浅谈Q-A 法在石板坪站的应用

蒲冬祥，黄艳华，聂池祥，王 毅

（湖北省恩施州水文水资源勘测局，湖北 恩施 445000）

1 基本情况

1.1 测站概况

石板坪水文站地处长江三峡北岸一级支流沿渡河(神龙溪)上游，位于巴东县沿渡河镇石板坪村，测站控制面积466 km2，为省级重点站、三峡水利枢纽入库站，是二类精度站。观测项目有水位、流量、降水、比降、水质。

该站始建于1960年3月，后因兴建三峡水利枢纽工程，原站址位于淹没区内，于1997年1月上迁7 km至石板坪，将原“沿渡河水文站”改名为“石板坪水文站”，现管理万福河水位站、堆子等22个雨量站，承担着向国家防总、省防总、长江委、三峡水库、州防办等的报汛任务。为当地政府防汛抗旱、水资源开发利用及三峡水库调度等社会经济建设服务。

1.2 测验河段情况

测验河道顺直，下游约150 m处有一弯道控制，上游有水电站，水位经常受发电影响而产生突变。测验河段左岸为浆砌保坎，主河槽由粗砂卵石组成，右岸为林地。由于流域内山高坡陡，河流湍急，致使测验断面冲淤影响非常明显，自建站以来，基本水尺断面兼流速仪测流断面主河床已下切1 m有余。根据石板坪水文站实测河道纵断面对比分析，河道纵向演变较大，冲淤变化明显，通过对石板坪水文站历年实测横断面对比分析，断面面积年际变化不大，总趋势河床在逐年变低、冲大于淤。从每次洪水前后断面对比分析，断面冲淤变化在±3%以内，河道断面基本稳定。

2 整编方法及资料选用

2.1 整编方法

本站洪水主要受上游暴雨影响，为典型陡涨陡落的山区性河流，水位流量关系曲线主要受水位涨落因素和断面冲淤影响，在中高水时水位～流量呈逆时针绳套曲线，在低水时呈多条临时曲线。

2.2 资料选用

本次分析选取的流量资料为该站近期共8年连续资料序列（2009～2017年），全部流量共278次，包括了大水、中水、小水年份，实测水位变幅5.8 m，占迁站址以来（6.48 m）的90%，实测最大流量1050 m3/s，最小流量1.51 m3/s。断面资料共16次,资料选用满足水文巡测规范有关要求。

该站水文测验和资料整编均严格按国标或部颁《水文测验规范》和《水文资料整编规范》执行，技术标准统一。经单站合理性检查和各要素对照检查，资料合理、真实，无遗留问题，精度可靠,且每年资料经恩施州水文水资源勘测局审查并参加湖北省水文资料复审、汇编，“三性”检验合理。

3 分析计算

3.1 断面稳定性分析

1）本站测站控制在低水属断面控制，中高水属河槽控制，断面变化主要发生在起点距8.0 m～14.0 m、16.0 m～42.0 m之间，有冲有淤，且冲大于淤，属于局部冲淤。因冲和於的程度不同，有时差异较大，冲淤在时程上属经常性冲淤，因低水受下游弯道控制，故水位流量关系为临时曲线。

2）从历年水位与面积关系曲线及断面稳定程度±3%和±6%的外包线看，低水相对变化较大，一般可达到±6%～±8%，属于不稳定；中水变化一般在1%～2%，属于基本稳定；高水变化一般在1%～2%，属于基本稳定。

3）2003年河床平均河底高程177.57 m，2015年汛后平均河底高程176.44 m，自2003至2015年末平均河底高程下降1.13 m，河床下切严重，断面变化较大，河床不稳定。

3.2 Q—A 计算

根据2009年至2017年的流量资料，分别计算各次流量的水力半径R及A，见表1。

表1 历年Q～A计算表

表1 历年Q～A计算表

年份 施测号数水位(m)流量(m3/s)断面面积A(m2)水力半径R(m) A R■1 2 3 4 5 6 7 1 177.33 5.58 18.5 0.70 15.5 2 177.32 5.11 18.4 0.70 15.4 3 177.34 6.27 19.1 0.72 16.2…… …… …… …… …… …… ……2009 2017 38 177.14 7.96 20.6 0.81 18.5 39 177.01 5.06 17.1 0.68 14.1 40 176.74 1.51 8.65 0.42 1.77

以上表第3列数据作为因变量Y、第7列数据作为变量X，绘制 Z～A关系图，如图1所示；以第7列数据作为应变量Y、第4列数据作为变量X，绘制Q～A关系图，见图2；并分别制作 Z～A关系表和A～Q关系表。

图1 石板坪站Z～A关系图

图2 石板坪站Q～A关系图

3.3 应用

表2 石板坪站Z～A～Q查值表

表2 石板坪站Z～A～Q查值表

时间 水位(m) A R■查得流量1 2 3 4 10100.00 177.08 12.6 6.63 10100.25 177.12 13.6 7.25 10100.40 177.12 13.6 7.25 10101.25 1 76.99 10.7 5.44 10102.20 176.90 9.0 3.69…… …… …… ……

经计算2011年至2017年径流量，其结果统计见表3。

表3 石板坪站不同整编方法结果比较

以《水文巡测规范》SL195-2015要求对中高水进行“三线”检验，结果见表4。通过检验满足水文巡测规范单一线法定线允许随机不确定度的有关要求（高水12.0%、中水14.0%）[2]。对于低枯水期径流量，经计算满足水文巡测规范单一线法定线允许相对误差要求，其结果见表5。

表4 石板坪站中高水水位～流量关系曲线检验计算表

表5 石板坪站低枯水期年径流量相对误差统计表

3.4 对拟定关系线相对误差

拟定水位流量关系线与原水位流量关系线相对误差按下式计算：

式中：Qi为第i水位时某关系线上的流量；Qci为与Qi相对应的综合关系线上的流量；δQi为线对线的流量相对误差。

经计算低水流量相对误差为11.7%小于±12%；中水流量相对误差为3.8%小于±8%，高水流量相对误差为3.2%小于等于±5%，满足《水文巡测规范》(SL195-2015)4.5.8表8二类精度水文站的流量间测关系曲线偏离允许误差指标的规定[2]，计算结果统计见表6。

表6 石板坪站线与线偏离允许相对误差统计

4 结论

本文计算中用到的水力半径非平均水深，经作者试算，采用平均水深计算的关系线流量偏大。