用水文比拟法推求相邻中小河流测站年径流量

朱小荣，黄锦鑫，王朝辉

（长江中游水文水资源勘测局，武汉430012）

1 基本慨况

1.1 问题的提出

在涉水工程的规划设计、建设和洪水预报以及水文调查、水文查勘等领域中，往往需要收集某流域河流的径流量等相关水文数据，特别是年径流量和最大流量等水文特征值。然而一些中小河流由于各种原因却没有纳入国家水文基本站网，缺少降水量、流量等水文资料，或即使设有水文站但由于设立时间不长，水文资料系列较短，因此，也就不可能独立建立起洪水预报模型，做出实时的洪水预报方案。

如果中小河流或中小水库一旦遭遇洪水，要进行准确的洪水预报就非常困难，使防汛工作变得被动，以致延误防汛抢险的最佳时机。本文以陆水流域中小河流的毛家桥（二）站和白霓桥（二）站为例，通过水文比拟法来探求白霓桥（二）站实现流量间测的可能性，以求达到流量实行间测的目的。将已有的实测降雨径流资料用水文比拟法进行径流量探讨。

1.2 测站分布

陆水流域是长江中游干流段支流的一个山溪性中小流域，它位于鄂东南主要暴雨区内，流域面积3 950km2，年平均降雨量为1 600mm，年径流量29×108m3。陆水水文水资源勘测队的所有测站全部分布在此流域内，陆水河系长江南岸陆水流域的一条一级支流，属典型的山溪性中小型流域河流。

毛家桥（二）站和白霓桥（二）站位于陆水流域陆水河的陆水水库上游，是陆水河支流的两个相邻测站，每逢暴雨即产生较大洪水，且峰高量大，陡涨陡落，洪峰遇见期仅为6h左右，一旦遇到汛期，防汛测报工作非常紧张。

1.3 测站概况

毛家桥（二）站和白霓桥（二）站是国家基本控制站，也是陆水水库支流控制站，地处鄂东南山区，其流域面积分别为364km2和215km2。两站均属典型的山溪性小河测站，来水主要为断面上游降水量。毛家桥（二）站为高堤河的控制站，白霓桥（二）站为大市河的控制站。高堤河与大市河汇合后约流经3km入陆水水库，在出口下游34km有陆水水库水利枢纽控制。当陆水水库水位较高时对两站的水位流量关系有顶托影响，主要影响部分一般在水位57m以上的水位级，在不受顶托影响时水位流量为单一的水位流量关系。

1.4 测验情况

两站建于上世纪60年代初期，其主要任务是为陆水水利枢纽运行、调度服务和为国家收集基本的水文资料以及地方防汛抗旱提供水文信息。经过几十年的努力，水位经历了人工－－日记式模拟自记—长期模拟自记等过程，于2002年7月初开始采用由长江中游局生产的带遥测功能的YMH－2型水位固存仪和长江委水文局生产的YAC9900型水位固存自记仪，通过使用初期的运行比测，两种型号仪器的误差均在规范允许范围，因此所收集的水位是准确可靠的，所以一直使用至今。

流量的测验方法根据测站任务书要求，一般采用水文缆道流速仪法施测，低水时期在临时断面或本断面采用流速仪法涉水施测，当缆道失去控制无法采用流速仪法施测时，在断面上下游设立的浮标上下断面和浮标中断面采用浮标法施测，流量的测验方法满足规范要求。

降水量测量采用长江委水文局生产的YAC9900型翻斗式雨量存储自记仪和长江中游局生产的YMH－2型雨量自记仪两种仪器，经过测站多年的比测资料分析证明所收集的降水量资料准确可靠。

2 径流量相关分析

2.1 适用条件

根据水文比拟法相关文献，公式为：X＝X参证×（F／F参）n，洪峰流量和洪水总量的n值不同，洪峰流量的n值的取值范围为0.67～0.7，洪量为1。不过水文比拟法有自己的适用条件，设计处X与参证处X参证流域面积差值一般在5%～30%之间，且两者下垫面相似，如果降雨有区别，还需要做降雨修正。

毛家桥（二）站和白霓桥（二）站其流域面积分别为364km2和215km2，设计处与参证处流域面积差值为25.7%，在5%～30%之间，符合条件，两站是陆水河支流的两个相邻测站，都是山溪性河流，植被相同，下垫面基本一致，且两站的小流域内均设有雨量站供必要时作为降雨修正之用，因此符合水文比拟法的相关条件。

