阿勒泰水文站水位流量關系單值化探討

古米娜·哈木斯別克

（阿勒泰水文勘測局，新疆 阿勒泰 836500）

1 測站概況

阿勒泰水文站為克蘭河流域（額爾齊斯河支流）內的區域性控制站，流域集水面積1565 km2，屬于國家級二類精度測站，阿勒泰水文站克蘭河斷面寬為55.4 m，水深最大值≤3.2 m。克蘭河流域主要依靠阿爾泰山南坡季節性融雪補給，時間集中在4月～10月，其中4月～6月中旬為洪水期。阿勒泰水文站斷面控制情況良好，河道順直，斷面河床主要由細沙和卵石構成，無明顯沖淤變化，水位流量關系簡單，河床主流垂線布設較為密集，邊灘則稀疏。

2 測流斷面河床變化情況分析

2.1 橫斷面圖比較法

選擇阿勒泰水文站2007年～2013年汛前基本水尺斷面資料和2014年～2016年汛前汛后基本水尺斷面資料各一次，并繪制測站近十年來大斷面圖，進行斷面變化情況的具體分析，見圖1。由阿勒泰水文站歷年大斷面圖可以看出，在4.0 m～12.5 m的起點距范圍內斷面較穩定，其較大的沖淤變化主要出現在起點距22.0 m～73.0 m的范圍，而且沖淤程度不同，屬于局部沖淤，時程上則屬于不經常性沖淤，水位流量關系單一。73.0 m～102.5 m范圍內中高水流量主要受到作物種植的影響，而對斷面形狀和大小則并無影響。102.5 m～110.0 m則為陡坎和局部塌陷，并不影響測站水位流量控制。

圖1 阿勒泰水文站歷年大斷面圖

2.2 河底高程過程線法

根據阿勒泰水文站歷年實測大斷面情況，可以進一步求得歷年不同測次斷面高程的平均值，并進行平均河底高程過程線的繪制，見圖2。由圖得知，2007年～2016年測站河底高程最大值為26.02 m，最大沖刷為25.58 m，多年間河床淤積交替進行，斷面并無較大變化，河床較穩定。

圖2 阿勒泰水文站歷年平均高程變化圖

由上述分析可知，阿勒泰水文站河道斷面年際變化較小，2007年、2008年、2014年河床淤積，2009年、2013年和2015年河床沖刷，2010年～2012年河床沖淤變化小，由于受到不經常性的沖淤影響，沖淤交替進行，河床較為穩定，此外，阿勒泰水文站為不經常且局部性沖淤類型，斷面穩定性較高。

3 水位流量單值化分析

3.1 歷年流量測驗情況

本次研究所用的阿勒泰水文站歷年流量資料均采用電動纜道流速儀測流，低枯水則通過涉水施測，表面流速測速方法采用歷時100 s一點法（相對水深η=0.6）或兩點法（相對水深η=0.2、0.8）[1]，對于特殊情況測速歷時縮短為50 s。所采用測驗方法完全符合《河流流量測驗規范》（GB 50179-2015）要求。

3.2 典型年的確定

進行測站水位流量關系單值化分析并不需要測站實測年份的全部水文資料，根據《水文巡測規范》（SL 195-2015）相關要求，將阿勒泰水文站所有實測年份的流量年均值按由大到小的次序依次排列，并標注序號及所對應的年份，具體如表1。

表1 阿勒泰水文站流量年均值序列表

根據下式計算典型年序號：

式中：m為保證率為P的流量均值典型年序號；n為實測年份。

根據式（1）可得：豐水年保證率P=10%時，m=5；平水年保證率P=50%時，m=25；枯水年保證率P=90%時，m=48。在表1中可以查得豐水年為豐水年為2005年，平水年為2013年，枯水年為2015年。同時根據《水文巡測規范》（SL 195-2015）“至少7年以上連續資料系列，并應包括高、中、低水年和不同水情資料”的相關要求，確定阿勒泰水文站水位流量關系單值化研究的典型年為2005年～2015年共10年。

