金川峽（二）（二壩）水文站水文間測分析

王海峰

（甘肅省水利廳石羊河流域水資源利用中心，甘肅 武威 733000）

水文測驗為水資源開發、水資源評價、水污染防治、水生態保護和水功能區劃定提供了大量的量化依據，帶來了巨大的社會效益，但是目前我省水文測驗工作發展還相對滯后，傳統的水文測報方式已逐漸無法適應社會進步對水文測驗的需求，這就需要我們轉變傳統思維，思考利用有限水文測驗資源向社會提供更全面、客觀、有價值的水文服務。為此，加強水文監測方式轉變的探索研究，在不影響測驗精度的前提下，選擇更快捷、便利的水文測驗方式顯得意義重大。本文依據《水文巡測規范》，對金川峽（二）（二壩）進行間測分析論證。

1 概況

金川峽水文站始建于1958 年6 月，位于永昌縣北海子村九社，集水面積1992 km2，屬甘肅省武威水文站管轄。2016 年因上游水電站工程從金川峽站以上引水，斷面斷流，經水利部水文局批準，上遷1.4 km，更名為金川峽（二）水文站，新設金川峽（二）（二壩）水文站[1］，金川峽（二）（二壩）水文站位于永昌縣二壩引水渠城區段。金川峽（二）（二壩）水文站水量主要是東大河引水[2］。

2 資料合理性分析

甘肅省武威水文水資源勘測局曾于1988 年～1992 年和2006 年～2010 年對永昌縣二壩引水渠進行對比流量監測。因2005 年前后進行過渠道加固維修，斷面條件變化，現對2007 年～2010 年對比檢測水位流量成果資料和2016 年建站以來的實測水位流量成果資料進行綜合分析。采用測橋測量不同水位量級的流量共50 份，金川峽（二）（二壩）水文站2007 年以來系列資料無插補一致性、代表性好，均為人工駐測資料，可靠性高，三性檢查通過。多年資料均經過武威水文站資料整編，并刊印[3-4］。

每年高中低水各級測次分布情況見表1。

表1 各級水位測次分布

根據《水文巡測規范》“有5 年以上資料的水文站，經分析論證實測流量的水位變幅已控制歷年水位變幅80%以上[5］”，并符合有關條件規定者，可實現間測。本站擁有2007 年～2010 年和2016 年～2019 年共8 年資料，且實測流量的水位變幅已控制歷年水位變幅的82%，見表2。

表2 水位變幅分析

資料序列長度及資料精度均符合《水文巡測規范》要求，可以實行間測。

3 綜合關系線的確定

在保證水文資料的連續性、一致性、準確性、可靠性的前提下，我們以《水文巡測規范》《河流流量測驗規范》等為依據，對金川峽（二）（二壩）站水位流量關系進行率定分析。

利用2007 年～2010 年和2016 年～2019 年共計8 年的實測流量50 份作曲線分析，見圖1。

圖1 金川峽（二）(二壩)站歷年水位流量關系曲線

由圖1 可知，金川峽（二）（二壩）站水位流量關系曲線點據密集，完全呈帶狀同向分布，高水部分點據略少但趨勢相同無明顯偏離。擬合實測數據點建立水位-流量綜合曲線關系見表3。

表3 金川峽（二）(二壩)站水位-流量綜合關系線 單位：m3／s

4 誤差分析

根據《水文資料整編規范》要求，關系曲線為單一線、使用時間較長的臨時線和經單值化處理的單數值曲線，且測點在10 個以上，應對綜合關系線進行符號檢驗、適線檢驗、偏離數值檢驗，同時還應對歷年關系線與綜合線進行t（學生氏）檢驗。

