涇河張家山站水位流量關(guān)系分析

王曉斌（陜西省水文水資源勘測(cè)局張家山水文站陜西涇陽(yáng)713701）

涇河張家山站水位流量關(guān)系分析

王曉斌
（陜西省水文水資源勘測(cè)局張家山水文站陜西涇陽(yáng)713701）

涇河張家山站設(shè)立于1932年1月，1997年以后受涇惠渠張家山水庫(kù)影響，水位流量關(guān)系有所變化，本文經(jīng)過(guò)分析水位流量的關(guān)系變化提出解決方案，使該站流量測(cè)驗(yàn)強(qiáng)度減小，工作效率提高。

水文站；水位流量關(guān)系；分析

張家山水文站為涇河下游干流控制站，系一類精度水文站，國(guó)家重要站，中央報(bào)汛站。1932年1月由民國(guó)陜西省水利局設(shè)立，1952年6月測(cè)驗(yàn)斷面下遷3000m站名為張家山（二）站。站址位于陜西省涇陽(yáng)縣王橋鎮(zhèn)岳家坡村趙家溝，東經(jīng)105°36′，北緯34°38′，集水面積43216km2，控制河長(zhǎng)397km，河流平均比降2.78‰，距河口里程58km。該站流量測(cè)驗(yàn)仍需要測(cè)控其變化過(guò)程，20年來(lái)年均流量測(cè)次121次，測(cè)驗(yàn)任務(wù)繁重。通過(guò)對(duì)該站水位流量單值化分析，對(duì)于減輕測(cè)驗(yàn)任務(wù)、簡(jiǎn)化資料工作真正實(shí)現(xiàn)巡測(cè)都具有重要意義。

1　測(cè)驗(yàn)河段概況

張家山水文站現(xiàn)測(cè)驗(yàn)河段較順直，復(fù)式河槽，沙石、膠泥河床。兩岸均為黃土崖，高約30m。基本斷面上、下游各300m處，均有彎道。基本水尺斷面兼流速儀測(cè)流斷面及浮標(biāo)中斷面，上、下浮標(biāo)斷面間距200m。水位流量關(guān)系為單一線或繩套曲線。洪水測(cè)驗(yàn)流速儀易受柴草影響。基本斷面上游3500處有涇惠渠張家山水庫(kù)，基本斷面以上1200m處有涇惠渠沉沙池。

2　水位流量關(guān)系特性

張家山洪水主要來(lái)源于景村站以上干支流洪水。洪峰陡漲陡落，含沙量大，沙峰滯后于水峰。水位流量關(guān)系多呈繩套曲線。

張家山（二）斷面以上3200m處有涇惠渠張家山水庫(kù)，設(shè)計(jì)總庫(kù)容986萬(wàn)m3，興利庫(kù)容427萬(wàn)m3，調(diào)洪庫(kù)容550萬(wàn)m3，死庫(kù)容83萬(wàn)m3。豐水期，平均泄洪流量200m3/s，最大泄洪600m3/s，較大洪水時(shí)提閘暢流。

收集1932年-2013年張家山洪水要素資料發(fā)現(xiàn)，1997年以前張家山洪峰漲洪比較緩慢，一般都在3小時(shí)～5小時(shí)以上，落水也在2天～3天以上，且較為緩慢，而1997年以后漲洪一般都在1小時(shí)左右，受涇惠渠張家山水庫(kù)泄洪，水位快速上漲，一般很難測(cè)到漲腰。其后，受涇惠渠攔蓄和沖沙調(diào)節(jié)，張家山站水位變化猛烈時(shí)而上漲時(shí)而下落，直至本次洪水大部分洪水消退，才予以平穩(wěn)變化。

當(dāng)前，張家山站按照《陜西省水文水資源勘測(cè)局水文測(cè)驗(yàn)任務(wù)書張家山（二）水文站》（2013年1月1日）規(guī)定洪峰標(biāo)準(zhǔn)1.5m，每遇上游來(lái)水較大，涇惠渠張家山水庫(kù)調(diào)節(jié)泄洪，均能使張家山站斷面水位變幅超過(guò)1.5m，造成了張家山站流量測(cè)驗(yàn)頻繁。例如2013年7月份，張家山水文站共出現(xiàn)一個(gè)復(fù)式峰，測(cè)流53次，減少測(cè)流次數(shù)，降低職工工作強(qiáng)度顯得很為迫切。

