三堆子水文站流量间测可行性研究

彭子翰，朱 朋

（长江水利委员会水文局长江上游水文水资源勘测局攀枝花分局，四川 攀枝花 617000）

1 概况

三堆子水文站是国家基本水文站， 位于四川省攀枝花市盐边县桐子林镇三堆子村， 属于长江流域金沙江下段水系，是金沙江上唯一的船测站，是金沙江梯级电站乌东德水电站入库的首要控制站。 该站设立于1957年6月， 测站的主要水文测验项目为：水位、流量、单沙、颗分、推移质、水温、降雨、蒸发、气象（气压、气温、相对湿度、风力风向）、水质等，为国家收集了非常重要的基础水文信息，为防汛抗旱、为水资源监督管理提供了数据支撑。

测验河段特性：测验河段顺直长约0.8km，最大水面宽约270m。断面左岸有垂直高约6.0m 的移民区堡坎，基本水尺设在左岸，在断面上游约300m有3处石堆，水流湍急，当水位在979.00m以上时，3处石堆被淹没，水位在979.00m以下左岸有死水。 主泓偏右，下游1.9km有一弯道起中高水控制。

2 流量间测可行性研究与目的

流量间测：水文测站的资料经过相关分析，证明历年的水位流量关系稳定或其变化在相关规范的允许误差范围内，对其中一项水文要素，比如“流量”停测一段时期后， 再次开始施测的测验与停止测验相间的测验方式。

流量测验是水文测验里最基本的项目， 通过对测站的特性分析，探索出流量测验的新方法，有力推进水文事业的改革和创新， 如果三堆子站的流量测验能实行间测，将减少各项水文工作量，能够解放有限的人力资源，提高水文测报能力。

2.1 研究依据

依照SL195—2015 《水文巡测规范》 里相关要求，对测站特性、历年水位流量关系曲线进行分析，如满足相关规范的要求， 即可证明流量测验在三堆子站是可行的。

2.2 测站控制分析

通过对收集到的测站2008—2019年实测大断面数据进行分析（图1），河槽右岸较陡，河床为乱石夹沙组成，断面呈“v”型，排除人为破坏的因素，经过12年的演变，断面靠左有部分冲刷，最大冲刷部位在起点距98.8m，冲刷深度为0.67m；断面靠右有部分被淤积， 淤积最大部位在起点距217m， 最大淤积深度0.92m。 由图2可知断面冲淤对断面的面积影响并不大， 在常规洪水位986.00m时，2008年与2019年断面面积对比， 变化率为 （3470～3450）/3450×100%=0.82%，经分析得知断面较稳定，变化甚微，测站控制良好，为实行流量间测提供了良好的必要条件。

图1 2008—2019年实测大断面对比分析

图2 2008—2019年水位面积对比

2.3 历年水位流量关系曲线分析

对收集到的三堆子站2008—2019年共12年的整编水位、流量关系节点，点绘出多年的水位、流量关系线对比图（如图3），该站的水位、流量关系成单一线。变化最大的为2012年与2018年的高水部分，2018年偏大，当水位为988.66m时，用2012年水位流量关系曲线推流为15200m3/s， 用2018年水位流量关系曲线推流为15900m3/s， 最大的相对误差为 （15900～15200）/15200×100%=4.61%， 由于断面长期冲刷导致，河道变深，导致断面面积增大，流量增大，综合来说各年份水位流量关系基本稳定。

图3 2008—2019年水位流量关系曲线

2.4 综合水位流量关系曲线分析

2.4.1 综合曲线确定

对于水文测站控制较好，且各个水位级的水位、流量关系都保持相对稳定的测站， 结合本站的特性采用插值法或通过选用以下公式的数学模型来拟合单一曲线，用水位推求流量。

指数方程：

式中 Q为流量（m3/s）；Ze为水位与一常数之差；C，n为常数。

对数方程：

本次选用三堆子水文站2008—2019年共346次实测且可靠的流量数据， 其中低水位期流量数据有158次，中水位期流量数据有111次，高水位期流量数据有77次。 选用的数据满足SL195—2015《水文巡测规范》中规定，需有连续5年以上的系列资料，且宜包括枯、中、丰水年及不同水情的资料，在各水位级内用于计算相关误差的实测流量次数不少于30次，可以将选用的实测流量数据进行综合定线。

现将2008—2019年共12年346次实测流量，点绘在同一张图上， 三堆子站历年的实测流量点子呈带状分布，可以拟合出一条单一曲线，选用式（3）进行拟合， 拟合出三堆子站历年的综合水位流量关系曲线，如图4。

图4 三堆子站2008—2019年综合水位流量关系曲线

选用的实测流量数据与历年综合水位流量关系曲线之间的定线误差应符合SL/T247—2020《水文资料整编规范》要求，符合单一曲线的定线标准。 现对综合水位流量关系曲线进行3种检验， 检验结果如下：

偏离数值检验： 将样本的平均相对偏离值除以标准差等到统计量|t|=0.08，将|t|与显著性水平a=0.10时允许的|t|值1.65进行比较，只要小于1.65，则偏离检验合格。

标准差为2.5%，随机不确定度为5.0%，系统误差为0.0%。 3种检验结果、标准差、随机不确定度、系统误差均在允许范围内， 说明该综合水位流量关系曲线定线合理。

2.4.2 综合水位流量关系曲线合理性检查

将上述经过分析确定下来的历年综合关系曲线与历年采用的水位流量关系曲线进行逐年推求年径流量、汛期总量、一次洪水总量，并对误差进行统计，统计结果如表1， 从表1看出各项误差指标全部符合SL195—2015《水文巡测规范》允许的范围内，说明历年综合曲线的定线结果是合理的， 可以满足推流及相关要求。

表1 三堆子站各时段总量特征值相对误差

通过三堆子站2008—2019年的水文测验任务书得知该站的流量测验精度为二类流量精度， 按相关规范里的二类精度站点的曲线偏离允许指标执行，按水文测验任务书低、中、高水位级的划分，分别进行计算综合曲线与各年关系曲线在不同水位级的时候的最大偏离误差， 并将综合曲线与各年曲线最大偏离值进行统计，结果如表2。

表2 各年与综合水位流量关系曲线最大偏离值

从表2的统计结果能够看出，历年的年低、中、高水最大偏离值均符合SL195—2015《水文巡测规范》所规定的允许误差，可实行间测，并采用历年综合关系曲线进行推算流量。

3 结语

（1）通过对三堆子水文站近12年的实测断面、水位流量关系曲线进行分析， 结果表明各项精度指标全都满足相关水文规范所允许的精度要求， 进一步证明了此次分析的方法合理、成果可靠，该站流量测验满足SL195—2015《水文巡测规范》里对流量间测的相关规定，结合三堆子水文站实际情况，该站流量测验可实施流量间测模式：年份为单数时实测，年份为双数时停测， 停测年份采用历年综合关系曲线推算流量。

（2）建议在停测年份按不同水位级检测流量5次左右， 每次流量监测前20d内应实测断面或实测水深，线点布设执行流量常测法方案，将监测成果与推流的水位～流量关系曲线进行适线检查。若误差超过SL195—2015《水文巡测规范》允许的误差范围，应进行现场分析并就地复测，复测后仍超出误差范围的，应恢复测验并采用当年实测流量定线， 误差未超限则间测期采用综合水位流量关系曲线推流， 将有限的人力、物力、技术等资源集中起来提高工作效率。

（责任编辑：尹健婷）