3.3 歷年水位流量關系演變

阿勒泰水文站2004年末測驗斷面下游河道開挖對低水位測驗流量存在一定影響，故選取2005年～2015年共10年的水位流量資料，過點群中心點繪阿勒泰水文站水位流量關系曲線，見圖3。根據《水文巡測規范》（SL 195-2015）的要求，對于無法進行單值化處理的非單一性水位流量關系曲線，在給定的時間內和同一因素的影響下，水位流量關系點距較為密集且呈帶狀，且阿勒泰水文站水位流量關系影響因素呈多條單一線[2]。此處將阿勒泰水文站漲退水部分分別定線，依據1998年和2014年的中高水實測數據作為中高水水位流量關系曲線擬定的依據。結合歷年水位流量曲線的分析成果，阿勒泰水文站最高水位和最大流量所對應的水位差為0.1 m。

圖3 阿勒泰水文站水位流量關系曲線

3.4 水位流量關系曲線的檢驗

3.4.1 檢驗依據

本文所進行的阿勒泰水文站水位流量關系單值化研究主要依據的技術規范包括《水利技術標準編寫規定》（SL1-2002）和《水文巡測規范》（SL 195-2015）。根據《水利技術標準編寫規定》（SL1-2002），當水位流量臨時曲線上測點≥10點，則關系點子呈帶狀分布，系統偏離不明顯，75%的關系點子與水位流量關系曲線偏離的相對誤差限度為：關系點較為密集的測站流速儀中高水誤差≤±5%，流速儀低水誤差≤±8%；關系點較為散亂的測站流速儀中高水誤差≤±8%，流速儀低水誤差≤±10%[3]，顯著性水平α具體情況見表2。

表2 顯著性水平α的選取依據

《水文巡測規范》（SL 195-2015）規定，水位流量關系點子密集且呈帶狀分布，無顯著偏離情況下，一類精度水文站系統誤差絕對值≤1%，其余精度水文站系統誤差≤2%，實測關系點距和水位流量關系定線誤差符合下表所允許范圍時，則可進行單一線的確定。

表3 流速儀法測流的單一線定線允許誤差

3.4.2 水位流量單值化關系的檢驗

（1）流量關系點對綜合關系線的相對誤差

實測流量關系點對綜合關系線的相對誤差（標準差）計算如下：95%置信水平的隨機不確定性相對值計算如下：

進行阿勒泰水文站2005年～2015年的實測水位流量資料及水位流量綜合曲線上流量的符號檢驗、適線檢驗和偏離度檢驗，結果顯示，漲水和退水水位流量綜合曲線隨機不確定度均為9.2%，系統誤差均為0.4%，具體見表4。檢驗結果符合《水文巡測規范》（SL 195-2015）有關二類精度水文站流速儀法測流的單一線定線精度系統誤差≤±2%，中水隨機不確定度≤14%，高水隨機不確定度≤12%的規定。

表4 阿勒泰水文站水位流量綜合曲線檢驗結果

（2）時段總量及其誤差

選取阿勒泰水文站具有代表性的豐、平、枯水年水位流量資料并借助水位流量綜合線推流，求得年總流量、汛期總流量、一次洪水總量具體值并計算其與原整編值的相對誤差[4]，結果表明，年總流量誤差為-2.45%，在±3%的范圍；汛期總流量誤差最大值為-2.45%，在±3.5%的范圍；一次洪水總量誤差最大值為-5.10%，在±6%范圍內，符合《水文巡測規范》（SL 195-2015）對二類精度測站的相關要求，具體結果見表5。

表5 阿勒泰水文站各時段總量及誤差評定結果

由表5可知，阿勒泰水文站單值化綜合曲線檢驗結果符合單值化分析及規范要求，檢驗通過，采用原水位流量關系線推求阿勒泰水文站水量與單值化所推求年平均水量比值符合水量平衡分析結果。

4 結論

點繪阿勒泰水文站2005年～2015年的實測水位流量關系曲線及分析表明，綜合曲線均通過了符號檢驗、適線檢驗和偏離度檢驗，隨機不確定性及系統誤差均符合《水文巡測規范》（SL 195-2015）的相關要求，單值化綜合線所推求的水量與多年水量平衡分析結果合理。由于水位流量綜合線符合單值化分析和巡測相關規范誤差范圍，而且符號檢驗、適線檢驗和偏離度檢驗均通過，今后阿勒泰水文站全年流量測次按單一線布置，流量測驗次數保持在7～15次/年，就能滿足測站當年水位流量關系測驗以及各類水文要素推算的需要，同時，傳統水位流量測驗方式下的人力資源得到極大釋放，為中心流域檢測系統工作的開展提供了人員、技術保障。