2.2 分析目的

本文收集了毛家桥（二）站和白霓桥（二）站1996～2011年共16年的每月径流量和年径流量系列资料作为水文比拟法的样本进行分析。

在分析时我们以白霓桥（二）站作为设计处，毛家桥（二）站为参证处。因为毛家桥（二）站河床比较稳定，测验条件较好，经过前几年的分析，误差均在《水文巡测规范》允许以内，报请长江委技术部门批准同意后，已经在2009年实行了流量间测，即测一年检测一年，这样就大大减轻了测验人员的劳动强度，减少了测站测验成本，同时也提高了该站的成果质量。而白霓桥（二）站由于河床不稳定及人类活动频繁等因素影响，流量间测一直无法实现，因此试图通过水文比拟法进行分析来探求该站实现流量间测的可能性，以求达到流量实行间测的目的。

2.3 分析方法一

将毛家桥（二）站和白霓桥（二）站1996～2011年共16年的每月径流量和年径流量系列资料用水文比拟法的面积比来分析计算白霓桥（二）站的径流量，再推算误差，即用公式X用＝（F用／F参）X参，其中X用为白霓桥（二）站径流量，X参为毛家桥（二）站径流量，F用为白霓桥（二）站流域面积，F参为毛家桥（二）站流域面积（以下同），相对误差见表1。

表1的结果表明，不管是月误差还是年误差都比较大，远远超出了水文规定的允许范围，因此不能应用，必须采用其他方法，加以改善。

2.4 分析方法二

由于分析方法一的年径流量误差超出了水文规定的允许范围，因此就必须对公式X用＝（F用／F参）X参进行改进.为此我们引进一个参数n值进行修正，即公式X用＝（F用／F参）nX参，根据水文比拟法的适用条件，n值应为0.67～0.7，不妨将n值设定为0.67，再进行计算，相对误差见表2。

从表2的误差来看，此方法比方法一有很大的改善，尤其是年误差，小于15%的年误差达到62.5%，还是超出了水文规范允许范围，也不能使用。

2.5 分析方法三

由于方法二仍然超出了水文规范允许范围要求不能使用，因此还要对公式做进一步的改进和修正，为此引进了降水量作为参证，即公式为X用＝（F用／F参）n（P用雨／P参雨）X参，其中P用雨为白霓桥（二）站流域面降水量，P参雨为毛家桥（二）站流域面降水量，然后再计算其误差，相对误差见表3。

由表3可知，仅有2007年的误差大于15%，达到17.3%，超出规范的允许范围，其余年份的误差均小于15%，合格率达到85.7%，满足水文规范误差允许的分析要求，可以使用。

表1 方法一计算出的相对误差表 单位：%

表2 方法二计算出的相对误差表 单位：%

表3 方法三计算出的相对误差表 单位：%

3 误差分析

（1）由于两站均属山溪性小型河流，流量相对比较小，因此，径流量小，年径流量也小，基数小，年径流量相对误差就大。

（2）地理环境的影响。虽然两个站相隔很近，是相邻的两个测站，但下垫面不可能做到完全一致，这样就造成了年际间的径流量误差偏大。

（3）人类活动的影响，两站的上游均不同程度的修建了一定的山塘水库，水量有一定的截留，加上两站上游人口用水等情况也不一定相同，也会造成误差偏大。

（4）水利工程影响。白霓桥（二）站2005年春季开始在其断面下游320m处修建公路桥筑围堰，修建过程长达2年，至2007年春季结束（从2007年3月才稳定），对误差也影响较大。

4 结 语

用水文比拟法对毛家桥（二）站和白霓桥（二）站的水文资料分析探讨，我们认为，用水文比拟法可以对相邻中小河流测站需要流量实行间测的测站进行分析，以求达到实现流量间测的目的。同时证明了在涉水工程的规划、设计、建设和洪水预报以及水文调查、水文查勘和水文实行间测应用中是可行的。这种方法也可以在由于各种原因却没有纳入国家水文基本站网，缺少降水量、流量等水文资料的其他一些中小河流测站使用，也可应用到设有水文站但设立时间不长，水文资料系列较短需要延长的测站洪水预报当中。

［1］彭艳明.水文测站年际间流量间测可行性分析［J］.长江工程职业技术学院学报，2010，（4）.