淺談Q-A 法在石板坪站的應用

蒲冬祥，黃艷華，聶池祥，王 毅

（湖北省恩施州水文水資源勘測局，湖北 恩施 445000）

1 基本情況

1.1 測站概況

石板坪水文站地處長江三峽北岸一級支流沿渡河(神龍溪)上游，位于巴東縣沿渡河鎮石板坪村，測站控制面積466 km2，為省級重點站、三峽水利樞紐入庫站，是二類精度站。觀測項目有水位、流量、降水、比降、水質。

該站始建于1960年3月，后因興建三峽水利樞紐工程，原站址位于淹沒區內，于1997年1月上遷7 km至石板坪，將原“沿渡河水文站”改名為“石板坪水文站”，現管理萬福河水位站、堆子等22個雨量站，承擔著向國家防總、省防總、長江委、三峽水庫、州防辦等的報汛任務。為當地政府防汛抗旱、水資源開發利用及三峽水庫調度等社會經濟建設服務。

1.2 測驗河段情況

測驗河道順直，下游約150 m處有一彎道控制，上游有水電站，水位經常受發電影響而產生突變。測驗河段左岸為漿砌保坎，主河槽由粗砂卵石組成，右岸為林地。由于流域內山高坡陡，河流湍急，致使測驗斷面沖淤影響非常明顯，自建站以來，基本水尺斷面兼流速儀測流斷面主河床已下切1 m有余。根據石板坪水文站實測河道縱斷面對比分析，河道縱向演變較大，沖淤變化明顯，通過對石板坪水文站歷年實測橫斷面對比分析，斷面面積年際變化不大，總趨勢河床在逐年變低、沖大于淤。從每次洪水前后斷面對比分析，斷面沖淤變化在±3%以內，河道斷面基本穩定。

2 整編方法及資料選用

2.1 整編方法

本站洪水主要受上游暴雨影響，為典型陡漲陡落的山區性河流，水位流量關系曲線主要受水位漲落因素和斷面沖淤影響，在中高水時水位～流量呈逆時針繩套曲線，在低水時呈多條臨時曲線。

2.2 資料選用

本次分析選取的流量資料為該站近期共8年連續資料序列（2009～2017年），全部流量共278次，包括了大水、中水、小水年份，實測水位變幅5.8 m，占遷站址以來（6.48 m）的90%，實測最大流量1050 m3/s，最小流量1.51 m3/s。斷面資料共16次,資料選用滿足水文巡測規范有關要求。

該站水文測驗和資料整編均嚴格按國標或部頒《水文測驗規范》和《水文資料整編規范》執行，技術標準統一。經單站合理性檢查和各要素對照檢查，資料合理、真實，無遺留問題，精度可靠,且每年資料經恩施州水文水資源勘測局審查并參加湖北省水文資料復審、匯編，“三性”檢驗合理。

3 分析計算

3.1 斷面穩定性分析

1）本站測站控制在低水屬斷面控制，中高水屬河槽控制，斷面變化主要發生在起點距8.0 m～14.0 m、16.0 m～42.0 m之間，有沖有淤，且沖大于淤，屬于局部沖淤。因沖和於的程度不同，有時差異較大，沖淤在時程上屬經常性沖淤，因低水受下游彎道控制，故水位流量關系為臨時曲線。

2）從歷年水位與面積關系曲線及斷面穩定程度±3%和±6%的外包線看，低水相對變化較大，一般可達到±6%～±8%，屬于不穩定；中水變化一般在1%～2%，屬于基本穩定；高水變化一般在1%～2%，屬于基本穩定。

3）2003年河床平均河底高程177.57 m，2015年汛后平均河底高程176.44 m，自2003至2015年末平均河底高程下降1.13 m，河床下切嚴重，斷面變化較大，河床不穩定。

3.2 Q—A 計算

根據2009年至2017年的流量資料，分別計算各次流量的水力半徑R及A，見表1。

表1 歷年Q～A計算表

表1 歷年Q～A計算表

年份 施測號數水位(m)流量(m3/s)斷面面積A(m2)水力半徑R(m) A R■1 2 3 4 5 6 7 1 177.33 5.58 18.5 0.70 15.5 2 177.32 5.11 18.4 0.70 15.4 3 177.34 6.27 19.1 0.72 16.2…… …… …… …… …… …… ……2009 2017 38 177.14 7.96 20.6 0.81 18.5 39 177.01 5.06 17.1 0.68 14.1 40 176.74 1.51 8.65 0.42 1.77

以上表第3列數據作為因變量Y、第7列數據作為變量X，繪制 Z～A關系圖，如圖1所示；以第7列數據作為應變量Y、第4列數據作為變量X，繪制Q～A關系圖，見圖2；并分別制作 Z～A關系表和A～Q關系表。

圖1 石板坪站Z～A關系圖

圖2 石板坪站Q～A關系圖

3.3 應用

表2 石板坪站Z～A～Q查值表

表2 石板坪站Z～A～Q查值表

時間 水位(m) A R■查得流量1 2 3 4 10100.00 177.08 12.6 6.63 10100.25 177.12 13.6 7.25 10100.40 177.12 13.6 7.25 10101.25 1 76.99 10.7 5.44 10102.20 176.90 9.0 3.69…… …… …… ……

經計算2011年至2017年徑流量，其結果統計見表3。

表3 石板坪站不同整編方法結果比較

以《水文巡測規范》SL195-2015要求對中高水進行“三線”檢驗，結果見表4。通過檢驗滿足水文巡測規范單一線法定線允許隨機不確定度的有關要求（高水12.0%、中水14.0%）[2]。對于低枯水期徑流量，經計算滿足水文巡測規范單一線法定線允許相對誤差要求，其結果見表5。

表4 石板坪站中高水水位～流量關系曲線檢驗計算表

表5 石板坪站低枯水期年徑流量相對誤差統計表

3.4 對擬定關系線相對誤差

擬定水位流量關系線與原水位流量關系線相對誤差按下式計算：

式中：Qi為第i水位時某關系線上的流量；Qci為與Qi相對應的綜合關系線上的流量；δQi為線對線的流量相對誤差。

經計算低水流量相對誤差為11.7%小于±12%；中水流量相對誤差為3.8%小于±8%，高水流量相對誤差為3.2%小于等于±5%，滿足《水文巡測規范》(SL195-2015)4.5.8表8二類精度水文站的流量間測關系曲線偏離允許誤差指標的規定[2]，計算結果統計見表6。

表6 石板坪站線與線偏離允許相對誤差統計

4 結論

本文計算中用到的水力半徑非平均水深，經作者試算，采用平均水深計算的關系線流量偏大。