石牌水文站水位流量關系分析

【摘要】本文選用了有代表性的多年實測水位流量資料，對石牌水文站水位流量關系進行了綜合分析，對于受變動回水影響，運用正常落差法對水位流量關系進行校正。

【關鍵詞】水位流量關系；正常落差；石牌水文站

為適應水文體制改革，提高工作效率，減輕測站的工作量，在滿足精度要求的前提下，對現有資料進行綜合分析，找出規律，為下一步的巡測或間測工作提供可靠的依據。

1、影響水位、流量關系的因素及斷面控制情況

石牌水文站水位15.5m以下在距基本水尺斷面下游1050m處的皖河公路橋上，用EQC100-I型橋測車在橋梁的上游面實測流量，斷面控制作用差。水位高于15.5m時，在基本水尺斷面上游140m處的纜道斷面用水文纜道實測流量，右岸為同馬大堤，左岸為貓山嘴，斷面控制作用較好。由于主河道縱坡緩，水位流量關系在洪峰水位高于16 .0m時，即呈逆時針繩套，每場洪水的套寬均不一致，遇連續性洪水時，繩套寬度均顯逐步減小的態勢，遇長江水位逐漸上漲的情形，水位～流量關系向左平移的趨勢明顯，即受變動回水影響，影響歷時1-6個月不等，常發生的起始時間為5月中旬。測驗河段河床組成均為上游攜帶來的中、細沙，沖淤變化頻繁，總體趨勢是偏于沖刷，變化情況見圖1。但在水位達到18.0m時，斷面沖淤引起的面積變化相對比重較小，但仍必須考慮。受變動回水影響時，采用連實測流量過程線法推求流量，其余時段采用連時序法和臨時曲線法用水位推求流量。

由上述，可知影響石牌水文站水位～流量關系的主要因素是：

（1）當安慶站水位達13.0m時，即受變動回水影響；

（2）洪峰水位達16.0m時，受洪水漲落影響；

（3）受沖淤影響。

2、選用資料及分析方法

2.1資料的選用

選用1983、1991、1996年3年大水年實測流量資料，作為高水控制點，2004、2005年2年實測流量資料則可代表現狀斷面條件下中低水水位～流量關系特性。共計實測流量點據數百個，其中安慶水位與石牌水位相差特別小的點據，不能作為定線的依據。

2.2分析方法

鑒于影響因素的復雜性，石牌站水位、流量關系采用實測點據和歷年最大洪峰流量及其相應水位兩種方法分別繪制相關圖，相互驗證。實測資料17.0m以下關系線采用2004、2005年點據，高水關系線則綜合考慮1983、1991、1996大水年點據。成果見圖2和表1。歷年最大洪峰流量和相應水位關系直接移用實測點擬定的結果，見圖3。由圖可見，實測點據所定關系線與歷年最大洪峰點據配合良好，僅18.0m以下段關系線偏大，這是符合斷面沖刷實際情況的。歷年最大洪峰流量點據對應的安慶水位變幅為8.08～17.83，平均值為14.04m。已充分反映了安慶水位對石牌站水位～流量關系產生回水影響的綜合效應。因此，擬定的關系符合河段水力特性，結果合理。

3. 以長江安慶水位為參數的水位、流量關系分析

3.1資料的選用

選取1983、1991、1996、1998、1999實測流量中受頂托影響的點據，因長江安慶水位對石牌站頂托影響起始水位值隨皖河河底高程的變化不便界定，而長江水較低時對本次規劃意義不大，故以安慶水位達14.00m為采用點據的標準。

3.2分析方法

在分析皖河口水位、安慶水位關系中已得出了皖河閘下與安慶2站之間的水位相關關系，以此關系求出石牌實測流量時刻對應的皖河閘下水位，皖河閘距石牌站之間距離為24.1km，石牌與皖河閘下之間的水位落差有時出現負值的不合理現象，似可歸結為觀測誤差，因而將落差值小于0.20m的實測點據剔除，共計保留實測點據128個。

石牌與皖河閘之間的正常落差，枯水季節可由石牌水位減去皖河閘水位得出，為4.5m，發生洪水時正常落差則從實測流量成果中選定受頂托影響較小的最大落差，確定為6.0m。正常落差隨石牌水位的變化規律應表現為以6.0為漸近線的曲線，此關系可優選確定，為方便起見，本次按下式計算，成果見圖4。式中z為石牌水位。

Zn=-0.0064z2+0.4299z-0.2749

用正常落差法對水位、流量關系進行校正的基本關系式為：

Zn為正常落差，Qn為正常落差流量，Zm為實測落差，Qm為實測流量；β為落差指數，用試算法確定，試算步長為0.01，試算區間為〔0.3，0.5〕。以實測點據偏離單值化曲線相對誤差的標準差為目標函數，確定落差指數為0.41（仍可進一步優選）。單值化關系見圖5。

由圖5點群分布可見，1983、1991年點據靠左，與點繪的1954、1980、1983、1996等年份水位—面積關系相比，其偏小幅度與歷年水位面積關系曲線的偏小幅度基本一致。即1996年后因受大規模取沙影響，河道沖刷趨于加快。而1996、1998、1999、偏于曲線右側的點據均屬漲水點據，受洪水過程的附加比降影響明顯，符合石牌站測驗河段水力特性。

由率定的單值化曲線和落差指數，即可計算出安慶不同水位情形下石牌站對應的水位流量關系。成果見表2。

3.3成果驗證

將石牌站歷年最大流量及相應石牌水位、安慶水位作為驗證本次成果的基本資料（安慶同時水位大于14.00m），結果見表3。誤差是隨著距率定資料時間逾遠愈大的，前于率定資料的年份是正誤差，后于率定資料的年份是負誤差，斷面沖刷影響是必須考慮的重要因素。而1969年特大洪水年份，洪水期間斷面不斷受到沖刷致使計算流量略偏小，是符合實際情況的。

4、結語

通過對石牌水文站水位～流量關系的綜合分析，得出的結論是歷年關系線與歷年最大洪峰點據配合良好，受回水影響，可采用正常落差法對水位流量關系進行校正。為今后實行流量巡測提供了依據。

參考文獻：

[1]《水文資料整編規范》（SL247-2012）

[2]《水文巡測規范》（SL195-2015）

作者簡介：蔡結根（1961—），男，工程師，主要從事水文水資源工作