大峪水文站水位流量关系单值化分析

罗国政，石牡丽

（陕西省水文水资源勘测局，陕西 西安 721000）

1 概况

1.1 流域概况

大峪河发源于长安区南部秦岭主脊的光头山，于大峪口出山。流域地形南高北低，呈长羽型，无较大支流。大峪水文站属于国家基本站。1952 年由陕西省西安市建设局设立，为大峪站，1958 年3 月28 日起基本断面上迁1250 m，改为大峪（二），1960 年5 月6 日因修建大峪水库，再次上迁1500 m 至五里庙村观测，改为大峪（三），站址位于陕西省长安区引镇街办大峪村，集水面积53.9 km2，河长15.9 km，河流平均坡降1.4，距河口里程14.4 km。该站主要收集大峪河流域各项水文特征，探索渭河南岸小流域产汇流变化规律，为内插不同区域水文特征提供基本水文数据，为各项建设提供科学依据，为下游“大峪”水库管理运用和防汛服务。

1.2 测验河段概况

测验河段及断面情况。大峪站测验河段顺直，为矩形断面，砂砾卵石河床，左岸为陡石山，右岸为人工砌石护岸，洪水期有滚石，冲淤变化不大，系山溪性河流，水流湍急浪大。基本水尺断面兼流速仪测流断面及浮标测流断面，浮标及比降断面间距40 m，基上50 m 设有浮标投放器，主要测验项目有水位、流量。低水涉水测流，较大水采用中泓浮标测流。基本水尺断面上游约50 m 处有石滩，水流急，但对测验无影响。下游47 m 处左岸有一小沟，暴雨时有洪水汇入。大峪站主要测验项目有水位、流量，2015 年以前水位～流量关系线为单一线，流量利用综合关系线推流。2015 年8 月3 日大峪河发生超警戒洪水泥石流，河道水文测验设施被毁，河床平均淤高3.50 m，该站很快恢复了流量常规测验，按水位涨幅变化过程布点施测流量，低水用人工涉水流速仪测流，中、高水用中泓浮标，每年施测流量大约80 余份。

1.3 水文特征

水文特征。大峪水文站1964 年～2019 年水文资料统计，实测最大流量90.6 m3/s（1981.8.21），次大实测流量85.1 m3/s（2002.6.9），第三大实测流量88.9 m3/s（2009.8.29），实测最小流量0.033 m3/s，多年平均流量0.917 m3/s；多年平均径流量0.2891 亿m3，年最大径流量0.6690 亿m3，年最小径流量0.1080 亿m3，多年平均降水量877.9 mm；年最大降水量1374.6 mm，年最小降水量515.2 mm。

2 分析目的和采用资料

2.1 分析目的

2015 年8 月3 日大峪河发生超警戒洪水泥石流，河道塞满泥沙砾石，河床平均淤高3.50 m，河道水文测验设施被毁。当年10 月22 日～11 月15 日开始清理测验河道，整理测验断面，2016 年3 月～6 月驻地政府清除整个河道淤积砂石，河道右岸人工砌护加固工程。经过清淤后的大峪水文站测验断面基本恢复原貌。大峪水文站经过这次较大山洪水泥石流洗礼，整理后测验河道断面水位流量关系是否发生了变化，原来率定的水位流量关系线能否继续使用，需要对其进行重新率定分析。为减轻测站工作量，提高工作效率，优化流量测验方式，为水文巡测奠定基础，分析该站水位～流量关系曲线很有必要。

2.2 采用资料

本次单值化分析采用资料选用了大峪站2015 年～2019 年实测水位、流量系列资料共320 余份、2014 年～2019 年实测大断面资料共6 年7 次。最高水位809.48 m，最大流量82.7 m3/s，最低水位807.97 m，最小流量0.042 m3/s，水位变幅1.51 m，实测水位变幅占历年水位变幅的100%。

依据中华人民共和国水利行业标准《水文巡测规范》（SL 195-2015）对该站水位流量关系进行综合线分析，进一步优化简化流量测验，以满足水文巡测和资料整编要求。

3 水位流量关系单值化分析

3.1 测验断面变化分析

大峪河是秦岭北麓渭河小支流，大峪水文站测验断面位于大峪河出山口处。测验断面稳定，左岸及河床底为基岩，右岸为人工砌护。水流流态为临界流状态，水位流量为稳定单一线。2015 年大峪河道测验断面发生泥石流，测流断面被严重堵塞，河床抬高近4 m。2016 年初河道清淤，右岸人工重新砌护加固，测流断面基本恢复原貌。将2014 年～2019 年实测大断面图套绘在一起，见图1。2014 年测验断面与2016 年清淤整理后测验断面基本相近，2016 年～2017 年测验断面，有缓慢冲刷的变化，2018 年～2019 年测验断面逐渐稳定。

