大峪水文站矩形长喉道测流槽水位流量比测率定

雷晓荣

（陕西省西安水文水资源勘测中心大峪水文站，陕西 西安 710100）

1 概况

1.1 自然地理

大峪河为渭河三级支流，沣河较大支流。属渭河南岸山地足水地区，流域地形南高北低，呈长羽型，无较大支流，发源于长安县以南，秦岭主脊的光头山，于大峪口出山，向西北流向始称潏河，经过王莽村、杜曲、申店以后，折向西流入沣河。流域面积79.4 km2，河长30 km。流域内山峰陡峭，悬崖陡壁，天然林木较多，灌木丛生，植被良好。

区域上地势南高北低，可分为两大地貌单元，南部为秦岭山区，北部为关中平原区。工程区位于山地与平原的结合部位。秦岭北坡中低山区斜坡陡峻，沟深流急，地形复杂，植被覆盖相对南坡较差。山区河流流向自南向北，由于流水的长期作用，形成一系列切割较深的峡谷，大峪即为峡谷之一；峪口以下为川塬交互区，以厚层的第四系黄土堆积为主要特征。具有“阶梯式”台面。故称为黄土台塬地形，一般均有三级台面。工程区则位于大峪河出河谷的喇叭口处，高程715 m 左右，地势总体向西北方向缓倾。

1.2 河流水系

大峪河发源于秦岭主脊的光头山，流域呈羽毛状。大峪河流域水系图见图1。

图1 大峪河水系图

1.3 气象水文

1.3.1气象

大峪河流域属暖温带大陆半湿润气候，洪水主要由暴雨和连阴雨形成，多发生在7 月～9 月，洪水暴涨暴落，峰型尖瘦，具有陡涨陡落的山溪性特点，洪峰维持时间2 至3 小时，较大洪水过程一般持续3 天～5 天。

1.3.2水文特征

根据大峪水文站1952 年～2021 年水文资料统计，实测最大流量125 m3／s（2021.9.25），实测最小流量0.070 m3／s，多年平均流量0.917 m3／s，多年平均径流量0.2892 亿m3；年最大降水量1653.2 mm，年最小降水量为515.2 mm，多年平均降水量为877.9 mm；年平均蒸发量为543.6 mm 。

1.4 测站情况

大峪（三）水文站为渭河南岸区域代表站，属于国家基本站，大峪水库入库控制站。位于西安市长安区引镇街道办事处大峪口村， 设立于1952 年8 月。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），东经109°07′， 北纬34°00′， 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。测验项目有：水位、流量、降水、蒸发。

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行和防汛服务。

测验断面顺直，矩形河槽，卵石河床，左岸为岩石高山，右岸为人工砌石护岸，冲淤变化不大，高低水控制良好。基本水尺断面下游1.5 km 处建大峪水库，库容为450 万m3，1970 年开始蓄水。测验河段设立上中下三个断面，基本水尺断面兼流速仪测流及浮标中断面，上、下比降断面兼上、下浮标断面，上、下比降断面间距80.0 m，基线设于右岸，长80.0 m。2021 年11 月在基本水尺断面修建了矩形长喉道测流槽，并对测流槽河床两侧进行了硬化，形成了稳定的测验断面，2022 年1 月投入试运行。大峪水文站矩形长喉道测流槽平面布设图见图2。

图2 大峪站测流槽示意图

2 矩形长喉道测流槽

大峪站测流槽建设工程设计方案为矩形长喉道测流槽，长13.0 m，高0.7 m，平行段宽3.0 m，喉道宽2.0 m，扩散段宽3.0 m，测流槽两侧河床C25 砼硬化。在测流槽平行段侧壁安装水尺，通过观测测流槽水位，根据矩形长喉道测流槽理论公式推算测流槽相应流量见图3。

