臨滄市流量站網布局分析

李增國，張字瑞，普曉磊，段路松

(云南省水文水資源局臨滄分局，云南 臨滄 677000)

1 概述

臨滄市位于云南省西南部，國土面積24469km2，分屬瀾滄江和怒江兩大流域，全市流域面積大于3000km2的河流有瀾滄江、怒江、南汀河、黑惠江、勐波羅河、南碧河共6條，除南汀河外均為過境界河，200～3000km2的河流有33條[1- 3]。

境內共布設21個水文站、12個水位站，界河上在保山市和大理州設立3個水文站，河流水系及水文(位)站點分布如圖1所示。臨滄流量站網承擔著區域水文規律探索、防汛抗旱、水資源管理和工程建設服務等職能，隨著新時期治水思路的踐行，又增加了生態文明建設、服務河長制等新的職能，因此對現有流量站網布局進行分析評價，為建設布局合理的流量站網提供依據[4- 6]。

天然河道流量站按集水面積及作用可分為大河干流控制站、區域代表站及小河站[7]。我國自20世紀50年代起就借鑒蘇聯經驗，以直線原則布設大河干流控制站、以區域代表性原則布設區域代表站、以站群原則布設小河站。20世紀70年代起取消站群原則，改用分區、分類、分級原則布設小河站。20世紀80年代對直線原則改進補充后，按一定保證率，用遞變率原則和內插精度原則確定大河控制站布站數目的上下限[8]。本文從各類站點設站數量、站點空間分布和站網密度3個方面對流量站網布設情況進行評價。其各類站點的數量根據要求用相關資料計算布站上下限，站點空間分布主要根據河流分布和服務需求進行評價，站網密度主要參考世界氣象組織有關“容許最稀站網”的指標進行評價[9- 10]。

2 流量站網規劃布局分析評價方法

2.1 大河干流控制設站數計算方法

大河干流相鄰2個測站徑流特征值的變化應不小于一定遞變率，以便能按相應保證率將特征值的變化與測驗誤差區分，其布站數上限的計算公式見式(1)。為控制大河站徑流特征值沿程的變化，按相應允許誤差內插出區間內各點的徑流特征值，其布站間距不應過長，設站數量不宜過少，其設站數下限計算公式見式(2)[7，11- 13]。

n

(1)

(2)

式中，n—設站數；Q1，Qn—干流最上游至最下游2個測站的徑流特征值；L—河段全長，km；Cv—年平均流量系列變差系數；ε—允許內插相對誤差；L0—相關半徑，km；λ—徑流特征值的遞變率。

(3)

式中，ΔL—2個相關點之間的距離，km；r—相關系數。

圖1 臨滄市河流水系及水文(位)站點分布

(4)

式中，P0—相鄰2個測站流量變差為一倍測驗誤差時，誤差成為測驗誤差的概率，P0=0.5；P1—相鄰2個測站間的徑流變差；η—測驗的誤差；η、P1取值范圍見表1[13]。

表1 參數η、P1取值范圍

2.2 區域代表站設站數計算方法

區域代表站根據區域原則可用篩選法、遞變率-內插精度法、梯度-相關準則法等計算布站數的上下限，本文選用遞變率-內插精度法計算轄區內區域代表站的設站上下限。

在一個水文分區內，沿徑流變化的梯度方向，任何相鄰2個水文站所控制流域中心的年徑流深間應有一定的遞變率，才會使流域面積引起的徑流差異與徑流測驗誤差相區分。因此布站不應過密、布設的站點數不能過多，以此來分析需布設流量站點的數量上限，計算公式見式(5)。假設各個水文站的流域中心構成邊長為常數的等邊三角形網絡，要使任意的三角形中心所內插徑流誤差在相應的允許誤差內，就需布站間距不能太大，布設站點數不能太少，從而確定布設數下限，其計算公式見式(6)[1，11- 13]。

n

(5)

(6)

式中，Rm，Rn—分區水文特征等值線最大值和最小值；L—等值線Rm和Rn間距的平均值，km；F—分區面積，km2；—單站的控制面積，km2；τ0—相關半徑L0的經驗常數，用ρ和L建立相關擬合來推求；ρ—相關系數r的函數，L的超越函數；其余符號同前。

(7)

(8)

3 設站上下限目標數計算

3.1 分析計算資料收集與整理

3.1.1南汀河流域概況及干流控制站資料整理

南汀河為中緬國際河流，境內流域面積8245km2，占臨滄市國土面積的34%，以南汀河為代表分析干流控制站設站上下限目標數。

南汀河干流自上而下設有大文、姑老河、大灣江3個國家基本水文站。根據同期實測徑流資料建立上下游相關關系[14- 15]，將大灣江水文站徑流資料插補延長至1964年，插補后3站資料系列長度達55a，已具有代表性；南汀河流域無較大水利工程，資料系列一致、合理可靠。依據年徑流系列資料，用數學期望公式計算經驗頻率，矩法初估統計參數均值和Cv值，取Cs=2Cv，以P- Ⅲ型曲線為線型，用目估適線法確定統計參數[15- 17]，各站年徑流量及有關統計參數見表2。

