东大龙口(三)水文站流量测次精简方案及可行性分析

韩瑞敏

(新疆昌吉水文勘测局，新疆 昌吉 831100)

位于新疆吉木萨尔县泉子街镇的东大龙口(三)水文站，至今已设立60多年，长期以来担负着监测东大龙口河水位、流量、降水等水文变化特征动态变化的任务，积累了长系列的水文基础资料，为区域水资源评价、水资源管理、科学开发利用、水利工程规划与建设，水环境保护以及防洪减灾等工作提供了及时准确的水文分析成果和信息服务。本文通过分析东大口龙水文站目前实测流量次数和施测频次，研究在满足流量测验和推算径流量精度原则下，科学合理地精简流量测次，优化测验方式的可行性，从而达到提高测报工作效率的目的。

1 东大龙口(三)水文站概况

1.1 站点位置

东大龙口(三)水文站位于新疆维吾尔自治区吉木萨尔县泉子街镇上九户村，距离吉木萨尔县城以南35 km，为东大龙口河的区域代表站，属国家基本水文站。于1956年10月1日设立，观测项目有水位、流量、降水量和蒸发量等，1957年10月1日停测。1959年11月1日恢复观测，1966年1月撤销。1992年1月新疆水文总站在原站址上游1 km处恢复东大龙口水文站，并观测至今。东大龙口(三)站为东大龙口河的水文测站，属一般水文站和地区报汛站。地理坐标为东经89°05′、北纬43°43′，设于1956年10月，现测验断面以上集水面积163 km2，河流干流长40 km，产流区平均高程2 874 m，平均坡降91.8‰。实测多年平均年径流量为0.663 1×108m3，最大年径流量为2013年的1.102×108m3，最小年径流量为2006年的0.386 3×108m3。

1.2 主要观测项目

东大龙口(三)站采用巡驻测结合的方式，在非汛期(每年1-3月、11-12月)采用巡测；其余时段采用驻测。测验项目有水位、流量、20 cm蒸发量、比降水位、冰情目测、普通测量、降水量、水温、气温等方面的观测内容。流量为三类测验精度。测验项目见表1。

表1 东大龙口(三)站测验项目

1.3 主要观测设施设备

东大龙口(三)站测验设施有双索电动缆车一台，水文缆道，基本水尺、上下比降水尺、主索、副索、简易气象场一座，气象六要素自动气象站一座，断面标志桩3组。仪器设备：3 m测深杆两根，通信设备2套，SEBAPULS雷达水位计1台，YMCP-1型非接触式微波测流仪1台，YSCADA-1水文数据采集终端一套，SW40型日记式自记水位计1套，检定后LS25-1流速仪3架，ATO-32型水准仪1套，电子水准仪一套，自记雨量计1套，电脑1台，笔记本电脑1台。

2 测验河段断面稳定性分析

测验河段顺直，长度约100 m，基上90 m以上右侧有弯道，左岸山坡上有一支流泉水及暴雨洪水汇入。基上约400 m处两山形成峡口，宽约20 m河道主流在左山坡下。测验河段为单式河槽，中、高水主槽宽度在7至16 m，水流流向基本顺直，基下约50 m处不受左岸基岩影响。河床由砂砾石组成，左岸为自然岩石陡岸，右岸为人工浆砌石护岸，因河道内卵石形状较大，低中水冲淤变化较小，河床比较稳定；测验断面河槽的底坡、断面形状、糙率等水力因素变化不大；主流流向基本一致。测验河道两岸受水流冲刷，河道内无水生植物生长，右岸岸上滩地为砂砾石组成，很少有植物生长。发生较大洪水时，漂浮物较多，对测验有一定影响。

3 原流量测次方案

一直以来，东大龙口(三)水文站全年流量测次根据高、中、低各级水位的水流特性及各个水位级的水情变化情况，合理地分布于各级水位，并控制水位与流量变化过程的转折点，要求测到每次较大洪峰起涨、顶、谷、腰的流量。年最高、最低水位之相应流量要力争测到。当发生洪水、枯水超出历年实测流量的水位时，一般会对超出部分增加流量测次。

4 流量测次精简调整方案设计

水文测验年测次和年内分配测次是根据各测站水文特性的一般规律制定的，是为了保证一般测验精度的最低次数的限制数，但测站可根据水文特性的年变化情况在《水文测站任务书》制定次数和分配次数上适当调整测次。通过对目前执行的流量测次方案进行分析，并结合东大龙口河河段现状可知，现阶段东大龙口站的流量测验任务偏重，流量测验存在测次过多、测点过密的现象，在保证流量测次精度基础上，适当精简流量测验次数，能提高日常观测功效，减轻基层水文职工工作量，促进水文勘测向广度和深度发展具有重要意义。