图3 测流槽水位流量关系表

3 资料收集

3.1 资料选用

大峪水文站矩形长喉道测流槽投入试运行后，2022 年1日1 日开始进行测流槽水位流量关系曲线率定，截止2022 年10 月测得比测资料43 次，其中精测法6 次，采用0.2、0.6、0.8 三点法。实测水位变幅0.62m，比测最大流量2.14 m3／s，最小流量0.075 m3／s，测次分布于低水水位各级。流量比测方案为流速仪一点法（0.6）、二点法（0.2、0.8）、三点法（0.2、0.6、0.8），测点历时不低于100 s，流速仪型号为Ls10-170105。

3.2 资料可靠性、代表性、一致性分析

选用43 次流量比测资料均为大峪站流速仪（旋浆）比测资料，流速仪经过严格鉴定，测流结束后，严格执行“四随”工序，资料为计算机计算成果，计算成果正确无误、可靠。

选用流量比测资料43 次，满足水文分析计算要求。流量比测试验期间，采用固定断面，水流条件无变化，流量测验方法统一，人员稳定，仪器型式固定，流量比测资料的一致性、代表性较好。

4 矩形长喉道测流槽水位流量比测分析

4.1 水位流量关系比测方法

依据大峪水文站43 次流量比测资料，测流槽水位作为纵坐标，流量作为横坐标，点绘水位流量关系曲线，绘制水位流量关系曲线为单一线，用于率定测流槽理论水位流量关系曲线。大峪水文站矩形长喉道测流槽比测流量成果见表1，测流槽水位流量关系见图4、图5。

表1 大峪水文站矩形长喉道测流槽比测流量成果表

图4 大峪站矩形长喉道测流槽水位流量关系线（理论）

图5 大峪水文站矩形长喉道测流槽水位流量关系线（比测）

4.2 水位流量关系曲线检验

依据《水文资料整编规范》（SL 247-2020），对绘制水位流量关系曲线进行三项检验，即符号检验、适线检验和偏离数值的合理性检验， 样本容量N=43， 正号个数为k=23， 符号交换次数为19， 符号检验中， 计算得u=0.30， 允许临界值u1-a／2=1.15，显著性水平合理；适线检验中，计算得u=0.46，小于临界统计值u1-a=1.28，合理；偏离数值检验中 =0.30，计算得t=0.96，小于临界统计值t1-a／2=1.05，合理。

符号检验显著性水平 选用0.25，适线检验显著性水平选用0.10， 偏离数值显著性水平 选用0.30。

4.3 水位流量关系曲线检验结果

经分析计算水位流量关系曲线通过三项检验，水位流量关系曲线的标准差为3.7%，随机不确定度为7.4%（小于11%），系统误差为0.5%（小于2%），检验结果满足《水文资料整编规范》（SL 247-2020）5.3.2 要求。水位流量关系曲线检验结果见表2。

表2 大峪水文站矩形长喉道测流槽水位流量关系曲线检验成果表

续表2

5 结论

通过对大峪站矩形长喉道测流槽水位流量比测率定分析计算，根据率定的水位流量关系曲线标准差为3.7%、随机不确定度为7.4%、系统误差为0.5%，检验结果均符合《水文资料整编规范》（SL 247-2020）要求。测流槽理论水位流量关系曲线与率定水位流量关系曲线接近，可以采用率定水位流量关系曲线进行该站推流。

1）大峪站矩形长喉道测流槽水位在808.88 m（相应流量2.20 m3／s）以下，采用测流槽率定的水位流量关系曲线推流。

2）矩形长喉道测流槽建成投入使用，增加了该站低水流量测验方案及技术手段，提高了低水流量测验精度，工作人员由5 人减少到2 人，提高工作效率，传统固守断面逐渐发展到点、线、面相结合，特别是中小河流水文检测系统建设，视频监控现代化水文仪器的高效发展及应用，更进一步推进了水文向智慧水文转变的进程，节省了单位经费开支，减轻了职工工作强度，为测流槽在中小河流的进一步推广提供了技术支撑。