滦河乌龙矶水文站水位级划分探析

于 洋，王 妍，夏达忠，金 铮

（1.海河水利委员会水文局，天津 300170；2.海河水利委员会水利信息网络中心，天津 300170；3.河海大学水文水资源学院，江苏 南京 210098）

1 测站概况

乌龙矶水文站始建于1983 年，位于河北省承德市承德县下板城镇乌龙矶村，是滦河中游干流上的重要控制站，也是引滦入津工程水源地潘家口水库的入库站之一。乌龙矶水文站测站级别为大河干流控制站，测站等级为国家重要水文站，控制流域面积30 100 km2。乌龙矶水文站上游有伊逊河、武烈河、老牛河等支流汇入，下有柳河、瀑河等支流汇入。乌龙矶水文站承担着滦河干流水文测验及向潘家口水库和国家防总报汛的重要职责，测验任务包括降水量、蒸发量、水位、流量、水温、冰情、泥沙等项目。

乌龙矶水文站上游约3 km 右岸有泉宝河汇入，5 km 下板城镇有橡胶坝1 座，7 km 左岸有老牛河汇入，17 km 右岸有白河汇入，36 km 左岸有武烈河汇入，71 km 左岸有伊逊河汇入；下游约13 km 左岸有暖儿河汇入，18 km 右岸有柳河汇入，30 km 右岸有黄花川汇入，46 km 左岸有清河汇入，49 km 左岸有瀑河汇入，81 km有潘家口水库。

2 水位级划分方法

按照《河流流量测验规范》（GB 50179-2015）对乌龙矶水文站的不同水位级进行了划分。规范规定一类精度水文站水位级划分采用年特征值法，并符合下列规定：根据测站各年瞬时最高水位ZM，计算频率并绘制频率曲线，取频率P 为90%所对应的水位为高水位；根据测站各年平均水位，计算频率并绘制频率曲线，取频率P 为50%所对应的水位为中水位；根据测站各年瞬时最低水位Zm，计算频率并绘制频率曲线，取频率P 为10%所对应的水位为低水位。

根据上述水位级划分结果，可将测站水情特征划分为以下4 个时期：Z≥ZM（P=90%）应为高水期；ZM（P=90%）＞Z≥-Z（P=50%）应为中水期；-Z（P=50%）＞Z≥Zm（P=10%）应为低水期；Z≤Zm（P=10%）应为枯水期。

3 不同水位级划分

以乌龙矶水文站为例，根据其1984—2018 年水文资料，按一类精度水文站对其水位级进行划分。

3.1 高水位确定

3.1.1 频率计算

对乌龙矶水文站各年瞬时最高水位（ZM）按从大到小顺序进行排列，分别采用《河道流量测验规范》（GB 50179-2015）提出的常用频率计算公式（1）和Landwehr经验公式（2）计算频率P。

式中：P 为频率；m 为随机变量按从大到小递减顺序排列的序号；n为随机变量的序列数，不宜小于20。

乌龙矶水文站各年瞬时最高水位（ZM）频率计算成果，见表1。

表1 乌龙矶水文站各年瞬时最高水位式（1）频率计算成果

3.1.2 高水位频率曲线绘制

采用“线性矩法”对乌龙矶水文站各年瞬时最高水位（ZM）样本数据进行变差系数（Cs）和偏态系数（Cv）估计，再通过“适线法”以“拟合度”作为辅助指标（其值在0～1 之间，越大表明拟合程度越好），调整变差系数（Cs）和偏态系数（Cv），最终得到样本均值（Ex）、变差系数（Cs）、偏态系数（Cv）和拟合度（R）等统计参数，计算成果见表2。

表2 乌龙矶水文站各年瞬时最高水位频率曲线统计参数

图1 各年瞬时最高水位频率曲线（P1）

图2 各年瞬时最高水位频率曲线（P2）

对比上述2 种成果可知，P2绘制的频率曲线（如图2 所示）拟合度略优于P1绘制的频率曲线（如图1所示）拟合度。因此，采用P2的成果，取频率P 为90%所对应的水位为高水位4.14 m。

3.2 中水位确定

3.2.1 频率计算

对乌龙矶水文站各年平均水位（-Z）按从大到小顺序进行排列，分别采用《河道流量测验规范》（GB 50179-2015）提出的常用频率计算公式（1）和Land⁃wehr 等经验公式（2）计算频率P。乌龙矶水文站各年平均水位（-Z）频率计算成果，见表3。

表3 乌龙矶水文站各年平均水位式（1）频率计算成果

3.2.2 中水位频率曲线绘制

表4 乌龙矶水文站各年平均水位频率曲线统计参数

图3 各年平均水位频率曲线（P1）

图4 各年平均水位频率曲线（P2）

对比上述2 种成果可知，P1绘制的频率曲线（如图3 所示）拟合度略优于P2绘制的频率曲线（如图4所示）拟合度。因此，采用P1的成果，取频率P 为50%所对应的水位为中水位3.69 m。

3.3 低水位确定

3.3.1 频率计算

对乌龙矶水文站各年瞬时最低水位（Zm）按从大到小顺序进行排列，分别采用《河道流量测验规范》（GB 50179-2015）提出的常用频率计算公式（1）和Landwehr 等经验公式（2）计算频率P。乌龙矶水文站各年瞬时最低水位（Zm）频率计算成果，见表5。

表5 乌龙矶水文站各年瞬时最低水位式（1）频率计算成果

3.3.2 低水位频率曲线绘制

同理，采用表5 计算成果绘制频率曲线，样本均值（Ex）、变差系数（Cs）、偏态系数（Cv）和拟合度（R）计算结果见表6。

表6 乌龙矶水文站各年平均水位频率曲线统计参数

对比上述2 种成果可知，P1绘制的频率曲线（如图5 所示）拟合度略优于P2绘制的频率曲线（如图6所示）拟合度。因此，采用P1的成果，取频率（P）为10%所对应的水位为中水位3.54 m。

图5 各年瞬时最低水位频率曲线（P1）

图6 各年瞬时最低水位频率曲线（P2）

3.4 水位级划分结果

综上，乌龙矶水文站水位级划分结果见表7。

表7 乌龙矶水文站水位级划分结果m

4 结语

（1）乌龙矶水文站在海河流域属年径流量较大的测站，冬季测验断面不封冻，满足规范采用畅流期频率水位进行水位级划分的要求。

（2）乌龙矶水文站上游滦河干流上的径流式电站属小水电，水头较小，因此对高水位和低、枯水位基本无影响，对中水位有一定影响，但影响程度还需要进一步对中水位资料进行还原后研究。

（3）近年来，乌龙矶水文站上游滦河干支流修建了若干座橡胶坝，拦蓄水流形成景观水面，因此对低、枯水位有一定的影响，加之经济社会发展导致取水量增加，但影响程度也需要进一步对低、枯水位资料进行还原后研究。

（4）2019 年5 月31 日，乌龙矶水文站上游武烈河上大Ⅱ型水库——双峰寺水库下闸蓄水，在提高承德市区防洪标准和供水保证率的同时，将极大地改变下游河段的水文特性。后续应尽快开展双峰寺水库对下游水情影响分析，使水文数据更好地为滦河流域经济社会发展服务。