试论二类精度站高、中、低水水位级的划分

2012-06-26张丽丽石宝成

黑龙江水利科技 2012年3期

张丽丽，石宝成

(黑龙江省大兴安岭水文局，黑龙江加格达奇 165000)

在河流水势变化过程中，人们常用高、中、低水来描述水势变化的各个时期。《河流流量测验规范》第六章第一节明确规定，对二、三类精度的水文站，水位级的划分可采用典型年法。根据上述水位级划分要求，可确定高、中、低水3个水位级。

针对不同地理环境、气候条件下的河流特点，在1 a的不同时期水位与流量关系曲线变化特征并不相同。如东北地区寒冷季节较长，每年大约有半年多的时间为结冰期。在结冰期水位与流量关系变化规律并不显著，而在畅流期水位与流量关系变化规律非常明显。这是东北地区河流的一大特点。为此，本文试利用水文两大基本要素水位和流量，分别进行频率计算以确定高、中、低水位级，用以分析哪种方法更适合东北地区河流特点。从而找到适合本地区河流特征条件的好方法。

1 基本理论方法

1.1 频率计算

首先根据经验频率曲线公式进行频率计算:

式中:P为频率;m为随机变量按大小递减顺序排列的序号;n为随机变量的序列数，应≥20。

由经验频率计算的结果，采用P-Ⅲ型理论频率曲线进行模拟适线，并建立理论频率曲线和确定参数。

1.2 典型年法

对于二、三类精度水文站水位级划分按如下要求:

根据测站各年汛期总水量Wf计算并绘制频率曲线，当频率P为10%、50%、90%时，其对应的汛期径流量的相应年份，为丰、平、枯水典型年。

根据3个典型年的汛期逐日最高水位z'm计算并绘制频率曲线，当频率P为10%、50%、90%时，其对应的水位，为高、中、低水位。

本文提出采用流量年特征值(年瞬时最大流量QM、年瞬时最小流量Qm、年平均流量)，划分高、中、低水位级。

1.3 各个时期的确定

1.3.1 由水位确定

二、三类精度水文站:

Z≥Z'M(10%)应为高水期;

Z'M(10%)＞Z≥Z'M(50%)应为中水期;

Z'M(50%)＞Z＞Z'M(90%)应为低水期;

Z≤Z'M(90%)应为枯水期;

1.3.2 由流量确定

Q≥Q'M(10%)应为高水期;

Q'M(10%)＞Q≥Q'M(50%)应为中水期;

Q'M(50%)＞Q＞Q'M(90%)应为低水期。

Q≤Q'M(90%)应为枯水期;

2 实例

2.1 资料的选取

本文选取嫩江干流多布库尔河松岭(二)站，该站属于二类精度站。松岭(二)站集水面积为3 094 km2。实测资料系列超过20 a，但该站在1991年7月进行了断面迁移(上迁1 000 m)，为了使水位系列具有良好的代表性，笔者在进行频率计算选取典型年时是以迁移断面后资料系列进行计算的，因为断面位置不同，水位是不能按一个系列计算。

2.2 统计参数的确定

参照1.1和1.2的要求，把该站1992～2008年汛期总水量和1972～2008年流量特征值分别进行统计计算，并且绘制频率曲线图。通过适线拟合出理论频率曲线，确定离差系数Cv、偏态系数Cs和均值。

2.3 高、中、低枯水的确定

根据确定的参数值，可以计算出相应不同频率的高、中、低水位级或流量级的设计值。

2.3.1 按水位级确定

1)首先根据松岭(二)站自1992～2008年汛期总水量Wf计算频率和绘制频率曲线，当频率p为10%、50%、90%时其对应的汛期径流量的相应年份为丰、平、枯水典型年。通过计算所选取的典型年分别为:频率p为10%(1993年)为丰水年、频率p为50%(1999年)为平水年、频率p为90%(2005年)为枯水年。

2)根据所选取的3个典型年的汛期逐日最高水位Z'M计算频率和绘制频率曲线，当频率p为10%、50%、90%时，其对应的水位为高、中、低水位，通过计算本站水位级划分4个时期如下:

Z≥100.44 m为高水期;100.44 m＞Z≥99.85 m为中水期;99.85m＞Z≥99.21m为低水期。

2.3.2 按流量级确定

表1 流量理论频率曲线参数值表

表2 流量频率设计值表 m3/s

表3 由设计流量推算水位与直接水位设计值比较

由表2查得流量设计值成果如下:

确定高、中、低水范围请参见上节1.3.2部分。

2.4 成果分析

流量转化为水位进行对照，一般来说，水位与流量可以通过二者的关系相互推算。用水位推算流量，可与流量方法比较;也可用流量去推算水位，再与水位方法相比较。通常选用后者比较方便。根据松岭(二)站近5年水位流量综合关系曲线，由流量查出对应的水位值，作为设计值，并与典型年法计算结果相比较，详见表3。

表3中设计流量推算的水位是根据2003—2007年水位流量综合曲线查得。通过比较发现:采用流量设计值较采用典型年法设计值小得多，偏小的原因:①东北地区河流冰期时间较长，低水部分水位变化较慢，而流量变化较快，因而水位与流量关系不好;②水流的天然条件易遭水利工程筑坝、抽水、采沙等人工破坏和天然河流冲刷破坏，另外近年来水流受断面横比降影响很大，流向偏角达70°左右，使水位流量关系曲线有逐年向右移的趋势，表现在当流量不变时，相应的水位下降;当水位不变时，流量有逐年偏大趋势。