（1）符號檢驗

符號檢驗是檢驗所定關系曲線兩側實測點據的數目是否處于平衡狀態，以確定曲線是否需要修改。根據樣本情況計算統計量u，其中：

式中：u 為統計量；n 為樣本總量，此處即測點數；k 為正負號個數，如為0 記為正負各半。

本次檢驗樣本容量50，其中正容量22.5，負容量27.5，統計結果0.57 小于臨界值1.15，符號檢驗通過，關系線兩側點據處于平衡狀態。

（2）適線檢驗

適線檢驗是對實測點與曲線間正負偏離值的排列情況的檢驗，如所定水位流量關系曲線是完全適中的平衡狀態，則符號變換的概率為0.5。根據樣本情況計算統計量u，其中：

式中：u 為統計量；n 為樣本總量，此處即測點數；k 為變換符號數， k＆lt;0.5（n-1）時做檢驗，否則不做此檢驗。

本次檢驗中k=27＆gt;0.5（n-1）=24.5，故不做此檢驗，說明實測點與曲線間正負偏離值排列均勻。

（3）偏離數值檢驗

偏離數值檢驗是檢測實測點與曲線間的平均偏離誤差值是否在合理范圍內，如不合理要對曲線進行修正。根據樣本情況計算統計量t，其中：

式中：t 為統計量；p 為平均相對偏離；Sp為P 的標準差；s為P的標準差；n為樣本總量，此處即測點數；pi為相對偏離值。

經上式計算得：統計量t 為0.12，小于臨界值1.67，偏離數值檢驗通過，偏離情況符合規范要求。符號檢驗、適線檢驗、偏離數值檢驗情況見表4。

表4 歷年水位流量綜合關系檢驗成果表

由表4 可知，三種檢驗均通過，系統誤差0.0 小于允許值2%，不確定度3.6%小于允許值（12%～14%），定線合理相對誤差滿足《水文巡測規范》規定，水位流量關系符合間測要求。

（4）t（學生氏）檢驗

t（學生氏）檢驗主要是檢驗現關系線與原關系線的差異，當t（學生氏）檢驗通過時認為原定曲線仍可使用。

分別用2010 年和2016 年～2019 年所定的關系曲線與歷年綜合曲線作學生氏t 假設檢驗，見表5。

表5 Z-Q 關系線t 檢驗統計表

由表5 可知，上述年份曲線與綜合曲線的兩組樣本均通過假設檢驗，屬于同一總體系列。

根據《水文巡測規范》（SL 195-2015）規定 “有5 年以上資料的水文站，經分析論證實測流量的水位變幅已控制歷年水位變幅80%以上”且“每年的水位流量關系曲線（或單值化線）與歷年綜合關系曲線之間的最大偏離，不超過規定的允許誤差范圍者，可實行停2～5 年測一年”，由表6、表7可知高中低水最大偏離均不超二類精度站誤差允許指標，水位符合間測要求。

表6 流量間測關系曲線偏離誤差統計 單位：%

表7 流量間測關系曲線偏離允許誤差指標 單位：%

推算2010 年和2016 年～2019 年徑流量，并將推算得到的各年份當年徑流量、汛期（5 月～9 月）徑流量與綜合線推求的對應年份徑流量做對比分析，見表8。

表8 徑流量誤差計算表

《水文巡測規范》（SL 195-2015）規定，三類精度站年徑流總量允許誤差為： 5%，現金川峽（二）（二壩）站各年誤差均小于1%，徑流量符合間測要求。

5 結論與建議

1）金川峽（二）（二壩）渠系現澆混凝土梯形斷面，水位流量關系呈穩定單一線，洪峰流量過程無需搶測。水位流量關系線確定及其精度符合《河流流量測驗規范》《水文巡測規范》和《水文資料整編規范》要求，符合間測條件。

2）金川峽（二）（二壩）水文站可實行間測，聚體間測方案為停5 年測1 年。停測年份每年監測不少于3 次，施測年份每年7～15 次。

3）本次流量率定水位變幅范圍為18.33 m～19.04 m，以后若超過此變幅范圍時，隨時加測流量，以確保水量的精度，若發現精度超界，恢復傳統測驗。