临沧市流量站网布局分析

2020-06-02李增国张字瑞普晓磊段路松

水利技术监督 2020年3期

李增国，张字瑞，普晓磊，段路松

(云南省水文水资源局临沧分局，云南临沧 677000)

1 概述

临沧市位于云南省西南部，国土面积24469km2，分属澜沧江和怒江两大流域，全市流域面积大于3000km2的河流有澜沧江、怒江、南汀河、黑惠江、勐波罗河、南碧河共6条，除南汀河外均为过境界河，200～3000km2的河流有33条[1- 3]。

境内共布设21个水文站、12个水位站，界河上在保山市和大理州设立3个水文站，河流水系及水文(位)站点分布如图1所示。临沧流量站网承担着区域水文规律探索、防汛抗旱、水资源管理和工程建设服务等职能，随着新时期治水思路的践行，又增加了生态文明建设、服务河长制等新的职能，因此对现有流量站网布局进行分析评价，为建设布局合理的流量站网提供依据[4- 6]。

天然河道流量站按集水面积及作用可分为大河干流控制站、区域代表站及小河站[7]。我国自20世纪50年代起就借鉴苏联经验，以直线原则布设大河干流控制站、以区域代表性原则布设区域代表站、以站群原则布设小河站。20世纪70年代起取消站群原则，改用分区、分类、分级原则布设小河站。20世纪80年代对直线原则改进补充后，按一定保证率，用递变率原则和内插精度原则确定大河控制站布站数目的上下限[8]。本文从各类站点设站数量、站点空间分布和站网密度3个方面对流量站网布设情况进行评价。其各类站点的数量根据要求用相关资料计算布站上下限，站点空间分布主要根据河流分布和服务需求进行评价，站网密度主要参考世界气象组织有关“容许最稀站网”的指标进行评价[9- 10]。

2 流量站网规划布局分析评价方法

2.1 大河干流控制设站数计算方法

大河干流相邻2个测站径流特征值的变化应不小于一定递变率，以便能按相应保证率将特征值的变化与测验误差区分，其布站数上限的计算公式见式(1)。为控制大河站径流特征值沿程的变化，按相应允许误差内插出区间内各点的径流特征值，其布站间距不应过长，设站数量不宜过少，其设站数下限计算公式见式(2)[7，11- 13]。

(1)

(2)

式中，n—设站数；Q1，Qn—干流最上游至最下游2个测站的径流特征值；L—河段全长，km；Cv—年平均流量系列变差系数；ε—允许内插相对误差；L0—相关半径，km；λ—径流特征值的递变率。

(3)

式中，ΔL—2个相关点之间的距离，km；r—相关系数。

图1 临沧市河流水系及水文(位)站点分布

(4)

式中，P0—相邻2个测站流量变差为一倍测验误差时，误差成为测验误差的概率，P0=0.5；P1—相邻2个测站间的径流变差；η—测验的误差；η、P1取值范围见表1[13]。

表1 参数η、P1取值范围

2.2 区域代表站设站数计算方法

区域代表站根据区域原则可用筛选法、递变率-内插精度法、梯度-相关准则法等计算布站数的上下限，本文选用递变率-内插精度法计算辖区内区域代表站的设站上下限。

在一个水文分区内，沿径流变化的梯度方向，任何相邻2个水文站所控制流域中心的年径流深间应有一定的递变率，才会使流域面积引起的径流差异与径流测验误差相区分。因此布站不应过密、布设的站点数不能过多，以此来分析需布设流量站点的数量上限，计算公式见式(5)。假设各个水文站的流域中心构成边长为常数的等边三角形网络，要使任意的三角形中心所内插径流误差在相应的允许误差内，就需布站间距不能太大，布设站点数不能太少，从而确定布设数下限，其计算公式见式(6)[1，11- 13]。

(5)

(6)

式中，Rm，Rn—分区水文特征等值线最大值和最小值；L—等值线Rm和Rn间距的平均值，km；F—分区面积，km2；—单站的控制面积，km2；τ0—相关半径L0的经验常数，用ρ和L建立相关拟合来推求；ρ—相关系数r的函数，L的超越函数；其余符号同前。

(7)

(8)

3 设站上下限目标数计算

3.1 分析计算资料收集与整理

3.1.1南汀河流域概况及干流控制站资料整理

南汀河为中缅国际河流，境内流域面积8245km2，占临沧市国土面积的34%，以南汀河为代表分析干流控制站设站上下限目标数。

南汀河干流自上而下设有大文、姑老河、大湾江3个国家基本水文站。根据同期实测径流资料建立上下游相关关系[14- 15]，将大湾江水文站径流资料插补延长至1964年，插补后3站资料系列长度达55a，已具有代表性；南汀河流域无较大水利工程，资料系列一致、合理可靠。依据年径流系列资料，用数学期望公式计算经验频率，矩法初估统计参数均值和Cv值，取Cs=2Cv，以P- Ⅲ型曲线为线型，用目估适线法确定统计参数[15- 17]，各站年径流量及有关统计参数见表2。

