褒河马道水文站水位流量关系分析

宋品江

（陕西省水文水资源勘测局武侯镇水文站陕西勉县723000）

褒河马道水文站水位流量关系分析

宋品江

（陕西省水文水资源勘测局武侯镇水文站陕西勉县723000）

本文依据褒流域以及马道水文站测站实况，采用年特征值法对马道水文站进行了水位级的划分，选用2006年～2012年实测流量成果中各年最大洪峰过程中149次实测流量进行综合定线，结合历年水位流量关系曲线，进行误差分析。在满足规范规定的前提下，实现水位流量关系单值化的目的，为该站实行巡测提供技术条件。

水文站；水位级；水位流量关系；分析

1　概况

1.1流域概况

褒河为长江支流汉江上游左岸较大支流，位于陕西西南，地跨宝鸡、汉中两市的太白县、凤县、留坝县、勉县、汉台区5个县。发源于秦岭南麓，过江口、马道，于汉中市孤山村汇入汉江。上游支流发育，下游支流短小，纳大小支流36条，河系上宽下窄。主要支流有黄牛河、太白河、蒿坝河、武关河、南河、北栈河等。流域内建有大（二）型水利工程——石门水库。

图1　马道水文站实测大断面图

图2　马道水文站历年水位流量关系综合曲线图

表1　褒河马道站水位～流量关系综合曲线检验计算表

该流域处于暖温带及北亚热带，流域内植被覆盖良好，多以阔叶林和针叶林混杂，地质结构多以变质岩为主。雨量丰沛，多年平均降水量为800mm，降水主要受季风影响，时空分布不均。山溪性河流特点突出，洪水频繁，洪枯悬殊。

1.2测站概况

马道水文站始建于1979年8月，是汉江上游一级支流褒河的控制站，国家重要水文站，一类精度站。位于陕西省留坝县马道镇，东经107°00′，北纬33°25′。流域面积3415Km2，距河口距离41km。目前该站现有的测报项目有：水位、流量、泥沙、泥颗、降水等。建站以来实测最大流量为5810m3/s（1981年8月18日）。

1.3测验断面

测验河段基本顺直，河床为沙卵石组成，断面稳定，高水糙率变化不大，符合稳定的水位～流量关系的基本条件。基本断面上游2500m处有西沟河汇入，上游500m处有一急弯，对该站有一定控制作用。测验河段设有上比降断面、基本断面和下比降断面，基本断面和流速仪测流断面基本重合，上下比降断面间距200m。点绘近年实测大断面图。见图1

2　流量测验及历年水位流量关系

2.1流量测验

马道站洪水主要由降雨产生地表径流形成，涨落差较大，多呈单式洪峰，水位流量关系相对稳定。2013年新建自动化缆道一座，流量测验要求中低水使用缆道测流，控制洪水过程；高水时用缆道流速仪法或中泓浮标法测流。按照该站测验任务书的要求，流量测验要求控制洪水过程，造成马道站流量测验频繁，测验任务大，年均测次均在100次以上。

2.2历年水位流量关系曲线

马道水文站在近几年来水位流量关系曲线呈单条或多条临时（或过度）曲线，低水部分水位流量关系散乱，中高水部分均为单一线，各年的系统误差均小于1%，随机不确定度均小于8%。为进一步简化工作强度，就该站水位流量关系进行单值化分析，以减少测验工作量，降低生产成本，实现水文巡测具有重要意义。

3　水位流量单值化分析

3.1分析资料系列的选取

根据《水文巡测规范》（SL195-2015）以下（简称《规范》）的要求，选用（2006年～2012年）7年连续实测流量资料进行分析，该7年资料包括了丰、中、枯水年和不同水情资料，选用实测流量成果中各年最大洪峰过程实测流量149次（从中水水位开始选取），符合《规范》“在各水位级内用于计算误差的样本不宜少于30个”的要求。

