劳动强度，提高了测验工作效率，为该站实行巡测提供了技术条件，可为类似案例提供借鉴。
[关键词]  水文；水位流量关系；单值化；分析研究
[中图分类号]  P332           [文献标识码]  B
 
1 概况
1.1 流域概况
大河边水文站属唐岩河上游代表站，唐岩河为乌江支流，发源于利川市毛坝乡浮塘坪，流域呈扇形。唐岩河是通过咸丰县境内最大的一条河流，支流较多水系发达，受地质构造影响，支流走向大都为北西向，干流走向北东向。在湖北省境内河流长115km，落差435m，平均坡降4‰，孙家坝以上控制流域面积2512km2，河道弯曲系数1.72，河网密度0.3km/km2。
1.2测站概况
大河边水文站位于湖北省咸丰县高乐山镇梅子坪村大河边，东经109°04′，北纬29°43′，1994年1月由湖北省水文水资源局设立，测验项目有水位、流量、降水。最高水位43.55m，最大流量3440m3/s，最低水位26.08m，最小流量0.138m3/s。测站断面以上流域面积1321km2，属鄂西南区域代表站。该站为唐岩河主要水文监测站点，是咸丰县朝阳寺水库重要流量入库站，它担负着向各级防办和三峡水库报汛的重要任务。
2测验断面河床变化分析
2.1测验河段基本情况
测站上游500m处有大河边电站，水位经常受电站开关闸影响产生突变。测验河段顺直，顺直长度350m左右，基本断面上游130m有一弯道，下游30m有石滩与石拱桥控制该断面的水位流量关系，河床左岸为岩石，中、低水为卵石及粗砂，右岸为壤土组成。测流断面成U型，主河床较稳定，年内冲淤变化不大。该站基线长50m，基本水尺断面兼流速仪测流断面在左岸站房旁，浮标测流上断面在基本水尺断面上游80m处，浮标测流下断面在基本水尺断面下游30m处。流向与断面线垂直。
大河边站测验河段平面图见图1。


 
图1  大河边站测验河段平面图
2.2测验河段变化分析
2.2.1 横断面图比较法
选用近10年基本水尺断面资料（2006-2012年汛前大断面资料一次，2013-2015年汛前汛后大断面资料各一次），绘制历年大断面图，分析断面的变化情况。
大河边站历年大断面图见图2。


 
图2  大河边站历年大断面图
 
从图2看，起点距在3.8m～12.0m之间相对稳定，断面冲淤变化主要发生22.0m～77.0m之间，有冲有淤，属于局部冲淤，因冲淤的程度不同，有时差异较大，冲淤在时程上属不经常性冲淤，低水受下游卡口控制，水位流量关系为单一线；77.0m～102.0m之间农户种植庄稼对中高水流量有一定的影响，对断面形状和大小没有影响；102.0m～110.0m为陡坎存在局部塌陷，塌陷的范围不大，不影响测站控制条件。
2.2.2平均河底高程过程线法
通过2006年～2015年实测大断面资料，计算各年各测次断面平均高程，点绘平均河底高程过程线，见图


图3  大河边站河底平均高程历年变化趋势图
 
从上图可以看出，2006年～2015年平均河底高程最大淤为0.23m,最大冲刷为0.19m,2006年-2015年河床冲淤交替进行，断面变化不大，河床稳定。
2.2.3分析结论
通过以上几种方法的分析，可以看出本站河道断面年际变化不大，2006年-2007年河床淤积，2008年河床冲刷，2009年-2011年冲淤变化较小，2012年河床冲刷，2013年河床淤积，2014年冲刷，低水受不经常性冲淤影响，变化较大，但总是冲淤交替进行，河床两岸稳定。该站为不经常性局部冲淤，断面相对稳定。
3水位流量单值化分析
3.1历年流量测验[1]
本次分析所选流量资料绝大部分为电动缆道流速仪测流，低枯水采用涉水施测。测速历时为100s、0.6一点法，遇特殊水情缩短至30s、测量表面流速。测验方法符合《河流流量测验规范》(GB 50179-93 )要求。
3.2历年水位流量演变
由于2010年末该站测验断面下游河道开挖对低水水位流量产生影响，故选取1997年（中高水部分）和2011年～2015年6年的水位流量资料进行分析。从历年资料来看本站水位流量关系曲线为绳套曲线，且绳套在30.80m处合线。依据《水文巡测规范》（SL195-2015）4.5.3的规定：不能进行单值化处理的非单一水位流量关系线，在一段时间内或受同一影响因素的关系点据密集成带状，符合规范要求可分影响因素定成多条单一线[2]。故将本站涨水部分、退水部分分别定线。在拟定高水综合水位流量关系线时，将1997年和2014年中高水实测数据作为主要依据。通过对历年水位流量绳套曲线分析，本站最高水位与最大流量对应水位差值为0.10m，通过此规律将涨水曲线和退水曲线用临时曲线做自然过渡进行资料整编。
大河边站水位流量关系综合线图见图4。


