珠碧江大溪桥水文站径流插补延长分析

2021-09-26姜姗姗张育德

水利水电工程设计 2021年2期

姜姗姗张育德

在水利工程规划设计工作中，通常需要计算长系列年月径流量。很多情况下，设计流域没有长系列水文资料，或存在资料缺测不全的情况，需要对水文资料进行插补延长，以保证资料系列的代表性和一致性。通常采用数理统计方法对径流进行插补延长，常见方法有水位流量关系法、降水径流关系法、相邻站相关法、上下游相关法等。本文以海南省珠碧江流域大溪桥水文站为例，采用多种方法对径流系列进行插补延长，为径流插补延长工作提供了一个很好的实例。

1 流域及水文站概况

珠碧江发源于海南省白沙黎族自治县中部的南高岭，自南向北流至和巷后折向西北，进入儋州市境内后，于海头镇的海头港注入北部湾。珠碧江干流长86 km，流域面积1 101 km2。珠碧江上设有大溪桥水文站，大溪桥水文站位于白沙县邦溪镇1958年6月由广东省水文总站设立，集水面积647 km2，1964年1月1日基本水尺断面迁移300 m，改称大溪桥（二）站，集水面积为663 km2。1981年1月旧水尺断面迁移546 m，改成大溪桥（三）水文站，大溪桥（二）站为测流断面。水文站最初设立时测验项目有水位、流量、降雨、蒸发，1992年开始不再测流，1997—1999年水文站没有开展测验工作，2000年后恢复水位观测。

珠碧江附近有南渡江流域。南渡江流域福才水文站与大溪桥水文站面积接近。福才水文站位于白沙县福才村，集水面积508 km2，1958年11月由广东省水文总站设立，1984年1月测验断面下迁25 m，观测水位流量至今。

大溪桥水文站以上有卫星、新光、木瓜、那光、查苗、木棉、大溪桥雨量站。福才水文站上游有打麦、力乐、萌芽、莫好、南开、福才雨量站。

2 径流系列插补延长方法

由于大溪桥水文站站址多次迁移，测验项目也从观测流量、水位到只观测水位，且中间还有缺测年份，因此，该水文站的插补延长工作比较具有典型性。在实际工作中，采用了如下几种方法插补延长大溪桥站年径流。

（1）采用水位流量关系法插补延长年径流量，考虑采用洪水要素摘录的水位流量关系以及逐日平均流量与日平均水位的关系两方面来分析。

（2）采用邻近流域福才水文站作为参证站，建立大溪桥水文站和福才水文站的年平均流量相关关系，插补大溪桥站年径流系列。

（3）根据大溪桥站以上多个雨量站资料统计面平均降水量，建立大溪桥站降水径流相关关系，插补大溪桥站年径流系列。

在年径流插补延长的基础上，还需要插补1992—2018年月径流，实际工作中采用如下几种方法插补大溪桥站月径流。

（1）各年径流月分配均使用大溪桥站1959—1991年多年平均径流量月分配。

（2）各年径流月分配采用该年各月降水的比例进行分配。

（3）各年径流月分配采用福才站同年径流的逐月比例进行分配。

（4）采用雨量站的汛期和非汛期的比例分配径流在汛期和非汛期的比例，再采用水文站的汛期和非汛期内的月分配进行计算。

3 径流系列插补延长合理性分析及成果

3.1 水位流量关系法插补延长年径流

大溪桥水文站1981年水位测验断面迁移，流量测验断面未发生变化，点绘1981年前后大水年份的洪水要素摘录的水位流量关系，水位流量关系分为两簇，1981年之前的在下面，之后的在上面，印证了1981年水位测验断面向上游迁移的说法，因此，根据1981年之后的实测水位流量拟合水位流量关系。采用拟合的水位流量关系和实测逐日水位过程插补逐日流量，得到大溪桥站1992—1995、2000—2014年逐月径流过程。点绘插补段与实测段降雨径流关系如图1所示。1992—1995年中，2年与实测降雨径流关系较贴近，2年较分散。2000年之后的降雨径流关系与实测降雨径流关系差别较大，可能是2000年重建水文站时，实测断面发生了变化，水位流量关系随之改变，原水位流量关系不再适用，因此，采用水位插补流量不可行。

图1 插补前后降雨径流相关关系图

点绘大溪桥站1981—1991年逐日平均流量与日平均水位的相关关系，基本为带状分布，而大溪桥站大部分时间的流量小于5.0 m3/s，因此，采用平均水位插补平均流量存在一定误差，也是不可行的。

3.2 邻近流域水文站相关法及降雨径流关系法插补延长年径流

与珠碧江相邻的南渡江上有福才站与大溪桥集水面积接近，流量资料完整，使用两站1959—1991年年径流系列建立相关关系，相关系数为0.86。大溪桥流域内雨量站分布较广，且资料系列较长，水文站上面雨量采用泰森多边形法进行计算，建立大溪桥站以上面降水量与年径流深的相关关系，相关系数为0.97。由两相关关系可见，大溪桥站以上面降水量与径流深相关关系较好，采用此相关关系插补大溪桥站1992—2018年年径流深相对来说更加准确。分析插补前后大溪桥站以上面降水与径流深相关关系，如图2所示，可以看出插补前后相关关系较为一致，说明本次用降雨径流关系插补年径流系列是合理的。

图2 大溪桥面降水量与年径流深相关关系图

3.3 月径流插补延长

经分析，方法1各年径流月分配均使用大溪桥站1959—1991年多年平均径流量月分配，得到的1992—2018年径流月分配比例均一致，而插补的年径流值丰枯变化较大，均按统一的月分配比例不合理。大溪桥站流域内降水的月分配差别较大，个别月份降水量为0，而大溪桥站实测资料中未出现断流，故方法2径流月分配采用该年各月降水的比例进行分配得到的成果不合理。方法3各年径流月分配采用福才站同年径流的逐月比例进行分配，得到的月分配与福才站同年一致，为了验证此方法的合理性，选取大溪桥1959—1991年系列中P=25%、50%、75%年份，比较分析两站的月分配情况，两站同年月分配相似，故方法3成果较合理。方法4采用雨量站的汛期和非汛期的比例分配径流在汛期和非汛期的比例，再采用水文站的汛期和非汛期内的月分配进行计算，经统计P=25%福才、大溪桥水文站及大溪桥面降水的汛期占全年的比例分别为82%、84%、80%；P=50%福才、大溪桥水文站及大溪桥面降水的汛期占全年的比例分别为86%、86%、89%；P=75%年份福才、大溪桥水文站及大溪桥面降水的汛期占全年的比例分别为87%、88%、93%。可见：3项汛期的比例基本一致，而福才、大溪桥站更接近，采用此方法与方法3成果基本一致。因此采用方法3插补延长月径流。