湯旺河晨明站水位～流量關系及其影響因素分析

栗彥博，田長濤

(伊春水文局，黑龍江伊春153000)

1 概述

晨明站位于伊春市南岔區晨明鎮，為湯旺河流域出口控制站，流域面積19 186 km2。測站以上流域呈西北－東南走向，地勢北高南低。斷面以上河長364 km，至松花江入河口距離86 km，流域平均坡降1.95?，地貌以小興安嶺山地為主。晨明站洪水來源由干流伊新站以上來水，伊新站至晨明站區間來水和右岸支流西南岔河來水隨機組成，一般情況下以干流來水為主。晨明站實測最高洪水水位為94.99 m，相應流量為3 150 m3/s，出現在1996年7月。晨明站作為流域出口控制站，其水文資料具備較高的代表性，對該站的水位～流量關系變化情況進行必要的分析論證不僅可以更好地掌握測站斷面控制的穩定程度;還可以為正確分析斷面的行洪能力提供可靠的依據。另外，通過分析測站水位～流量關系的變化情況，也能夠為確定水文斷面是否能夠實施流量巡測、間測等先進測驗手段提供必要的參考依據。

2 晨明站歷年洪峰流量和相應水位關系分析

晨明站設立于1953年，1954年斷面上遷600 m，1962年斷面再次上遷4 000 m，1977年斷面下遷5 800 m至現斷面。新舊斷面間無支流匯入，流量資料連續。因各遷移斷面之間無水位換算關系，本文采用現斷面歷年(30 a)汛期最大洪峰流量與相應水位實測關系點來點繪分析圖(見圖1)。

圖1 湯旺河晨明站洪峰流量與相應水位關系圖

從圖1可知，圖中關系點據按年度分為1977～1986年、1987～1996年、1997～2006年共3組，共定出3條水位～流量關系線。從圖中各線分布走勢可以看出各線之間無明顯系統偏離，低水區域3線幾乎重合，中、高水區域各曲線隨時移略向右側偏移，但偏離程度較小，最大偏移點據＜5%，說明高水期洪峰流量在同水位下雖略有增加的變化趨勢，但也在正常變化之內。

3 晨明站大水年水位～流量關系變化比較分析

對比分析不同時期的高水年份水位～流量關系曲線可以研判曲線的年際變化趨勢。1996年晨明站發生建站以來實測最大洪水，1985年和2003年洪水分別位于第二位和第四位。本文選用這三場具有代表性年份的洪水來進行對比分析，各年份水位～流量關系線分布情況見圖2。

圖2 晨明站高水年水位～流量關系曲線圖

由圖2可知，各高水年份水位～流量關系曲線間無明顯系統偏離。各曲線在下部基本重合，上部略向右偏移，各曲線間同水位下流量最大偏離值＜5%，屬于關系點據穩定情況下的正常曲線偏移。

4 晨明站高水年份水位～流量關系曲線偏離檢驗

為了判斷水位～流量關系曲線間是否隨時移發生明顯變化，不僅要繪制曲線的綜合分布圖，而且相互比較曲線間還應進行理論上的數值檢驗。《水文資料整編規范》規定，在做水位～流量關系曲線間的偏離檢驗時首先要進行F檢驗，在F檢驗通過后再進行t檢驗，只有兩檢驗均通過時才能確定曲線間無明顯偏離(F檢驗和t檢驗方法介紹略)。晨明站1985年水位～流量實測點數n1=31(個)，對本年水位～流量關系曲線的平均偏差=－0.8%，偏差方差=0.008; 2003年水位～流量實測點數n2=11(個)，對1985年水位～流量關系曲線的平均偏差0.079，現取顯著性水平α=0.05進行檢驗。

4.1 F檢驗

4.2 t檢驗

由α=0.05，n1+n2－2=40，查t分布表得臨界值tα(n1+n2－2)=2.02。

5 晨明站水位～流量關系曲線影響因素分析

影響測站水位～流量關系曲線年際變化的因素較多，結合晨明站自身流域特性本文主要從以下兩個主要方面來分析。

5.1 測站斷面形狀的變化分析

斷面形狀的明顯改變可以使同一水位下的斷面面積和流速發生變化，導致同水位下流量增加或減少，從而引起水位～流量關系曲線的年際系統偏離。一般受沖刷、淤積和人類活動影響明顯的河道其斷面形狀易發生改變。晨明站河床主要由漿砌石和卵石組成，比較穩定，不易受洪水沖刷和淤積影響，建站以來斷面也沒有進行過大規模人為修整。從測站大斷面圖上看，斷面形狀多年來也無明顯改變，詳見圖3。

圖3 晨明站1977、1985、2005年大斷面圖

根據圖3所示的1977、1985、2005年實測大斷面資料，以1977年斷面面積為基準，按照97.31 m以下水位來計算各年份斷面面積，得出 1977年面積為2 086 m2，1985年為2 173 m2，2005年為2 177 m2，1985年和2005年斷面面積對比1977年斷面面積僅偏大4.2%和4.4%，說明變化程度較小。

5.2 測站斷面糙率的變化分析

河道糙率與水流形態關系密切，直接影響著斷面流速的變化。糙率值與水深、比降、河床質組成、斷面幾何形狀、水流平面形態等諸多水力因素有關。糙率和流速的關系可以用曼寧公式表示:為斷面平均流速; n為糙率;r為斷面平均水深;i為水面比降。

本文選取晨明站3個有代表性年份的糙率曲線來進行對比分析，詳見圖4。

圖4 晨明站水位～糙率關系曲線圖

由圖4可知，各年份糙率曲線間系統偏離程度較小，糙率值年際變化幅度在0.02～0.03，說明測站糙率年際變化不顯著。

6 結語

綜合以上分析結果可知，晨明站歷年水位～流量關系曲線無明顯系統偏離，各曲線之間同水位下流量變幅很小，曲線年際偏離程度較小，通過各項理論檢驗。晨明站由于其河床組成穩定，河道退化程度低，糙率變化小，所以說明晨明站水位～流量關系曲線目前仍處于比較穩定的狀態。

［1］ 水利部水利信息中心.水文資料整編規范［S］.北京:中國水利水電出版社，2000.

［2］ 錢學偉，陸建華.水文測驗誤差分析與評定［M］.北京:中國水利水電出版社，2007.