金沙江魯地拉水文站單值化探討

李昌隆，勾晶晶

（長江水利委員會水文局長江上游水文水資源勘測局攀枝花分局,四川 攀枝花 617000）

1 金沙江魯地拉水文站特性

金沙江魯地拉水文站于2016 年05 月9 日開工,2017 年05 月30 日完工,2017 年06 月21 日通過完工驗收并投入試運行。金沙江魯地拉水文站距賓川縣縣城公路里程95 km,距大理市公路里程160 km,距昆明市公路里415 km。魯地拉水文站位于魯地拉電站下游約2 km 右岸,距離觀音巖水電站約96 km。測驗河段無串溝、回水、死水情況；兩岸為護坡,河床為卵石夾沙組成,斷面較穩定；兩岸無灘地、無植被；基本水尺斷面上游約2 km 有魯地拉水電站,區間無支流匯入,水位經常受閘門啟閉影響而產生突變。斷面上游約240 m 左右有行車鐵索橋一座,斷面上游約200 m 處在低水時有分流情況,在斷面上游約120 m 處匯合。魯地拉水文站距長江河口3884 km,控制集水面積247346 km2。測站為流量測驗精度三類水文站。

2 金沙江魯地拉水文站水位流量關系簡介

2.1 水位流量關系定義

河渠中某斷面的流量與其水位之間的呈現何種關系。這項關系要根據當地的不同水流情況的多次實測流量和其 相應的水位來確定,通常用水工頂線、多年經驗曲線、經驗方程或表格等形式表達。它是由各種水力因素（如水面寬、斷面面積、水力比降、糙率等）決定的[1]。

2.2 金沙江魯地拉水文站測流方法

采用流速儀法測流,按照國家現行規范、規程及批復的測驗方案開展測流工作。流速儀測流方法利用面積乘以平均流速法,即用各種測深方法測出若干部分面積,再用流速儀測出垂直于過水斷面的平均流速,然后乘以部分過水面積,求得部分流量,再計算其總和得出斷面流量。國內以機械型轉子式流速儀為主,還有部分分旋槳式流速儀和旋杯式流速儀,它們采用不同安裝方式,適用于不同流速環境,運行方式為水文纜道式。

2.3 研究金沙江魯地拉水文站水位流量關系單值化的背景

金沙江魯地拉水文站水位流量關系見圖1。電站陸續建成發電。天然河道已經沒有,測站在電站壩下和庫尾。測站水位流量等關系全由電站控制。

圖1 金沙江魯地拉水文站水位流量要素

測站水位變化頻繁,一天有1～2 個漲落過程,測站流量測次多,用連時序法定線困難。

2.4 魯地拉水文站水位流量關系現狀

2018 年～2020 年每年實測流量點子個數基本都在100 次以上,工作量巨大,長期耗費大量人力物力,水位流量關系不能夠很好得到解決。連時序法測流定線對測點布控有著嚴格的要求,不然就會造成定線的任意性變大,所以我們就要深入研究探討一種新的推流方式：定線方式落差指數法推流。而且其他相同影響的水文站都在用,如宜昌站[2],監理（二）站。

3 落差指數法介紹

3.1 落差指數法定義

落差指數法是以落差法為基礎,通過優選落差指數β,并建立水位與流量同落差β次方之比的關系曲線來推求流量。根據《水文資料整編規范》（SL/T 247-2020）[3]（以下簡稱《規范》）,6.4.12 規定,該法適用于斷面基本穩定變化不大,落差具有代表性,受電站變動回水或受水電站變動回水及電站泄洪引起的洪水漲落綜合影響的測站。近年來,魯地拉水文站受上、下游水電站樞紐工程及洪水漲落等多種因素影響,水位流量關系紊亂,目前采用連時序法推流,需要較多流量測次,尤其是不能滿足水文情報預報的及時性。為提高測報精度、解放生產力、提高工作效率、減少成本支出,本文選用近年來魯地拉水文站具有代表性的水位流量資料,采用落差指數法 進行單值化分析,建立流量推求模型,實時、準確地推求金沙江魯地拉水文站流量變化過程。