3　水位流量關(guān)系變化分析

從《中華人民共和國(guó)水文年鑒（黃河流域水文資料）》收集1993年～2013年21年張家山水文站實(shí)測(cè)流量成果，發(fā)現(xiàn)年實(shí)測(cè)流量測(cè)次最多為2003年193次，最少為1993年80次，平均121次。繪制1993年～2013年張家山站水位流量關(guān)系圖，其水位流量關(guān)系曲線距中心線誤差最高達(dá)20%，顯然不能合并定線，見(jiàn)圖1。

從《中華人民共和國(guó)水文年鑒黃河流域水文資料》收集近60年張家山水文站實(shí)測(cè)大斷面資料，繪制張家山水文站1953年至2013年大斷面圖，見(jiàn)圖2。

圖1　涇河張家山水文站歷年水位流量關(guān)系圖

從歷年大斷面套繪圖3可以看出，河道主流穩(wěn)定，河道比降大、水流湍急，深泓點(diǎn)變化不大，河床主河槽逐年沖刷降低，但幅度不大。同時(shí)對(duì)一年中洪水引起的斷面變化進(jìn)行分析，為此繪制臨近的2013年全年實(shí)測(cè)大斷面圖，并計(jì)算其全年斷面變化情況。經(jīng)計(jì)算2013年涇河張家山站大斷面面積，發(fā)現(xiàn)水位變化420.25m～424.98m，水位422.25m相應(yīng)流量202m3/s時(shí)斷面面積變化為2.96%，小于3%，可見(jiàn)面積變化對(duì)水位流量關(guān)系的變化影響不大，張家山站水位流量關(guān)系變化主要受洪水漲落影響，在漲落水過(guò)程中因洪水波傳播引起不同的附加比降，使斷面流量與同水位下穩(wěn)定流流量相比，呈現(xiàn)有規(guī)律的增大或減小。

圖2　涇河張家山（二）站1953-2013年實(shí)測(cè)大斷面圖

圖3　涇河張家山站受洪水漲落影響下的水位流量關(guān)系

自1997年涇惠渠張家山水庫(kù)運(yùn)行以來(lái)受遇洪水泄洪調(diào)節(jié)影響，張家山（二）斷面水位起漲和降落都很迅速，又受測(cè)流的時(shí)限影響，最終使根據(jù)實(shí)測(cè)確立的水位流量關(guān)系呈階段性單一曲線，見(jiàn)圖3。

由以上可以看出，目前張家山水文站斷面洪水變化劇烈，近年來(lái)每年水位流量關(guān)系呈多條單一線。水位流量變化規(guī)律已經(jīng)掌握，需要將繁重的流量測(cè)驗(yàn)進(jìn)行簡(jiǎn)化。

4　水位流量測(cè)驗(yàn)簡(jiǎn)化分析

張家山站近21年平均每年測(cè)流121次，受涇惠渠張家山水庫(kù)泄洪影響，洪水呈迅速上漲，迅速降落的特點(diǎn)，按照目前的測(cè)驗(yàn)任務(wù)，在水位流量關(guān)系線減少的情況下，流量測(cè)驗(yàn)次數(shù)卻仍然很多。例如2013年僅兩條水位流量關(guān)系線，而測(cè)流次數(shù)就達(dá)125次之多。

《河流流量測(cè)驗(yàn)規(guī)范》GB50179-2015第4.1.4條對(duì)流量測(cè)驗(yàn)次數(shù)規(guī)定為：“水文站一年中的測(cè)流次數(shù)，應(yīng)根據(jù)高、中、低各級(jí)水位的水流特性、測(cè)站控制條件、測(cè)驗(yàn)精度，定線推流要求，以及需求等綜合確定，能夠準(zhǔn)確掌握各個(gè)時(shí)期的水情變化，合理控制各級(jí)水位和水情變化過(guò)程轉(zhuǎn)折點(diǎn)。當(dāng)發(fā)生洪水、枯水超出歷年實(shí)測(cè)流量的水位時(shí)，應(yīng)對(duì)超出部分增加測(cè)次。”據(jù)此對(duì)張家山站水位流量關(guān)系分析，以減少流量測(cè)次。