表2 南汀河干流各水文站年径流参数统计

3.1.2区域代表站资料整理

辖区内的甸头、勐省、太平关、永康4个区域代表站径流资料超过30a，资料系列一致，具有代表性，合理可靠；通过计算得甸头、勐省、太平关、永康的Cv值分别为0.24、0.24、0.26、0.28。

3.2 设站目标数计算

3.2.1南汀河干流控制站设站目标数计算

根据表1对困难地区η、P1进行取值，P1取0.10，η取0.15，P0为0.5，得λ为0.498。

根据表2中的统计参数，按式(1)推求出南汀河大文至大湾江站之间的布站数上限8站。

根据年径流系列资料，建立年径流相关得各站间相关系数，依据各站断面位置在五万分之一地形图上量出测站间河段长，成果见表3。

表3 南汀河各站年径流相关系数与河段长关系

图2 南汀河流域rij-Lij相关图

3.2.2区域代表站设站目标数计算

根据《云南省水文站网功能评价报告》(2008年11月)，将临沧市划为澜沧江中段怒江下段区[18]。以云南省1956—2000年多年平均径流深等值线图为基础地图，依据等值线走向量算最大值Rm与最小值Rn之间的法线平均距离。根据式(5)计算得区域代表站设站目标数上限为89站，计算参数及成果见表4。

根据各区域代表站流域中心点，量算各站流域中心的间距(L)。用各区域代表站同步实测年径流系列资料建立站与站之间的相关系数(r)，根据式(8)计算ρ值，成果见表5。

表4 区域代表站最大设站目标计算成果

表5 澜沧江中段和怒江下段区域代表站径流相关统计

图3 澜沧江中段和怒江下段区域代表站ρ-L相关图

Cv取用各站的平均值，ε取用0.08[7]，由式(6)计算得到区域代表站设站下限为13站，计算参数及成果见表6。

表6 区域代表站设站下限目标数计算成果

4 流量站网规划布局分析评价

4.1 各类流量站点设站数量分析评价

根据分析结果，南汀河干流最少应布设4个流量控制站，近期已在中游增设了河底岗水文站，流量站点数满足设站下限要求。

通过分析计算，区域代表站设站下限为13站，目前已有14个区域代表站，满足设站下限要求。

小河站主要为收集小面积暴雨洪水资料而布设，临沧市各中小流域水汽来源相同，洪水由暴雨产生，暴雨洪水特性基本一致，下垫面条件基本相似，为同一水文分区，故本文主要从面积分级方面分析评价小河站布设。经统计，辖区内10km2以下有大雪山站、10～20km2有乌木龙站、20～50km2有勐董站、50～100km2有勐捧和哨山站、100～200km2的有西河和凤庆站，各面积级均有流量站点或长系列暴雨洪水资料，小河站数量满足要求。

4.2 站网密度评价

目前，辖区内各类流量站点共有24个(含保山市和大理州在界河上设立的3个站)，流量站网单站控制面积为1020km2/站，比世界气象组织“容许最稀站网”最大单站控制面积1000km2/站稍大，需新设流量站点增大流量站网密度。

4.3 流量站点平面布设分析评价

全市39条200km2以上河流中，有18条属跨市、县界的河流，目前已在13条界河上布设了18个流量站、在县内河流上布设了6个流量站，各流量站根据功能需求布设于各河流不同位置，布局基本合理。目前，仍有5条界河无流量站控制，其中3条河流有降水径流特性相似的流量站，无需增设流量站，另外2条从服务需求考虑应增设流量站。其中：南滚河属中缅国际界河，出境处流域面积1666km2，为临沧市市级河长管理的河流，流域内植被覆盖率高，为国家级自然保护区，人类活动影响小，且流域位于西南暖湿气流从孟加拉湾向内陆输送水汽的前沿地带，降水量充沛，为临沧境内产水高值区，下垫面条件和降水径流特性与已有测站控制区域差别较大；凤庆县澜沧江北部的小黑河为州市界河—黑惠江支流，小黑河位于临沧最北部，受澜沧江峡谷阻隔，现有流量站的流域水汽条件和下垫面与小黑河流域差异较大，属水文监测空白区，难以准确评价、计算该区域的水资源量。从区域水文规律探索、水资源管理、生态文明建设和河长制服务需求考虑，应在南滚河和小黑河布设2个区域代表站。