明月江大风水文站流量间测分析研究与应用

李 婷,李 静

(四川省达州水文水资源勘测中心,四川 达州 635000)

为了更好地推行水文测验方式改革,构建“巡测为主、驻巡结合、测报自动、应急补充”的监测体系,随着中小河流水文站网的增加,现有的监测手段,已不能满足水文现代化发展需求。进行流量间测分析,可以改善基层驻站职工的工作环境,提高工作效率,合理调整人力、物力资源的调配,对进行水文站测验方式改革具有积极意义。通过对大风水文站2017-2021年流量间测分析,探讨流量间测在大风水文站的应用。

1 大风水文站基本概况

1.1 测站基本情况

大风水文站于2003年设立,为国家基本水文站,地处四川省达州市达川区亭子镇大风社区,位于明月江下游,集水面积1 125 km2,距河口距离37 km,域内河长65.2 km。该站测验项目有水位、流量、降水、蒸发、墒情。明月江是长江流域渠江水系州河的一级支流,经葫芦、大滩、麻柳、大风、亭子、江阳、盘石在小河嘴流入州河,全流域长120 km。洪水主要由暴雨形成,涨率快,退坡较缓,洪峰持续时间较短。洪水过程基本与降水同步,一次洪水过程一般为3 d。该站各级水位均有良好控制且很稳定,各年均为单一线型。

1.2 控制断面情况

大风水文站测验河段顺直长约800 m(图1),基本水尺断面处于顺直河段中部,上游150 m有弯道,下游200 m左右有桥梁、滩口。断面呈“∪”型,河床由砂砾石组成,左岸坡为盘石,右岸坡为混凝土河堤,冲淤变化较小,河床较稳定。平枯水期水面宽约50 m,涨水期水面宽在70 m至90 m之间,历年断面变化比较在5%以内,对水位流量关系影响不大(本站水位流量关系主要受洪水涨落影响)。资料选取大风水文站2017-2021年近5 a实测断面资料,并绘制了近5 a来断面变化情况(见图1)。

图1 大风水文站近5 a断面变化情况

2 大风水文站流量间测分析研究

2.1 资料收集

本次分析收集了最近2017-2021年共5 a系列高、中、低水实测流量资料,共163个测点,2021年363.00 m水位以下部分为ADCP走航式,其他均为流速仪法。这些测点分布于高中低各级水位,最高测点水位369.72 m,最低测点水位362.56 m,水位变幅7.16 m。该站历年最高水位369.87 m(2004年),最低水位362.47 m(2010年),水位变幅7.4 m,实测流量的水位变幅达历年水位变幅的96.7%,符合《水文巡测规范》4.2.6规定的要求[1]。

2.2 水位流量关系分析

该站中高水稳定,成单一关系,低水时有分线,全年采用Z～Q关系线推流。将2017-2021年共5 a共163个测点,点绘在水位流量关系图上,这些测点分布于高中低水各级水位。2017-2020年各年水位流量均为单一线形,且相邻年份十分接近;2021年低水有分线,与下游150 m处测流堰漏水及ADCP测验精度有关,致该测站控制发生一定的变化,低水关系达到2根线。从历年水位流量关系图上分析[2],从综合图看(见图2),2017年以来中高水点子基本呈一带状,下密上稀,主要是高水稀遇,而中低水常年发生所致。从低水放大图(见图3)上可以看出,低枯水点子较乱,综合定线后,经三种检验达不到要求[3],故本次分析不作低枯水的综合线绘制。

流量/(m3·s-1)

流量/(m3·s-1)

2.3 检验误差分析及各水位级流量相对误差分析

2.3.1 综合关系曲线检验

利用2017-2021年实测流量测点资料,通过点群中心绘出一条历年综合线,经计算所绘综合线(363.30 m以上)共86份流量成果分析。经三种检验,符号检验、适线检验、偏离数值检验均达到合格要求,不确定度为6.4%,小于《水文巡测规范》第4.5.1表2中二类精度站小于12.0%的要求[1];系统误差为-0.4%,小于2%的要求。检验结果见表1。

表1 综合关系曲线检验结果

表2 关系曲线相对偏离误差

2.3.2 相对误差分析

将近5 a各年水位流量关系曲线与历年综合关系曲线点绘在同一图纸上(见图4),可以看出,各年关系曲线与历年综合线基本吻合,趋势一致。将各水位级流量进行相对误差计算[2],各年与历年综合线高水的最大相对误差为-0.96%,小于规范要求的5.0%以内;中水的最大相对误差为-2.90%,小于规范要求的8.0%以内;低水的最大相对误差为-5.66%,小于规范要求的12.0%以内,符合《水文巡测规范》4.5.8表8的要求[1],其成果见表2。

流量/(m3·s-1)

2.4 实践应用

大风水文站2022年1月1日正式执行间测方案,选取2022-2023年水位在363.30 m以上共施测17份流量测点,这些测点分布各级水位。将实测流量测点和拟定的间测关系线点绘在水位流量关系图上(见图5),由图5可以看出,相邻年份流量测点基本呈一带状,无明显偏差,各级水位流量关系稳定,呈单一线型。为了判断间测关系曲线是否发生变化,将水位363.30 m以上17份流量测点与间测关系曲线进行t检验[3](结果见表3),实践表明通过假设检验,所定的水位流量关系曲线是合理的。

表3 水位～流量关系曲线t检验

流量/(m3·s-1)

3 结论与建议

(1)明月江大风水文站水位在363.30 m以上达到二类精度水文站的间测要求,各项误差指标均在规定范围内,达到《河道流量测验规范》《水文巡测规范》相关要求,故该站在水位363.30 m以上流量测验可实行间测。

(2)明月江大风水文站实行间测后,根据《水文巡测规范》4.2.6规定,可实行停2～5 a测1 a的间测方式,该站流量间测期间为2022年1月1日～2026年12月31日,间测期间采用综合水位流量关系曲线推求流量。间测期间应注意观察测站控制条件,明月江上下游水利工程项目等情况,如发生变化及时恢复测流。

(3)通过在明月江大风水文站进行流量间测分析及应用,实践表明结果合理可靠,与其相应的可在同等类型河流上的水文站开展流量间测分析,对于其他流域的测站间测分析工作具有借鉴作用。