富樂水文站綜合水位流量關系單值化分析研究

沈淑云，張奕非

（柳州水文中心，廣西 柳州 545007）

1 流域概況

融江是柳江流域的中游河段，柳江是珠江流域西江水系的一級支流，發(fā)源于貴州省獨山縣更頂山，河長773 km，集水面積58 398 km2，浪溪河是融江左岸支流，因河床陡，灘多水急浪大而得名。發(fā)源于融安縣板欖鎮(zhèn)東嶺村的翁古頂，西南流經融安縣內的板欖、大將、長安等鄉(xiāng)鎮(zhèn)，在長安鎮(zhèn)江口村匯入融江。干流河長108 km，流域面積1268 km2。流域內雅瑤河、板欖河、黃金河、莆上河等支流縱橫交錯，樹林、竹林繁茂，森林覆蓋率達25%以上。

浪溪河流域屬桂北暴雨區(qū)，洪水災害時有發(fā)生，每年4～8 月間，受靜止鋒、低槽、低渦、切變線等天氣系統(tǒng)的影響，流域內暴雨頻繁，強度大，洪水具有暴漲暴落的山區(qū)河流特性，因此建立綜合水位流量關系曲線，在洪水期間根據(jù)觀測水位快速提供水文站流速儀測流斷面的流量，為中小河流洪水的預警預報提供重要的科學依據(jù)。

2 測站基本情況

富樂水文站位于廣西壯族自治區(qū)柳州市融安縣大將鄉(xiāng)富樂村，集水面積623 km2，1958年設立于浪溪河河段左岸，屬國家基本水文測站，為二類精度站。水文站是珠江流域西江水系浪溪河控制站及省級重點報汛站，流域內有東嶺、里當、大將、龍納、中村、叭河、沙木田、板欖、車平、蘇田、雅瑤、龍骨、同仕等雨量站和板欖、雅瑤、大將、泗香水位站。富樂水文站測驗河段順直，主流出現(xiàn)在100～120 m處，兩岸有竹林護岸，河床由沙卵石及沙土組成，斷面較穩(wěn)定，主要測驗項目有：水位、流量、降水量、蒸發(fā)量、水質等。富樂水文站實測大斷面圖見圖1。

圖1 富樂水文站實測大斷面圖

3 富樂水文站單值化分析研究

3.1 關系曲線的原理

對于測站控制良好，各級水位流量關系穩(wěn)定的測站。可根據(jù)曼寧公式，分析研究水位和流量之間存在的相關關系。通過其相關關系分析計算，繪制關系曲線，為水文資料和洪水預警預報提供重要依據(jù)。

根據(jù)曼寧公式：

式中：Q為流量，m3/s；A為斷面面積，m2；n為河床糙率；R為水力半徑，m，一般用平均水深代替；S為水面比降。

當河流斷面穩(wěn)定，某水位下n、S為常數(shù)，R、A為水位Z的單值函數(shù)。因此流量與水位成單值函數(shù)關系，即Q=f（Z）。

3.2 單值化分析依據(jù)

根據(jù)《水文巡測規(guī)范》（SL195-2015），進行單值化分析的資料，應符合有5 a以上連續(xù)的資料系列，并宜包括豐、中、枯水年和不同水情資料，在各水位級內用于計算誤差的樣本不少于30個；若高水資料樣本數(shù)不足30 個，但高、中水位級之間資料連續(xù)平緩變化的，可把高、中水合并統(tǒng)計。

富樂站設站以來均采用流速儀根據(jù)《河流流量測驗規(guī)范》（GB50179-2015）進行流量測驗，測驗精度較高，水位流量關系線穩(wěn)定，歷年水位流量關系呈單一曲線。高、中水位級之間資料連續(xù)平緩變化，因此，本站把高、中水位級合并統(tǒng)計。

富樂水文站2008-2017年共有386個實測流量樣本，其中高、中水位實測流量144 個樣本，低水實測流量242個樣本，滿足上述的分析條件要求，可以用來對富樂水文站進行水位流量單值化分析。

4 選用資料分析

根據(jù)《水文巡測規(guī)范》（SL195-2015）的要求，選用富樂站2008-2017年共10 a的資料系列進行流量單值化分析。資料情況統(tǒng)計表見表1。

年份2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017流量測次49 55 46 35 32 38 31 34 32 34最高水位/m 156.28 156.86 156.59 155.50 154.77 156.79 156.77 156.70 157.79 156.68最低水位/m 152.52 152.54 152.57 152.58 152.57 152.52 152.50 152.55 152.51 152.51水位變幅/m 3.76 4.32 4.02 2.92 2.20 4.27 4.27 4.15 5.28 4.17最大流量（m3/s）640 780 774 450 269 826 770 739 1080 740最小流量/（m3/s）1.27 1.56 3.24 3.02 3.04 2.00 2.20 2.44 2.12 2.12關系曲線數(shù)1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