图1 大峪河2014 年～2019 年实测大断面图

3.2 水位流量关系曲线变化分析

根据《水文巡测规范》（SL 195-97）的要求，采用了2015 年～2019 年实测流量关系点子点绘在同一张图上，2015 年点子散乱，2016 年～2019 年中、高水水位流量关系点子密集，分布呈带状，并无明显偏离。2016 年～2019 年该站每年水位～流量关系线良好，关系曲线逐年向右偏移集中，2018 年～2019 年基本稳定，近似重合2015 年以前综合曲线，见图2。

图2 大峪水文站2015 年～2019 年水位流量关系图

3.3 定线精度分析

考虑到2016 年资料受断面冲淤影响较大，选用2016 年Q≥40 m3/s 的点子与2017 年～2019 年三年实测水位流量点子定一条综合曲线，见图3。选取2017 年～2019 年各年Q≥2.0 m3/s、Q≥5.0 m3/s、Q≥15 m3/s 等不同级别的流量点子分别对该曲线进行三项检验，发现仅Q≥不同级别的3/s 的实测点，每年均能够通过三项检验。选取2017 年～2019 年三年Q≥15 m3/s 全部实测点子对该曲线进行三项检验，结果三项检验均能够通过，随机不确定度19.4%，系统误差-0.8%，见图4。用2017 年～2019 年Q≥15 m3/s 全部实测流量点子对2015 年以前水位～流量综合关系线进行校验，进行了三项检验，随机不确定度略偏大。

根据《水文巡测规范》（SL 195-97）第4.5.1 条规定的水位流量关系点据密集，分布成带状，并无明显偏离，用单一线法定线三类精度水文站系统误差不大于2%，随机不确定度不大于19%的规定。考虑到大峪水文站中、高水没有测流设施，全年用中弘浮标法测流，误差可适当放大。2017 年～2019 年Q≥15 m3/s 水位～流量关系综合曲线，点群集中，精度符合《规范》允许误差要求。

Q≤15 m3/s 水位～流量关系点子相对散乱，但总点子分布呈带状，趋势明显，逐年向右偏移集中。近几年由于受到上游河槽泥石流残余物冲刷，致使测验断面河床冲淤变化，影响低水关系曲线，加之低水点子流速仪测次不多，单次流量误差较大，单一线法定线不确定度超出《规范》允许误差要求，低水需继续率定关系线。

图3 大峪站2016 年～2019 年水位流量与综合线关系图

图4 大峪站水位流量关系曲线检验计算结论

3.3 水位流量单值化综合分析

该站重新率定的中、高水综合曲线虽符合规范要求，但样本数不足，因为流量大于45 m3/s 的点子偏少，且大于2 m3/s 以上流量基本使用中泓浮标，单次测验误差相对较大。重新率定中、高水综合曲线，但较2015 年之前综合线比较，一是资料系列较短，中弘浮标测次较多，代表性，可靠性、一致性较差。2015 年之前综合线计算的随机不确定度，稍偏大一些，但基本接近规范规定值，随着资料系列的加长和断面的恢复，随机不确定度将会逐渐较小。

选用2014 年～2019 年实测大断面资料，分别计算Q=1.0 m3/s，Q=5.0 m3/s，Q=15.0 m3/s，Q=95.0 m3/s 对应水位级所包含的面积，与2014 年比较，发现从2015 年断面清淤整理后面积较原来偏小，大流量级影响较小，小流量级影响较大，但逐年有渐变回归趋势,从数据看，恢复情况很乐观，具体数值见表1。面积是影响流量变化的主要水力因素，当断面逐渐恢复原状时，可使用原来综合线推流。

表1 年度面积变化表

将新率定的综合线和2015 年之前综合线进行套绘，见图5，发现新旧综合线基本重合。

图5 2017 年～2019 年新率定综合线与2015 年之前综合线关系图

4 分析结论

大峪（三）水文站流量测验方案，全年流量测次不少于15次。①Q≤15 m3/s，按水位级布点，每年施测不少于10 次流量，按实测流量点子定线推流，逐步率定中低水水位～流量关系曲线。②Q＞15 m3/s，每年适时施测2～3 次流量，校核综合水位～流量关系曲线，按多年综合关系曲线（2015 年前水位～流量单值化曲线）推流。③当Z＞809.50 m 时，恢复高洪流量测验，延长高水水位～流量关系曲线。