水文测站流量间测可行性分析

吕树龙

(辽宁省水文局，辽宁 沈阳 110003)

近年来，随着中小河流水文站网建设的逐步完成，相应的水文测验任务将随之增加。在测站管理及人员配置上，将面临诸多困难。当前，对于水文测站流量测验的研究成果较多[1-8]，但是对于水文测站的流量间测研究的成果还不多见。为了人力、物力资源的有效组织与协调配置，充分利用先进的测验设备与技术，结合测站的基本特性、测验条件，文章根据SL 195—2015《水文巡测规范》的有关规定，以沙尖子水文站实测资料作为分析对象，寻求水文站流量间测的可行性。

1 概况

1.1 流域概况

沙尖子水文站位于鸭绿江流域浑江水系浑江干流上，浑江发源于吉林省境内的长白山支脉龙岗山南麓，是鸭绿江流域在中国一侧的最大支流，在白山市三岔子镇汇合后称为浑江。全长447km，总流域面积15381km2，其中辽宁省境内流域面积6869km2，河长291km。浑江坡陡流急，自然落差较大。流域内河床稳定，为岩石和卵石组成，河道比降2.2‰，水流湍急，洪水涨落快，属山溪性河流。

流域多年平均降雨量在870mm左右，主要降雨集中在7—8月。形成暴雨的天气系统主要为华北气旋和台风。流域特定的地理位置和地形是形成暴雨的有利条件，夏季暴雨常在该流域出现，另外，该流域易受台风侵袭，发生暴雨或大暴雨。

1.2 水文测站概况

沙尖子水文站位于桓仁满族自治县沙尖子镇金坑村，东经125°31＇0.1″，北纬41°20＇47.3″，集水面积14863km2。为鸭绿江流域浑江水系浑江干流上游控制站，国家重要水文站，流量测验精度为一类。该站测验河段顺直，左岸为沙土缓坡，右岸为岩石陡坡，河床由沙卵石组成，冲淤变化不大，测站控制良好，历年水位流量关系为稳定的单一曲线。

该站洪水主要由暴雨形成，暴雨多发生在6—9月，期间降水量占全年的71.7%。降水的年内分配不均，导致了径流量年内分配也不均匀，但由于受上游金哨水利枢纽工程影响，一般汛期泄洪，受其调节影响，全年径流量大部分集中在7—9月份，并且受下游哨口控制，断面较稳定，上游植被较好，河床坡降较为平缓，水清沙少。

1.3 测验情况

沙尖子水文站设立于1939年9月，断面迁移两次，分别是：1951年6月基本水尺断面上迁150m，站名为沙尖子(二)站。2003年6月基本水尺断面下迁8000m，站名为沙尖子(三)(坝下)站。

该站测验项目有流量、水位、降水、蒸发、比降、悬移质、水温、墒情、水文调查。

该站主要测验设备为水文电动缆道，主要测验仪器有：全站仪、水准仪、水位自记仪、流速仪。

2 大断面冲於变化分析

沙尖子水文站测验河段的顺直段约500m，河床由沙壤土、砂砾石、岩石组成。左岸为滩地，右岸为陡坡。根据沙尖子水文站近5年(2010—2016年)实测大断面资料点绘沙尖子水文站流量测验断面大断面套绘图(图1)，其中2014年实测大断面未刊印，且2011年流量较小，故前推至2010年。经计算这5年中各相邻年份大断面面积低水最大相差4.97m2，变幅占上一年同级水位断面面积的1.09%；中水最大相差4.00m2，占上一年同级水位断面面积的0.4%；高水最大相差26.7m2，占上一年同级水位面积的1.42%。由以上数据可以看出，沙尖子水文站流量测验断面相对稳定，年际冲淤变化不大。

图1 沙尖子站大断面变化情况图

表1 大断面变化分析表

3 流量间测可行性分析

3.1 流量间测应满足的条件

根据SL 195—2015第4.2.6条规定，有5年以上资料的水文站，经分析论证实测流量的相应水位变幅已控制历年水位变幅80%以上，历年水位流量关系或者其他水力因素与流量的关系符合下列条件之一的，可实行间测。