3.2 現行水文資料整編規范

一種方法是否滿足要求,就要看其是否滿足行業規范要求,根據《水文資料整編規范》（SL/T 247-2020）[3],條款5.3.2中流速面積法水位流量關系定線及允許合并定線精度指標應符合下列要求：

采用單一曲線法或水力因素法定線時,流速儀法測流定線精度應符合表1 的規定。

表1 水位流量關系定線精度指標表

4 魯地拉水文站落差指數法具體方法

1）通過水文纜道流速儀測流方式收集金沙江魯地拉水文站水位流量測點。

2）通過南方資料整編軟件收集金沙江魯地拉水文站整編水位（z0g 文件）。

3）通過魯地拉水電站水文預報集控中心收集下游落差站點觀音巖水電站壩上水位。

4）根據金沙江魯地拉水文實測站流量平均時間和z0g 文件的整編水位時間,把觀音巖壩上水位（輔助站）通過函數查找方式一一插補出來。再根據兩站水位落差確定需要在落差基礎上加上一個定落差（每年根據水位情況具體定值）,確保全年兩站水位計算落差不能為0。

5）金沙江魯地拉水文站2021 年與2022 年兩年落差指數法數據分析。

5 金沙江魯地拉水文站2021 年、2022 年數據全面分析

通過大量的表格函數分析用試算法求得合適的指數和系數的取值范圍。

假設相同水位不同落差的流量符合下列公式：

式中：Q1、Q2分別為相同水位不同落差的流量,ΔH1、ΔH2分別為與Q1、Q2相應的落差,m；β為落差指數；q 為流量與落差β次方之比（或稱校正流量因數）。

優選落差指數β值：β值的可變化范圍為0.2～0.8,在此區間內可采用大量試錯法或優選法以定出的H～q 關系曲線,通過南方整編軟件做出適線檢驗、符號檢驗、反曲檢查且不確定度最小值的β為最優β值。

確定H～q 關系曲線：根據優選的β值所定的H～q 關系曲線,定線精度符合《水文資料整編規范》（SL/T 247-2020）[3]單一曲線的定線精度要求,即為推求流量采用的最佳曲線。

根據落差輔助站的水位過程計算的落差ΔH 和優選的β值,用魯地拉水文站水位推得q 值,與相應的ΔHβ的乘積即為推求的流量Q推。

6 金沙江魯地拉水文站2021 年、2022 年落差指數法檢驗

2021年通過長江水文局的南方資料整編軟件檢驗見表2。

表2 金沙江魯地拉站水位～校正因素關系曲線檢驗計算表

從表2 可知,系統誤差0.2%＜2%,標準差6.1%＜12%。滿足三類精度水文站水力因素法水位流量定線精度要求。推求本站整編流量：根據落輔助站的水位過程計算的落差ΔH 求得最佳β值及系數。用魯地拉水文站水位在線上查得推得q值。q×ΔZβ×系數=推求的本站流量。2022 年通過長江水文局的南方資料整編軟件檢驗見表3。

表3 金沙江魯地拉站水位～校正因素關系曲線檢驗計算表

從表3 可知,系統誤差-0.6%＜2%,標準差6.5%＜12%。滿足三類精度水文站水力因素法水位流量定線精度要求。推求本站整編流量：根據落輔助站的水位過程計算的落差ΔH求得最佳β值及系數。用魯地拉水文站水位在線上查得推得q 值。q×ΔZβ×系數=推求的本站流量。

7 結論

落差指數法適用于魯地拉水文站用于推求水位流量關系,滿足日平均流量的推算,可以節省大量的人力物力,有效地提高水文站工作效率,建議每年適時調整參數,及時對照上下游流量,與電站出庫流量做對比分析。通過上文的分析可知,水位～流量關系非常復雜,會受到諸多因素的影響。結合實際水位和流量的資料,通過綜合試錯法確定落差指數關系開展水位～流量關系單值化分析,并最終確定了關系參數,分析結果能夠滿足相關規范要求,可為類似分析提供一定的借鑒。