隔蒲潭站水位流量關系單值化分析

摘 要：天然河道的水文測驗河段易受斷面沖淤、洪水漲落、變動回水等綜合因素影響，致水位流量關系復雜，從而增加流量測驗難度。鑒于此，需選用合適的分析方法使水位流量關系單一化。本文通過對隔蒲潭站測站特性和實測水文資料的分析，發現選用落差指數法可使其水位流量呈單值關系，不僅解決了實際問題，而且為類似站提供了可借鑒方法。

關鍵詞：水位流量關系 單值化 分析

中圖分類號：P337 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）07（c）-0000-00

1 基本情況

1.1 水文氣象條件

隔蒲潭水文站地處亞熱帶濕潤季風氣候區，春暖夏熱、秋涼冬寒、氣候濕潤，雨量充沛，四季分明，多年平均降水量1000～1200mm。降水量年內分配嚴重不均，5～8月降水量占全年的70%以上。年際間的降水量相差較大，最大年與最小年降水差值達988mm。

1.2 地理位置

隔蒲潭水文站地處江漢平原北部，位于湖北省孝感市云夢縣隔蒲潭鎮，為國家重要站，屬中央報汛站。該站始建于1962年，集水面積8812km2，為一類精度站，其測驗河段位于隔蒲潭鎮南邊，為涢水干流重要水文控制站，下游18km處與澴水匯合成府澴河，由武漢諶家磯段流入長江。該站地理位置見圖1。

圖1 隔蒲潭站地理位置示意圖

2 測驗河段情況

隔蒲潭水文站測驗河段位于云夢縣隔蒲潭鎮，中、高水測驗河段順直，兩岸為堤防控制，漫灘水位約29.00m，中、高水河寬約550m。河床由沙壤土組成，主槽無水草，灘地種有農作物和蔬菜。低水無岔流、串溝、逆流等。基上210m有鐵路橋一座、基上400m有公路橋一座、基上450m有鐵路橋一座。2010年初云夢縣政府為滿足灌溉、城市景觀、生態環境、經濟發展的需要，在斷面上游9km處建有橡膠壩一座。低水受上游安陸解放山電站放水發電影響和橡膠壩蓄、放水影響，中、高水受洪水漲落影響和長江洪水頂托影響。

水位級劃分：24.40m以下為低水，24.40～28.50m為中水，28.50m以上為高水。

3 水位流量關系單值化分析

3.1資料使用情況

隔蒲潭站歷年來采用連時序法定線推流，其中為探索落差指數法的可能性，在該站下游護子潭站設立了一組水尺收集資料進行試驗，兩站相距約6km，護子潭站分別于1985年7～9月和1986年6～12月進行8時、20時二段制人工制觀測水位，在此期間所觀測的水位變幅為22.00～27.19m，與之同步的隔蒲潭站水位變幅為22.39～27.47m，流量測次為86次，給合理性分析選用了70次。點繪隔蒲潭、護子潭站水位過程線見圖2：

圖2 隔蒲潭、護子潭站水位過程線圖

通過對照兩站水位過程線及落差變化趨勢，從圖2可以看出兩站水位相關性比較好。

3.2 分析方法

3.2.1基本原理

隔蒲站測驗河段順直，斷面基本穩定，主要受變動回水和洪水漲落綜合影響，故選用落差指數法進行分析研究。落差指數法是根據落差法的基本公式來進行整編的，由

變為： 。

式中：

Q1、Q2為同水位不同落差的流量，m3/s；

Z上、Z下為上、下斷面同時水位，m；

△Z1、△Z2為與Q1、Q2相應的落差，m，其中：△Z=Z上-Z下；

β為落差指數；q為流量與落差β次方之比。

在同水位下，Q/（△Z）β為一常數，即Q/（△Z）β是水位的單值函數，Q/（△Z）β=f（z）為單一關系。在率定Q/（△Z）β=f（z）的關系曲線時，由于z、Q、△Z都為實測值，關鍵是“β”值的求解。落差指數法是通過試算，根據標準差最小原則來優選β值。

3.2.2具體方法

用實測流量Qi及相應水位Zi和落差△Zi來率定落差指數β和Z～Q/（△Z）β關系曲線。首先假設一“β”，然后根據實測流量及相應落差，計算qi=Qi/（△Z）β初值，點繪Zi-qi關系線，求出關系點偏離關系線的標準差Se1。再假設一“β”值，重復上述步驟，又求出標準差Se2，Se1與Se2比較，假設幾個β之后，就可以優選出最小的標準差Se相應的β值。根據《水文資料整編規范》（SL 247—2012）落差指數β一般取值范圍為0.20～0.80，經分析采用β=0.36、0.37、0.38、0.39、0.40、0.41、0.42、0.43、0.44、0.45、0.46、0.47、0.48、0.49、0.50進行試算，每假設一β值，由實測流量及相應落差可計算qi，點繪一條zi-qi關系線，然后計算關系點偏離關系線的標準差Sei，由此可得到落差指數與標準差的關系，見表1。

圖3 隔蒲潭站落差指數法落差指數與標準差關系圖

從圖3可以得到最小的標準差Se=2.24%，此時的Se再與《水文資料整編規范》（SL 247—2012）規定的水力因數型方法定線標準比較，符合規定標準，則此時的β=0.42和Z-Q/（△Z）β關系曲線即為所求，見圖4。

圖4 隔蒲潭站落差指數法所定z～Q/（△Z）β關系曲線圖

Z-Q/（△Z）β關系曲線誤差統計及成果檢驗見表2。

4 結語

隔蒲潭站采用低、中水實測水文資料測次70次，經分析資料合理可靠。根據《水文資料整編規范》規定：采用水力因素法定線精度指標為：一類精度水文站：系統誤差±2%，標準差±5%。由上述的檢驗成果表可知：分析所定的Z-Q/（△Z）β關系線（β=0.42），其系統誤差為-0.28，標準差為2.24%，且符號檢驗、適線檢驗、偏離數值檢驗三種檢驗均已通過，此次分析成果符合規范規定要求。故隔蒲潭站水位在22.50—27.74m之間采用落差指數法Z-Q/（△Z）β關系線（β=0.42）定線推流是切實可行的。該方案已在實踐中取得了較好效果，不僅優化了該站流量測驗方案，而且大大提高了測驗工作效率，為類似站提供了可借鑒經驗。

參考文獻

[1] SL247-2012，水文資料整編規范[S].2012.

[2] 水信息技術[M].北京：中國水利水電出版社；教育出版分社.