万年饱水文站高水期水位—流量关系曲线单值化分析

梁存锋

（长治市水文水资源勘测分局）

1 万年饱水文站简况

1.1 历史沿革

万年饱水文站位于中阳县车鸣峪乡万年饱村，地理位置为东经111°12′，北纬37°15′。1956年9月5日，由黄河水利委员会在陈家湾设立，原名为陈家湾水文站（F=308 km2）；后因修建陈家湾水库，1958年7月，上迁5 km 至万年饱村，改名为陈家湾（二）站；1965年4月1日，移交山西省水文总站管理；1966年1月14日，再次下迁1 000 m，改名为陈家湾（三）站；1973年更名为万年饱（二）站。

1.2 水文情况

该站位于南川河上游。南川河为三川河的一级支流，发源于中阳县车鸣峪乡上顶山。三川河系黄河一级支流，是山西省西部地区流域面积较大的一条河流，主流北川河发源于方山县东北赤坚岭，流经离石城西（现吕梁市）汇入东川河水，再经交口镇汇入南川河水，故成为三川河，于柳林县石西乡两河口村汇入黄河。该站控制流域面积286 km2，属小河代表站。设站目的是收集灰岩土石山疏林区降雨、洪水、泥沙资料，经过单站分析和地区综合，提出此类地区的暴雨、洪水计算公式和有关参数，为中小型水利、水电工程的规划、设计、区域水文预报和工农业生产等提供水文资料。设站至今，观测到2 次较大洪水，洪峰流量分别为230 m3/s（1977年）和266 m3/s（2004年）。该站洪水受上游暴雨的影响，水位—流量关系呈多条临时单一曲线。

根据《水文资料整编规范》（SL247—2012）（以下简称《整编规范》），关系曲线法适用于断面水深不大且水面较宽的单式河槽、无显著冲淤、高水糙率和比降变化不大的站，可采用法延长关系曲线。该站测验河段较顺直，基本断面呈U形，但其上游约100 m 处有一弯道，致使中、小水经常出现分流，高水主流向右岸摆动。河床系沙砾卵石组成，两岸为浆砌石护岸，无显著冲淤，属单式河槽，高水比降和糙率变化不大，水位—流量关系主要受冲淤变化影响。因此，该站高水期可采用关系曲线法进行单值化分析。关系曲线法点呈带状，能定单一曲线，若关系曲线误差能达到规范要求，实际应用中可用该单值关系来推流，从而为优化该站今后的流量测次布置，实行巡测、间测等提供依据。

3 资料系列的选取

万年饱水文站为三类精度水文站，流量级的划分：高水期≥7.0 m3/s，0.35 m3/s≤中水期＜7.0 m3/s，0.30 m3/s≤低水期＜0.35 m3/s，枯水期＜0.30 m3/s。本文选用2004-2016年13 a 间26 次连续、完整的高水期实测流量资料，该资料系列包括实测最大流量266 m3/s（2004年7月29日）和实测最小流量7.64 m3/s（2004年7月29日）。

表1 万年饱水文站2004-2016年高水期Q—A计算表

表1 万年饱水文站2004-2016年高水期Q—A计算表

号年份 水位Z/m序实测流量Qi/（m3/s）面积A/m2平均水深d¯/m A d¯■单值流量Qci/（m3/s)1 2004 8.52 7.64 6.09 0.33 3.50 8.69 2 2004 8.80 19.4 12.1 0.54 8.89 17.26 3 2004 10.40 266 63.6 1.71 83.3 252 4 2005 8.57 9.73 7.36 0.38 4.54 10.4 5 2007 8.54 7.68 6.14 0.33 3.53 8.73 6 2007 8.63 12.2 7.99 0.41 5.12 11.3 7 2007 8.65 13.6 8.36 0.42 5.42 11.8 8 2010 8.90 19.2 14.5 0.47 9.94 18.9 9 2013 8.76 10.3 8.61 0.33 4.95 11.0 10 2013 8.98 22.3 14.5 0.52 10.5 19.7 11 2016 8.68 8.66 5.19 0.38 3.20 8.20 12 2016 8.75 9.42 7.67 0.36 4.60 10.5 13 2016 8.80 9.99 8.55 0.38 5.27 11.5 14 2016 8.80 12.2 8.77 0.38 5.41 11.8 15 2016 8.79 12.0 9.44 0.35 5.58 12.0 16 2016 8.82 13.3 9.48 0.35 5.61 12.1 17 2016 8.90 13.0 10.3 0.44 6.83 14.0 18 2016 9.15 23.9 17.3 0.60 13.4 24.4 19 2016 9.20 27.9 20.0 0.67 16.4 29.12 20 2016 9.25 30.9 21.3 0.70 17.8 31.5 21 2016 9.30 33.6 23.0 0.74 19.8 34.7 22 2016 9.45 43.5 26.4 0.78 23.3 40.7 23 2016 9.45 42.4 27.6 0.81 24.8 43.4 24 2016 9.75 69.8 36.8 1.08 38.2 70.2 25 2016 9.85 85.8 40.0 1.17 43.3 82.4 26 2016 9.95 112 45.4 1.33 52.4 108

则：y=0.000 3x3-0.009x2+1.664 6x+2.961 6

5 单值化关系线检验及误差分析

根据《水文巡测规范》（SL195—2015）（以下简称《巡测规范》）4.7.1“关系线定线的统计检验应符合下列规定：a）……进行符号检验；b）……进行适线检验；c）……进行偏离数值检验。”规定和4.2.4“符合下列条件之一者，流量可实行巡测；……或者经过单值化处理后水位流量关系线（或推流关系线）呈单一线，流量定线达到本标准规定的允许误差……”的规定，需对关系线进行三种检验及误差分析。《巡测规范》4.5.2 规定：“水位流量关系用单值化方法处理后分布呈带状，系统误差的绝对值三类精度的水文站不大于3%，且单值化处理的关系点据与单值化关系线间的定线误差不大于17%（高水期）的允许误差，可定单值化关系线”。

表2 2004-2016年万年饱站高水期Q—A关系线检验及系统误差统计表

表2 2004-2016年万年饱站高水期Q—A关系线检验及系统误差统计表

符号检验 合格 适线检验 合格 偏离数值检验 合格 随机不确定度 合格正号个数K 12.5 变号次数K 11 自由度K 25 计算 16.4%统计量u 0.000 统计量u 0.400 统计量T 0.172 允许 17.0%a 0.25 a 0.1 a 0.1 系统误差 合格u1-a/2 1.15 u1-a 1.28 T1-a/2 1.7 计算 0.27%总个数n 26 允许 3.0%

图1 万年饱站2004-2016年高水期Q—A关系线

图2 万年饱站2004-2016年高水期Z—Qci 关系线图

6 水位—单值流量关系线

7 结论与讨论

（2）本法流量变化主要决定于过水断面，精确地实测断面非常重要。洪水过后要及时测量行洪断面，以便提供分析断面变化的依据。

（3）此次单值化试验分析成果，可以大大降低测量劳动强度，把偏远的水文测站工解放出来，按照“驻巡结合、巡测优先、测报自动、应急补充”的现代水文监测模式，将基本水文站由单站管理向多站集中管理转变，从多人固守水文站监测向巡测、驻测、间测、应急监测相结合转变，从而可解决水文监测任务增加、服务业务拓展和人员不足的矛盾。