(1)每年的水位流量关系曲线或单值化曲线同历年综合关系曲线之间最大的偏离误差不超过巡测规范所规定的允许误差范围。

(2)各相邻年份的曲线之间最大的偏离误差不超过巡测规范所规定的允许误差范围。

(3)在年水位变幅的部分范围内，如果水位流量关系是单一线并符合巡测规范所规定条件的，可以在一年的部分水位级内实行间测。

(4)水位流量关系复杂的，通过单值化处理，可达到巡测规范所规定的条件的。

(5)在枯水期，流量变化不大，多年枯水总量占年总量在5%以内，且对这一时期不需要施测流量过程的。

(6)对潮流站，当有多年资料证明潮汐要素与潮流量关系比较稳定的。

(7)堰闸测流的流量系数多年稳定，且不超过巡测规范所规定的允许误差范围的。

3.2 资料系列的选取

选取沙尖子水文站最近5年(2010，2012，2013，2015，2016)实测系列资料进行单值化分析(其中2011年流量较小。2014年站上金哨电站没有弃水，故没有参加资料分析)。这5年资料中实测流量水位变幅占历年水位变幅的97.9%，且经丰、平、枯水典型年分析，其中包括大水年2012年、枯水年2015年资料，实测流量的水位变幅已控制历年(包括大水、枯水年份)水位变幅80%以上。因此，所选取资料符合要求。

3.3 各年关系线定线误差

该站的水位流量关系十分稳定，呈显著的单一关系(图2)。将检测期各年实测流量点据点绘在坐标方格纸上，通过点群中心定一条光滑的曲线，根据水位流量节点数据对关系线进行三种检验，并计算其随机不确定度和系统误差。计算结果详见表2。

图2 沙尖子站历年水位流量关系线

表2 沙尖子站各年关系线定线误差表

从表2中可看出，5年的随机不确定度均不超过SL195—2015表2规定中对一类精度水文站的要求，且每年的系统误差都不大于1%，因此可定为单一线。

3.4 综合关系线定线误差

根据沙尖子水文站水文测验实测资料，将历年所有的实测流量点据全部点绘在坐标方格纸上，通过点据中心定一条光滑的曲线(图3)。对关系线进行三种检验及随机不确定度计算。计算结果详见表3。

表3 沙尖子站综合关系线定线误差表

从表3中可看出，随机不确定度为0.28%，符合SL195—2015表2规定中对一类精度水文站高水的要求，且系统误差都不大于1%，因此可定为单一线。

3.5 流量间测误差分析

按照SL195—2015有关规定，如果能证明：每年的水位流量关系线与检测期综合关系曲线之间的最大偏离不超过SL195—2015表8之规定，可实行流量间测。

将该站水位123.30m以下确定为枯水(枯水流量变化不大，多年枯水总量占年总量5%以内且这一时期不需要测流)，水位123.30～126.00m确定为低水，水位126.00～131.00m为中水，水位131.00m以上为高水。对各年的水位流量关系线与综合水位流量关系线进行比较，计算各年关系线与综合线的偏离值，其最大偏离值详见表4。

表4 沙尖子站每年关系线与综合线最大偏离值

从表4中可以看出沙尖子站在低、中、高水时每年关系线与历年综合线最大偏离值符合SL195—2015表8的规定，可实行间测。

4 结论

经分析论证，沙尖子水文站历年水位流量关系稳定呈单一线，低、中、高水水位流量关系曲线定线符合SL195—2015规定的允许误差，符合流量间测的有关规定，满足间测要求，实行流量间测是可行的。若实行流量间测，应按照规范要求进行检测分析。实行间测者，间测点应分布于高、中、低各级水位，并必须用较高精度的测验方案。每次都要检查是否超出规范规定的允许误差范围，如果超出允许误差范围，应当在现场即时分析。属于测验失误，应就地复测；属于测站控制条件发生变化，应增加巡测次数，采用当年实测成果定线推流，并应于次年恢复正常测流。当间测期间，发生稀遇洪水，或发现水工程措施等人类活动对测站控制条件有明显影响时，应恢复正常测流。