3.2水位级的划分

根据《河流流量测验规范》GB50197-2015第4.4.2的规定：对于一类精度的水文站，水位级的划分可采用年特征值法，并应符合下列规定［1］：

1）根据测站各年瞬时最高水位Zm，计算频率和绘制频率曲线，当频率P为90%时，其对应的水位，为高水位。

2）根据测站各年瞬时最低水位Zm，计算频率和绘制频率曲线，当频率P为10%时，其对应的水位，为低水位。

3）根据测站各年日平均水位，计算频率和绘制频率曲线，当频率P为50%时，其对应的水位为中水位。

选用马道站1990年至2011年22年水位特征值资料，采用年特征值法划分水位级，计算结果为：

高水：P=90%，Z=96.56 m；

表2　马道水文站水位流量关系单一线法误差统计表

表3　马道水文站当年水位流量关系与历年综合线t检验结果

表4　2012年马道水文站综合线推流水量误差统计表

中水：P=50%，Z=94.66 m；

低水：P=10%，Z=94.38 m.

3.3历年综合线分析

3.3.1历年综合线绘制

将选取的实测流量149次流量点绘在同一张图上进行综合分析，历年中、高水曲线趋势基本一致。利用南方片2.0水文资料整汇编软件通过点群中心，定出一条历年综合曲线（见图2）。

3.3.2定线精度

经过多次调整综合线（中、高水）的节点，分别进行三种检验及随机不确定度计算，三种检验都达到合格，检验结果见表1。

3.3.3实测关系点与历年水位流量关系综合曲线误差

采用2006年～2012年的连续系列资料，根据这几年的流量实测点对当年和历年综合关系曲线分析结果来看，高中水相对误差均满足《规范》的规定，计算各年水位流量实测点与历年综合曲线的相对误差误差统计见表2。

水位流量关系曲线综合线中、高水系统误差分别为：-0.1%和-0.3%，系统误差的绝对值满足一类精度水文站不大于1%的单一线法系统误差指标；中水随机不确定度为X=8.8%小于规范规定的X＜12.0%，高水随机不确定度为X=9.6%，小于规范规定的X＜10.0%，符合规范规定的要求。马道水文站水位流量关系综合曲线中高水均满足单一线法定线允许误差指标和随机不确定度。

3.3.4学生氏t检验

对水位高于94.66m的各年实测点对当年水位流量关系与历年综合线进行t检验，检验结果表明，各年与综合曲线的两组样本通过假设检验，属于同一总体系列，统计结果见表3。

3.3.4历年综合线推流检验

将综合线的水位流量关系节点推算2012年（2012年水位变幅较大，有代表性）年径流量、汛期洪水总量及一次洪水总量，其中94.66以下用该年所定的临时曲线推流。将推流结果与原整编结果进行比较，其误差范围见表4，从误差统计情况来看各项相对误差指标均在《水文巡测规范》SL 195-97第4.5.3对时段径流总量允许相对误差的允许规定范围内［2］。

依据以上规定结合马道站洪水特性，马道站断面控制良好洪水暴涨暴落且历时较短；近年来水位流量关系曲线中高水部分水位流量关系稳定，均为单一线，且多年线型基本吻合，趋势走向基本一致，能定单一的综合曲线；水位流量关系综合曲线其定线精度、实测关系点与历年水位流量关系综合曲线误差、学生氏t检验误差、历年综合线推流检验均满足该站单一线法定线允许误差指标；所定水位流量关系综合曲线中高水符合规范规定定为单一线的要求，以此可以在一定范围内简化该站流量测验方式，在中水水位级以上按水位级分布测点能满足水位流量关系定线推流要求。

4　结论

马道站断面控制良好，其水位流量关系各个水位级还不能满足单值化的要求，只是在一定的水位级满足。因此建议马道水文站在今后的流量测验工作中，中水水位级以上采用按水位级分布开展流量测验工作，流量测次合理控制各级水位，而没有必要按照洪峰过程来布置测次，这将大大减轻马道站流量测验次数，降低职工劳动强度，为该站实行巡测提供技术条件。陕西水利

［1］《河流流量测验规范》GB 50197-2015.

［2］《水文巡测规范》SL 195-97.

（责任编辑：唐红云）

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