表2 南汀河干流各水文站年徑流參數統計

3.1.2區域代表站資料整理

轄區內的甸頭、勐省、太平關、永康4個區域代表站徑流資料超過30a，資料系列一致，具有代表性，合理可靠；通過計算得甸頭、勐省、太平關、永康的Cv值分別為0.24、0.24、0.26、0.28。

3.2 設站目標數計算

3.2.1南汀河干流控制站設站目標數計算

根據表1對困難地區η、P1進行取值，P1取0.10，η取0.15，P0為0.5，得λ為0.498。

根據表2中的統計參數，按式(1)推求出南汀河大文至大灣江站之間的布站數上限8站。

根據年徑流系列資料，建立年徑流相關得各站間相關系數，依據各站斷面位置在五萬分之一地形圖上量出測站間河段長，成果見表3。

表3 南汀河各站年徑流相關系數與河段長關系

圖2 南汀河流域rij-Lij相關圖

3.2.2區域代表站設站目標數計算

根據《云南省水文站網功能評價報告》(2008年11月)，將臨滄市劃為瀾滄江中段怒江下段區[18]。以云南省1956—2000年多年平均徑流深等值線圖為基礎地圖，依據等值線走向量算最大值Rm與最小值Rn之間的法線平均距離。根據式(5)計算得區域代表站設站目標數上限為89站，計算參數及成果見表4。

根據各區域代表站流域中心點，量算各站流域中心的間距(L)。用各區域代表站同步實測年徑流系列資料建立站與站之間的相關系數(r)，根據式(8)計算ρ值，成果見表5。

表4 區域代表站最大設站目標計算成果

表5 瀾滄江中段和怒江下段區域代表站徑流相關統計

圖3 瀾滄江中段和怒江下段區域代表站ρ-L相關圖

Cv取用各站的平均值，ε取用0.08[7]，由式(6)計算得到區域代表站設站下限為13站，計算參數及成果見表6。

表6 區域代表站設站下限目標數計算成果

4 流量站網規劃布局分析評價

4.1 各類流量站點設站數量分析評價

根據分析結果，南汀河干流最少應布設4個流量控制站，近期已在中游增設了河底崗水文站，流量站點數滿足設站下限要求。

通過分析計算，區域代表站設站下限為13站，目前已有14個區域代表站，滿足設站下限要求。

小河站主要為收集小面積暴雨洪水資料而布設，臨滄市各中小流域水汽來源相同，洪水由暴雨產生，暴雨洪水特性基本一致，下墊面條件基本相似，為同一水文分區，故本文主要從面積分級方面分析評價小河站布設。經統計，轄區內10km2以下有大雪山站、10～20km2有烏木龍站、20～50km2有勐董站、50～100km2有勐捧和哨山站、100～200km2的有西河和鳳慶站，各面積級均有流量站點或長系列暴雨洪水資料，小河站數量滿足要求。

4.2 站網密度評價

目前，轄區內各類流量站點共有24個(含保山市和大理州在界河上設立的3個站)，流量站網單站控制面積為1020km2/站，比世界氣象組織“容許最稀站網”最大單站控制面積1000km2/站稍大，需新設流量站點增大流量站網密度。

4.3 流量站點平面布設分析評價

全市39條200km2以上河流中，有18條屬跨市、縣界的河流，目前已在13條界河上布設了18個流量站、在縣內河流上布設了6個流量站，各流量站根據功能需求布設于各河流不同位置，布局基本合理。目前，仍有5條界河無流量站控制，其中3條河流有降水徑流特性相似的流量站，無需增設流量站，另外2條從服務需求考慮應增設流量站。其中：南滾河屬中緬國際界河，出境處流域面積1666km2，為臨滄市市級河長管理的河流，流域內植被覆蓋率高，為國家級自然保護區，人類活動影響小，且流域位于西南暖濕氣流從孟加拉灣向內陸輸送水汽的前沿地帶，降水量充沛，為臨滄境內產水高值區，下墊面條件和降水徑流特性與已有測站控制區域差別較大；鳳慶縣瀾滄江北部的小黑河為州市界河—黑惠江支流，小黑河位于臨滄最北部，受瀾滄江峽谷阻隔，現有流量站的流域水汽條件和下墊面與小黑河流域差異較大，屬水文監測空白區，難以準確評價、計算該區域的水資源量。從區域水文規律探索、水資源管理、生態文明建設和河長制服務需求考慮，應在南滾河和小黑河布設2個區域代表站。

5 結論與建議

(1)結論。現有的大河干流控制站、區域代表站和小河站滿足設站下限要求；現有流量站網密度1020km2/站，增加2個區域代表站后，站網密度979km2/站，可達到世界氣象組織“容許最稀”站網密度要求；從水資源管理、生態文明建設和河長制服務功能需求分析，現有流量站網不能滿足要求。

(2)建議。根據新時期水資源管理、生態文明建設和河長制服務功能需求，建議在小黑河和南滾河上增設區域代表站；隨著經濟社會的發展，不同時期承擔的職能會有所變化，特別是人類活動影響日益頻繁，建議及時根據實際情況對流量站網布設進行分析評價。