試論二類精度站高、中、低水水位級的劃分

張麗麗，石寶成

(黑龍江省大興安嶺水文局，黑龍江 加格達奇 165000)

在河流水勢變化過程中，人們常用高、中、低水來描述水勢變化的各個時期。《河流流量測驗規(guī)范》第六章第一節(jié)明確規(guī)定，對二、三類精度的水文站，水位級的劃分可采用典型年法。根據(jù)上述水位級劃分要求，可確定高、中、低水3個水位級。

針對不同地理環(huán)境、氣候條件下的河流特點，在1 a的不同時期水位與流量關(guān)系曲線變化特征并不相同。如東北地區(qū)寒冷季節(jié)較長，每年大約有半年多的時間為結(jié)冰期。在結(jié)冰期水位與流量關(guān)系變化規(guī)律并不顯著，而在暢流期水位與流量關(guān)系變化規(guī)律非常明顯。這是東北地區(qū)河流的一大特點。為此，本文試?yán)盟膬纱蠡疽厮缓土髁浚謩e進行頻率計算以確定高、中、低水位級，用以分析哪種方法更適合東北地區(qū)河流特點。從而找到適合本地區(qū)河流特征條件的好方法。

1 基本理論方法

1.1 頻率計算

首先根據(jù)經(jīng)驗頻率曲線公式進行頻率計算:

式中:P為頻率;m為隨機變量按大小遞減順序排列的序號;n為隨機變量的序列數(shù)，應(yīng)≥20。

由經(jīng)驗頻率計算的結(jié)果，采用P-Ⅲ型理論頻率曲線進行模擬適線，并建立理論頻率曲線和確定參數(shù)。

1.2 典型年法

對于二、三類精度水文站水位級劃分按如下要求:

根據(jù)測站各年汛期總水量Wf計算并繪制頻率曲線，當(dāng)頻率P為10%、50%、90%時，其對應(yīng)的汛期徑流量的相應(yīng)年份，為豐、平、枯水典型年。

根據(jù)3個典型年的汛期逐日最高水位z'm計算并繪制頻率曲線，當(dāng)頻率P為10%、50%、90%時，其對應(yīng)的水位，為高、中、低水位。

本文提出采用流量年特征值(年瞬時最大流量QM、年瞬時最小流量Qm、年平均流量)，劃分高、中、低水位級。

1.3 各個時期的確定

1.3.1 由水位確定

二、三類精度水文站:

Z≥Z'M(10%)應(yīng)為高水期;

Z'M(10%)＞Z≥Z'M(50%)應(yīng)為中水期;

Z'M(50%)＞Z＞Z'M(90%)應(yīng)為低水期;

Z≤Z'M(90%)應(yīng)為枯水期;

1.3.2 由流量確定

Q≥Q'M(10%)應(yīng)為高水期;

Q'M(10%)＞Q≥Q'M(50%)應(yīng)為中水期;

Q'M(50%)＞Q＞Q'M(90%)應(yīng)為低水期。

Q≤Q'M(90%)應(yīng)為枯水期;

2 實例

2.1 資料的選取

本文選取嫩江干流多布庫爾河松嶺(二)站，該站屬于二類精度站。松嶺(二)站集水面積為3 094 km2。實測資料系列超過20 a，但該站在1991年7月進行了斷面遷移(上遷1 000 m)，為了使水位系列具有良好的代表性，筆者在進行頻率計算選取典型年時是以遷移斷面后資料系列進行計算的，因為斷面位置不同，水位是不能按一個系列計算。

2.2 統(tǒng)計參數(shù)的確定

參照1.1和1.2的要求，把該站1992～2008年汛期總水量和1972～2008年流量特征值分別進行統(tǒng)計計算，并且繪制頻率曲線圖。通過適線擬合出理論頻率曲線，確定離差系數(shù)Cv、偏態(tài)系數(shù)Cs和均值。

2.3 高、中、低枯水的確定

根據(jù)確定的參數(shù)值，可以計算出相應(yīng)不同頻率的高、中、低水位級或流量級的設(shè)計值。

2.3.1 按水位級確定

1)首先根據(jù)松嶺(二)站自1992～2008年汛期總水量Wf計算頻率和繪制頻率曲線，當(dāng)頻率p為10%、50%、90%時其對應(yīng)的汛期徑流量的相應(yīng)年份為豐、平、枯水典型年。通過計算所選取的典型年分別為:頻率p為10%(1993年)為豐水年、頻率p為50%(1999年)為平水年、頻率p為90%(2005年)為枯水年。

2)根據(jù)所選取的3個典型年的汛期逐日最高水位Z'M計算頻率和繪制頻率曲線，當(dāng)頻率p為10%、50%、90%時，其對應(yīng)的水位為高、中、低水位，通過計算本站水位級劃分4個時期如下:

Z≥100.44 m為高水期;100.44 m＞Z≥99.85 m為中水期;99.85m＞Z≥99.21m為低水期。

2.3.2 按流量級確定

表1 流量理論頻率曲線參數(shù)值表

表2 流量頻率設(shè)計值表 m3/s

表3 由設(shè)計流量推算水位與直接水位設(shè)計值比較

由表2查得流量設(shè)計值成果如下:

確定高、中、低水范圍請參見上節(jié)1.3.2部分。

2.4 成果分析

流量轉(zhuǎn)化為水位進行對照，一般來說，水位與流量可以通過二者的關(guān)系相互推算。用水位推算流量，可與流量方法比較;也可用流量去推算水位，再與水位方法相比較。通常選用后者比較方便。根據(jù)松嶺(二)站近5年水位流量綜合關(guān)系曲線，由流量查出對應(yīng)的水位值，作為設(shè)計值，并與典型年法計算結(jié)果相比較，詳見表3。

表3中設(shè)計流量推算的水位是根據(jù)2003—2007年水位流量綜合曲線查得。通過比較發(fā)現(xiàn):采用流量設(shè)計值較采用典型年法設(shè)計值小得多，偏小的原因:①東北地區(qū)河流冰期時間較長，低水部分水位變化較慢，而流量變化較快，因而水位與流量關(guān)系不好;②水流的天然條件易遭水利工程筑壩、抽水、采沙等人工破壞和天然河流沖刷破壞，另外近年來水流受斷面橫比降影響很大，流向偏角達70°左右，使水位流量關(guān)系曲線有逐年向右移的趨勢，表現(xiàn)在當(dāng)流量不變時，相應(yīng)的水位下降;當(dāng)水位不變時，流量有逐年偏大趨勢。

3 結(jié)論

利用實測資料進行頻率計算，尋找高、中、低水位級，本文采用的兩種方法計算結(jié)果差別較大。通過對比分析及查找原因，筆者認(rèn)為松嶺(二)站高、中、低水位級劃分采用典型年法更為準(zhǔn)確，而且此方法符合《河流流量測驗規(guī)范》。

[1] 中華人民共和國水利部.SL34—92水文站網(wǎng)規(guī)劃技術(shù)導(dǎo)則[S].北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，1992.

[2] 嚴(yán)義順.水文測驗學(xué)[M].北京:水利電力出版社，1984.