由于每年自然界河道来水在时空分布上的随机性，也必然决定了流量测验次数的不同，一年中的测流次数，在制定流量测次方案时，应严格根据高、中、低各级水位的水流特性、测站控制条件、测验精度、定线推流的要求，以及需求等综合确定，制定合理的精简方案，以便掌握每年不同时期的水情变化，当发生洪水、枯水超出历年实测流量的相应水位时，应对超出部分增加测次。原流量测次方案和调整方案分别见表2和表3。

表2 东大龙口(三)站原测验项目测次年内分配表

表3 东大龙口(三)站调整后测验项目测次年内分配表

图1 东大龙口(三)站2013-2018年实测大断面图

图2 东大龙口(三)站2013-2018年面积曲线图

5 流量测次精简分析

东大龙口(三)站河床由砂砾石组成，左岸为自然岩石陡岸，右岸为人工浆砌石护岸，河道内卵石体积较大，低中水冲淤变化较小，河床比较稳定，断面控制较好，从近6 a的实测资料看，本站年水位变化不大，流量变化平缓，水位流量关系比较稳定，历年(除2013年、2015年)水位流量关系基本呈单一线。点绘2013-2018年实测大断面图及面积曲线图分析见图1和图2。使用2013-2018年实测流量成果，点绘水位流量关系图分析见图3，从图3看，水位和流量关系基本呈带状分布，2014、2016、2017和2018年为单一曲线法推流，2013和2015年因测验断面上游度假村整治河道，造成断面略有变化，资料整编时流量采用临时曲线法推求，2013年-2018年水文站月平均流量变化见图4。

图3 东大龙口(三)站2013年-2018年水位流量关系图

根据东大龙口(三)站实际情况，选用整汇编后2013-2018年相应时段资料，在对其流量相关要素进行详细的分析论证的基础上。根据拟定的巡测方案按水位级进行精简分析，在满足规范要求精度的前提下，减少流量测次。

图4 东大龙口(三)站2013-2018年月平均流量过程线图

图5 东大龙口(三)站2013年1线精简后水位流量关系曲线图

图6 东大龙口(三)站2013年2线精简后水位流量关系曲线图

图7 东大龙口(三)站2014年精简后水位流量关系曲线图

图8 东大龙口(三)站2015年1线精简后水位流量关系曲线图

精简分析采用2013-2018年共6 a的水文资料，将每年的实测流量根据低估水及中高水按水位高低排序，根据本站年径流量的季节变化过程情况、流量级的划分及定线要求，在低枯水时，水位变幅在2～5 cm时随机选取测次，中高水水位变幅在5～10 cm时随机选取测次，选取时年最高及最低流量测次必须选取，分析计算出精简测次后的年水量总量，然后按《水文巡测规范》(SL195-2015)第4.5.3条的相关误差指标规定进行比较。精简后的水位-流量关系曲线图见图5～图12。通过计算分析，各年的年总水量误差符合《水文巡测规范》(SL195-2015)表 4.5.3的三类精度站年总水量相对误差小于5%的相关规定见表4。分析近六年资料时，2015年由于上游支流发生暴雨洪水出现两条水位-流量关系曲线，因此经精简分析后，低枯水时水位变幅在2～5 cm时施测流量一次，中高水时水位变幅在5～10 cm时施测流量一次，全年施测流量不少于26次，并且要满足定线要求。精简后的实测流量关系测点经三项检验全部合格(见表5)。

图9 东大龙口(三)站2015年2线精简后水位流量关系曲线图

图10 东大龙口(三)站2016年精简后水位流量关系曲线图

图11 东大龙口(三)站2017年精简后水位流量关系曲线图

图12 东大龙口(三)站2018年精简后水位流量关系曲线图

表4 东大龙口(三)站多年精简后径流量总量相对误差分析

表5 东大龙口(三)站多年精简后水位流量关系三项检验表

6 结语

(1)综合考虑水文站设站目的、水文特性等因素，根据《水文巡测规范》(SL195-2015)要求，在进行东大龙口(三)水文站流量测次精简时，因为水文站属于水位流量关系呈单一线的测站，点据密集，分布呈带状，并无明显偏离，系统误差的绝对值三类精度的水文站不大于2%。可采用当年资料定线，每年流量测次可精简至不少于12次，具体视水情变化加测。

(2)在冬季流量较小时，由于水位不受结冰影响，水位变幅不大，可60 d左右测流1次。当遇到特殊水情或特大洪水造成的水位流量关系发生较大变化时，应及时加测流量测点，并在收集到充足资料后重新进行精简分析。

(3)水文站在流量精简的同时，要加快构建“巡驻结合、应急补充”的水文测报监测体系，努力推进水文观测自动化和水文监测新技术应用，节约人力，降低成本，提高劳动生产率，扩大水文资料收集面，充实水文大数据。