图4  大河边站水位流量关系综合线图
3.3水位流量关系曲线检验
3.3.1实测流量关系点对综合关系线的相对误差分析[3]
流量关系点据对综合关系线的相对标准差按下列公式计算：


置信水平为95%的相对随机不确定度应按下式计算：           
 

将1997年中高水及2011年至2015年的实测流量和水位流量关系综合曲线上流量进行符号检验、适线检验和偏离数值检验，检验结果为：涨水曲线随机不确定度9.2%，系统误差0.4%，退水曲线随机不确定度9.2%，系统误差0.4%，统计结果见表1、表2。
检验结果满足《水文巡测规范》（SL195-2015）“二类精度水文站单一线法的定线精度指标系统误差小于等于±2%，随机不确定中水小于等于14%，高水小于等于12%”[2]的规定。
表1  大河边站水位流量涨水综合关系曲线检验计算表
误差项目 统计量 临界值 检验结果
样本容量 N =83 正号个数：43 符号交换次数： 41
符号检验 u=0.22 允许：1.15(显著性水平 a=0.25) 合格
适线检验 U=0.11 免检  
偏离数值检验 |t|=0.84 允许：1.65(显著性水平 a=0.10) 合格
标准差 Se(%)=4.6 随机不确定度(%)：9.2 系统误差(%)：0.4
 
 
表2  大河边站水位流量退水综合关系曲线检验计算表
误差项目 统计量 临界值 检验结果
样本容量 N =88 正号个数：45.5 符号交换次数： 47
符号检验 u=0.21 允许：1.15(显著性水平 a=0.25) 合格
适线检验 U=0.86 免检  
偏离数值检验 |t|=0.78 允许：1.65(显著性水平 a=0.10) 合格
标准差 Se(%)=4.6 随机不确定度(%)：9.2 系统误差(%)：0.4
 
3.3.2时段总量及其误差的计算
在分析年份中选取具有代表性的三年作为丰、平、枯水年，利用综合线进行推流，计算年总量、汛期总量、一次洪水总量，并与原整编值比较，计算其相对误差。年总量最大误差-2.54%小于±3%；汛期总量最大误差-2.73%小于±3.5%；一次洪水总量最大误差-5.01%小于±6%，满足《水文巡测规范》(SL195-2015)表4.5.3二类精度水文站的规定[2]。统计结果见表3。
表3  大河边站各时段总量及其误差评定表
时段名称 2014（丰） 2013（平） 2015（枯） 允许误差（%） 是否合理
综合线推算值 原整编值 误差（%） 综合线推算值 原整编值 误差（%） 综合线推算值 原整编值 误差（%）
年总量（108m3） 10.51 10.29 2.093 8.37 8.168 2.45 7.526 7.717 -2.54 3.00 合理
汛期总量（108m3） 8.411 8.249 1.926 6.908 6.77 2.0 5.889 6.05 -2.73 3.50 合理
一次洪水总量（108m3） 1.476 1.55 -5.01 0.8045 0.8126 -1.0 0.5491 0.5521 -0.55 6.00 合理
 
4结论
根据大河边站6年的实测水文资料点绘综合水位流量关系曲线并进行检验，分析表明综合线的符号检验、适线检验、偏离数值检验的结果均符合《水文巡测规范》（SL195-2015）的相关要求。对典型年的年总量、汛期总量、一次洪水总量用综合线进行推求并与原整编结果比较，计算其相对误差，结果满足《水文巡测规范》(SL195-2015)表4.5.3二类精度水文站的要求[2]。
通过以上分析可知，大河边站拟定的综合水位流量关系线用来进行流量整编和报讯是可行的，可节省大量的人力物力；同时也可以作为一种分析方法来校测现有的流量测验结果，及时发现流量测验中的问题，分析水流变化的特性，以保证流量测验与整编的精度。
参考文献
[1] GB 50179-93,河流流量测验规范[S].
[2] SL 195-2015,水文巡测规范[S].
[3] SL247-1999,水文资料整编规范[S].
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