本次分析選用的資料系列為同一基本斷面，其水文測驗、資料整編均按照《河流流量測驗規(guī)范》（GB50179—2015）及《水文資料整編規(guī)范》（SL247—2012）的技術規(guī)范要求進行，資料成果均通過自治區(qū)水文中心復審驗收，資料成果真實可靠。在選用的10 a資料系列中各年水位流量關系均為單一線，該10 a 資料包含豐、平、枯水年份，測驗河段順直，河床由沙卵石及沙土組成，測驗斷面多年來基本保持穩(wěn)定，近10 a 人類活動對水文測驗影響不大，說明選用的資料具有較好的完整性、可靠性、一致性。

5 水位流量關系曲線誤差分析

5.1 歷年綜合關系線繪制

2008—2017 年共有386 個實測流量測次，將歷年實測的386個流量測次關系點繪在同一張圖上進行綜合分析，富樂站歷年水位流量綜合曲線見圖2。

圖2 富樂站綜合水位流量關系曲線

從圖2可以看出，富樂站歷年水位流量關系點子趨勢呈帶狀分布，通過點群中心定出一條綜合水位流量曲線，并根據(jù)確定的綜合關系曲線編制歷年綜合水位流量關系曲線表。各實測流量測次與歷年綜合曲線間的定線誤差應符合《水文巡測規(guī)范》（SL195-2015）要求，符合單一線定線標準，并對綜合曲線進行標準差統(tǒng)計和3 種檢驗。經檢驗，檢驗成果均合格，說明分析成果符合有關技術規(guī)范要求。富樂站綜合水位流量關系曲線檢驗計算成果表見表2。

項目符號檢驗適線檢驗偏離數(shù)值檢驗標準差/%隨機不確定度/%系統(tǒng)誤差/%計算值u=0.99 U=0.73|t|=0.40 Se=5.9 11.8 0.1允許值1.15（顯著性水平a=0.25）1.28（顯著性水平a=0.05）1.04（顯著性水平a=0.10）結果合格合格合格14.0±2合格合格

5.2 綜合水位流量關系曲線的合理性檢查

將歷年確定的水位流量關系曲線與分析確定的綜合水位流量關系曲線分別推求出各年的年徑流量、汛期總量、一次洪水總量，其誤差統(tǒng)計成果見表3，從表3可以看出各項誤差指標均符合《水文巡測規(guī)范》（SL195-2015）允許范圍內，說明歷年綜合水位流量關系曲線是合理的，能滿足推流要求。

項目年徑流量汛期總量一次洪水總量相對誤差范圍/%1.81～-2.55 1.83～-2.65 2.85～-3.43允許誤差/%±3±3.5±6結果合格合格合格

富樂站為二類精度水文站，按二類精度水文站的偏離允許指標執(zhí)行，按測報任務書高、中、低水的劃分計算各年關系曲線與綜合關系曲線不同水位級之間的最大偏離誤差，各年與綜合關系曲線最大偏離值統(tǒng)計情況見表4。

年份最大偏離值/%高水（156.50 m）以上偏離允許誤差/%2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2.6 5.0 1.0 2.3-2.9 1.6中水（156.50～153.50）m-4.6-3.7-6.6-4.6 5.2-3.9 7.0 8.0 8.0 8.0低水（153.50 m以下）6.7-9.2-12.0-9.7-9.2-6.2 3.2 7.5 5.7 5.7高水5.0,中水8.0,低水12.0

從表4 看出，各年高水、中水、低水最大偏離值均在《水文巡測規(guī)范》（SL195-2015）誤差允許范圍內，可實行間測，采用綜合水位流量關系曲線推求流量。

6 結語

本次單值化分析，采用富樂站2008-2017 年實測流量資料進行分析，各項精度指標均符合《水文巡測規(guī)范》（SL195-2015）允許誤差范圍內的技術要求標準，說明該分析方法合理可靠，富樂站滿足《水文巡測規(guī)范》（SL195-2015）的巡測、停測、間測技術要求，富樂站流量測驗可執(zhí)行測1 年停5 年的間測模式。停測期間可以采用歷年綜合水位流量關系曲線推求流量。

富樂站2008-2017 年中、高水實測流量測次較少，僅有144個樣本，今后該站在出現(xiàn)中高水以上的洪水時，應按《河流流量測驗規(guī)范》（GB50179-2015）及時恢復流量測驗，收集中、高洪水水位流量實測資料，為修正綜合水位流量關系曲線提供更高質量的流量樣本，使該站的綜合水位流量關系曲線更加合理。采用綜合水位流量關系曲線推流，達到完整、準確收集水文資料并實行流量間測的目的，將有限的人力資源、技術資源集中起來，提高工作效率，為社會提供更加優(yōu)質的服務。