根據(jù)張家山站1993～2013年以來(lái)實(shí)測(cè)的21年流量資料進(jìn)行分析研究，全年流量資料采用臨時(shí)曲線法（多條單一線法）整編，水位流量關(guān)系曲線為多線條，歷年間互相交織。

我們依2013年水位流量關(guān)系為依據(jù)，該年張家山站共定線兩條，對(duì)其進(jìn)行合并定線，并推流。發(fā)現(xiàn)合并定線后推流月最大誤差達(dá)14.66%，年誤差達(dá)7.59%均超過(guò)《水文巡測(cè)規(guī)范》所規(guī)定的范圍，合并定線不能起到簡(jiǎn)化測(cè)驗(yàn)的作用。

但是通過(guò)圖3可以看出，張家山站水位流量關(guān)系受其漲落猛烈歷時(shí)短影響在一次漲水過(guò)程中相對(duì)穩(wěn)定，而在多次漲洪中會(huì)出現(xiàn)一部分洪峰過(guò)程水位流量關(guān)系相同，另外一部分相同，而且來(lái)回交織。據(jù)此，對(duì)張家山站流量測(cè)驗(yàn)簡(jiǎn)化提供了依據(jù)。在目前尚不能單值化水位流量關(guān)系之前，對(duì)流量的簡(jiǎn)化測(cè)驗(yàn)是很有必要的。根據(jù)以上分析只要在穩(wěn)定的水位流量關(guān)系段，按水位級(jí)分布測(cè)點(diǎn)已能滿足水位流量關(guān)系定線要求。

《水文巡測(cè)規(guī)范》（SL195-97）規(guī)定：各類精度的水文站，有10年以上資料，經(jīng)分析論證實(shí)測(cè)流量的水位變幅已控制歷年（包括大水、枯水年份）水位變幅80%以上，各相鄰時(shí)段的曲線之間的最大偏離不超過(guò)高水4.0%、中水5.0%的允許誤差范圍者可實(shí)行檢測(cè)。《河流流量測(cè)驗(yàn)規(guī)范GB50179-2015》規(guī)定：流量測(cè)次能夠準(zhǔn)確掌握各個(gè)時(shí)期的水情變化，合理控制各級(jí)水位和水情變化過(guò)程轉(zhuǎn)折點(diǎn)。

依據(jù)以上規(guī)定結(jié)合張家山站洪水特性，張家山目前斷面穩(wěn)定，在其水位流量穩(wěn)定段測(cè)流不少于10次就行。而像2013年水位流量關(guān)系為兩條單一線，僅需要測(cè)流20-30次左右就能滿足當(dāng)年的水位流量關(guān)系定線推流工作。具體做法是：使用相鄰時(shí)段的水位流量關(guān)系進(jìn)行推流，按水位級(jí)進(jìn)行測(cè)流，當(dāng)發(fā)現(xiàn)水位流量關(guān)系變化時(shí)再重新確定水位流量關(guān)系依次采用檢測(cè)，按水位級(jí)分布，減少測(cè)流工作量。

5　結(jié)論

張家山站斷面控制良好，受涇惠渠張家山水庫(kù)調(diào)節(jié)，洪水漲落猛烈且歷時(shí)較短，作為一類站目前水位流量單值化還無(wú)法達(dá)到要求。但是張家山站完全滿足水位流量關(guān)系線穩(wěn)定段進(jìn)行檢測(cè)的要求，因此建議張家山水文站在以后的流量測(cè)驗(yàn)工作中，擬采用按水位級(jí)分布流量測(cè)次，穩(wěn)定段流量測(cè)次不少于10次即可，而沒(méi)有必要每次都按水峰布置測(cè)次，這樣將大大減輕張家山站測(cè)流次數(shù)，降低了職工工作強(qiáng)度，滿足了張家山站作為國(guó)家重要站、一類站的水位流量推流要求。陜西水利

（責(zé)任編輯：王劍）

引漢濟(jì)渭工程

P333.1

B