石泉水文站流量与石泉水库出库流量对比分析研究

◎ 周育喜

石泉水文站基本断面下游约46km处的喜河水电站于2006年6月蓄水发电，该电站设计水位362.30m，正常高水位362.00m，石泉水文站观测断面最低河床高程为358.01m。喜河水库运行后，石泉水文站测验断面受到不同程度回水淹没和顶托影响，特别是非汛期和汛期的平水期，当库水位蓄至361.00m以上时，测验断面淹没，成为死水，流速为零，水位失去代表性，原有测流设备仪器无法测流。据观测资料记载，每年淹没测验断面的时间在200天以上，原有的水位流量关系不复存在，给测验和报汛工作带来极大困难。

1 流域概况

汉江发源于陕西省宁强县番冢山，自西向东流经勉县、汉中、洋县、石泉、紫阳、安康，自白河进入湖北省境，至汉口注入长江。汉江是长江的第一大支流，全长1577km，流域面积159000km2。

石泉水库建于1973年，大坝位于汉江上游石泉县城西1km处的峡谷口，坝高65m，正常高水位410m，库容2.92亿m3，控制流域面积23400km2，最大泄流量15400m3/s(1983年7月31日)。

石泉水文站建于1953年，属国家一类水文站，观测断面位于石泉水库下游1km处，控制流域面积23805km2，既是石泉水库的出库站，又是喜河水库的入库站。水库大坝到水文观测断面间的左岸有饶丰河汇入，流域面积397km2，占石泉水文站控制流域面积的1.7﹪。98.3﹪的流域面积为水库所控制。

2 河道特征

水文观测断面至大坝间有汉江大桥跨越，河宽约350m，因上游弯道和饶丰河汇入，观测断面至大桥间形成带状沙洲，主流偏左，当流量超过4000m3/s时沙洲淹没。水文观测断面下游约6km进入莲花石峡谷（卡口），河宽突缩为150m左右，河道断面呈“V”型。水文观测断面下游约1.2km处有红花滩弯道，卡口和弯道构成了测站控制条件。

3 水位流量关系特性

水位流量关系是根据实测流量与相应水位来确定的。石泉水文站的水位流量关系曲线的线型主要受测站控制条件的影响，由河道特征分析得知，红花滩、莲花石卡口对水位流量关系形成了不同水位级的控制条件。根据资料分析，当水位在367m（相应流量8000m3/s）以下时，受红花滩弯道控制，水位流量关系为临时曲线；水位在367m以上时，受莲花石卡口控制，形成壅水，流速和附加比降减小，这时洪水主要受涨落率影响，水位流量关系呈反绳套曲线。因此，反绳套曲线的特性决定了在同级水位下涨水流量大，落水流量小，最高水位相应的不是最大流量，这是石泉水文站水位流量关系曲线的显著特征。

4 流量资料的采用

石泉水库从1976年开始积累出库流量资料，1980年后资料完整，本次对比分析选用1980年至2000年20年中出库流量大于6000m3/s的6场洪水资料作为分析计算的依据。据统计，20年中共出现6000m3/s以上的洪水有11次，其中10000m3/s以上的洪水有4次。采用最大流量15400m3/s，为20年一遇洪水。为满足分析要求，同步摘录整时出库流量对应的水文站流量，以建立相关关系。

5 流量对比分析

5.1 流量相关计算

摘录6场较大洪水共126组流量数据进行相关分析计算，计算结果见表1。

5.2 建立出库流量与水文站流量相关关系

依据出库流量和水文站流量分别点绘场次洪水流量相关图及综合流量相关图，通过点群中心定出相关直线（或将回归线绘与图中），并按±10﹪的误差定出外包线，以计算流量相关点的相对误差，相关关系见图1。

5.3 相关线精度确定

按照国家行业标准《水文资料整编规范》SL247-1999的规定，因出库流量是通过水工模型试验和水力学计算公式推算出来的（即水力因素法），按“堰闸（潮流）站水力因素关系定线精度指标”确定相关精度为：系统误差为±2﹪，随机误差为±10﹪。

5.4 相关分析

（1）流量均值：由表1可知，出库流量均值为8739（m3/s）,水文站流量均值为8516（m3/s），相差 223（m3/s），仅为 2.6﹪，说明两者流量非常接近。

表1 参数统计表

（2）线性分析：场次洪水流量相关系数r均在0.93～0.99之间，综合流量相关系数r为0.98，按照水文统计规律，一般认为r的绝对值大于0.8时，即存在相关关系。因r=0.98，说明出库流量与水文站流量之间有着密切的直线相关关系。

（3）离散程度：x系列离差系数Cvx=0.47，y系列离差系数Cvy=0.48，Cvx＜Cvy，即水文站流量系列离散程度略小于出库流量系列离散程度。

（4）回归分析：回归系数b=1.0346，回归线为45°58′的直线，即出库流量略大于水文站流量，平均偏大幅度为3.5﹪。

5.5 流量相关线检验及误差评定

由图1分析得知，按给定精度±10﹪的流量误差控制，126个流量相关点有120个点在外包线内，即95﹪的流量相关点在允许误差范围内。并按《水文资料整编规范》要求进行精度分析、标准差计算及符号检验、适线检验和偏离数值检验，分析结果见表2。

由表2可知，各项检验指标合格，相关线流量资料达到《水文资料整编规范》一类水文站的精度要求。

6 结论

（1）流量均值相差仅2.6﹪，说明出库流量与水文站流量非常接近。流量相关系数r为0.98，说明出库流量与水文站实测流量有着密切的直线相关关系。经分析计算，水文站流量小于出库流量3.5﹪。

（2）经对比分析说明，石泉水库原设计单位由水工模型试验及水力学计算确定的泄流曲线准确稳定。

表2 流量相关线检验及误差评定表

（3）鉴于石泉水文站所测流量完全受石泉水库调节控制，在测验断面受喜河水库回水淹没期间，水位H倚流量Q的函数关系〔H=∫（Q）〕不存在，现有设备仪器（转子流速仪）不能完全正常测流的实际，可以采用本次分析研究成果，用石泉水库出库流量推算石泉水文站测验断面流量，以解决回水淹没期的流量测验问题。流量推算方法有二：一是根据出库流量在相关关系图上直接差读；二是根据出库流量按回归方程式进行计算（y为出库流量，x为水文测验断面流量）。陕西水利

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