山西省圪洞水文站控制流域高水期水位～流量关系曲线单值化分析

石超强

摘  要：水文巡测是对水文测站的管理体制和测验方式的重大改革。为了实现现代水文工作科学化、现代化、信息化要求，减轻水文测验工作任务，从多人固守水文站监测向巡测、间测、应急监测相结合转变的同时，不影响下游水库的防汛要求及工业供水、农业灌溉、发电、水产养殖等人类生产生活活动。从而改善水文业务增加、服务业务拓展和人员不足的情况，保证该站高水期从驻测向巡测转变有充分的依据。在已有的水文资料基础上根据《水文巡测规范》（SL195—2015）（以下简称《巡测规范》）[1]、《水文资料整编规范》（SL247—2012）（以下简称《整编规范》）[2]等相关规范，试用Q～Ad关系曲线法的基本原理，对圪洞水文站2016～2020年的高水期水位～流量关系进行了分析计算，得出稳定的水位流量单值化关系。经过曲线检验、标准差计算等，确定该站在高水期各项指标均满足《整编规范》及《巡测规范》允许误差范围内。

关键词：Q～Ad关系曲线法;单值化分析;水位流量关系;圪洞水文站

中图分类号：S914文献标志码：C

1 概况

北川河地处山西中西部，吕梁山脉中段西翼，为三川河主要支流，由北向南纵贯方山县全境，东北西三面高山耸立，境内地势东北高、西南低，自东北向西南逐渐倾斜，东部河系发达，山脉高耸挺拔，森林茂密、杂灌丛生，20km以上大沟自北向南排列。

圪洞水文站位于山西省方山县圪洞鎮圪洞村，地理坐标为东经111°14′，北纬37°53′。河名为北川河，属黄河水系。流域集水面积749km2，主河道（北川河）长度41.7km，主河道纵坡8.44‰。该站由黄河水利委员会于1957年1月设立峪口水文站，测验断面位于方山县峪口镇南村（F=1133km2），1960年4月上迁20km至圪洞镇，改名为圪洞水文站，1965年4月移交山西省水文总站。下游8km处有横泉水库一座。

该站水文下垫面产流地类共有4 种，分别为变质岩灌丛山地299.6km2，占该集水面积的40%，变质岩森林山地244.2km2，占该集水面积的32.6%，黄土丘陵沟壑区200.7km2，占该集水面积的26.8%，黄土丘陵阶地4.5km2，占该集水面积的0.6%。水文下垫面汇流地类共有4 种，分别为草坡山地50.8km2，占流域面积的6.8%，灌丛山地247.1km2，占流域面积的33.2%，黄土丘陵204.2km2，占流域面积的27.4%，森林山地243.3km2，占流域面积的32.6%。

圪洞水文站为变质岩土石山林灌区的区域性代表站。研究变质岩土石山区降水、径流、泥沙关系，分析其变化规律;收集各水文要素，为水文水利计算提供可靠参数;为下游横泉水库以及沿岸人民及时提供雨情、水情、墒情信息，保护人民群众的生命财产安全。圪洞水文站既是当地防汛抗旱、水利建设和水资源管理的“耳目”、“前哨”与“尖兵”，也是当地经济社会发展的重要公益性基础事业单位。

横泉水库属中型水库，位于山西省吕梁地区三川河支流北川河干流上的方山县班庄村与横泉村之间，坝址以上控制流域面积800km2，多年平均天然径流量5667万m3。水库坝高35.1m，总库容8556万m3。其中兴利库容4250万m3，防洪库容1141万m3。是以城市生活及工业供水、农业灌溉为主，并兼顾防洪、发电、水产养殖等综合利用的多年调节水库。

2 Q～Ad关系曲线法的适用条件

根据《整编规范》，Q～Ad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Q～Ad法延长关系曲线。

3 测验河段基本情况

圪洞站测验河段较顺直，基下约70m处有混凝土拱水坝，使得断面受冲淤影响变化不大，河槽基本无变化，基本断面呈U形。河床系沙砾卵石、沙壤土组成，左岸为河提，岸边为平坦耕地，右岸为石山陡崖。属单式河槽，高水比降和糙率变化不大。因此，该站高水期可采用Q～Ad法进行单值化分析，Q～Ad关系曲线法点呈带状，能定单一曲线，若关系线误差能达到规范要求，实际生产中可用该单值关系来推流，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。测验河段平面图见图1。

4 资料的选取

圪洞水文站为三类精度水文站，流量级的划分：高水期≥30.0m3/s，30.0m3/s≤中水期<2.91m3/s，2.91m3/s≤低水期<1.23m3/s。文章选用2016～2020年5年10次连续、完整高水期实测流量资料进行分析，资料满足代表性、可靠性、一致性。

5 Q～Ad关系曲线

根据2016～2020年实测流量成果，编制实测流量Q～Ad关系计算表（见表1），对实测流量Q与Ad进行回归分析（见图2），从图2可知，实测流量Q与Ad相关系数为0.9981，说明二者的线性关系是非常显著的，其回 归方程为：令y=Q，x=Ad，则：

y=0.0018x2+3.7585x-11.644

6 单值化关系线检验及误差分析

根据《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。”;《巡测规范》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……”，为此，需对Q～Ad关系线进行三种检验及误差分析。

《巡测规范》4.5.2：“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”。

由表2可以看出：该站高水期Q～Ad关系线允许符号检验、适线检验、偏离数值检验分别1.09、1.31、1.46，三项检验合格。

該站高水期Q～Ad关系线计算系统误差绝对值为0.73%，允许系统误差的绝对值为3%，合格;随机不确定度为4.8%， 允许随机不确定度为17%，合格。

7 水位～单值流量关系线

根据实测流量Q与Ad的回归方程，计算出不同水位的单值流量，确定水位～单值流量关系线（见图3）。

8 结论

8.1 根据该站5年的实测水文资料，采用Q～Ad关系曲线法进行检验分析，表明该站高水期各项指标（三种检验、系统误差、随机不确定度）均符合《巡测规范》及《整编规范》的允许误差，可定单值化关系线，证明该分析方法合理，精度较高，满足《巡测规范》的巡测技术要求。

8.2 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。

8.3 此次单值化试验分析成功，可以降低劳动强度，把偏远的测站工解放出来，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，从而解决水文监测任务增加、服务业务拓展和人员不足的矛盾。

8.4 根据本站的分析结果，在水文现代化转变的同时，能及时准确的对下游横泉水库进行报汛，从而不影响下游水库的调节功能和供水、灌溉、发电、水产养殖等人类生产生活活动。

参考文献：

[1]朱晓原，刘东生，陈松生，等.水文巡测规范.SL195—2015[S].北京：中国水利水电出版社，2015：3-10.

[2]刘东生，陈松生，赵蜀汉，等.水文资料整编规范.SL247—2012[S].北京：中国水利水电出版社，2013：10-16.

Single-value analysis of water level to discharge curve in control basins of Gedong Hydrological Stations in Shanxi Province during high water period

SHI Chaoqiang

（Lyuliang Hydrology and Water Resources Survey Station， Lyuliang 033000， Shanxi China）

Abstract：The hydrological survey is a major reform of the management system and test methods of hydrological stations.In order to realize the modern hydrological work scientific， modernization， information requirements， it reduces the hydrological work task from the hydrologic monitoring to patrol， measure， emergency monitoring combination between shift at the same time does not affect the downstream reservoir flood control requirements and industrial water supply， irrigation， power generation， aquaculture， and other human production and living activities.Therefore， it can improve the situation of increasing hydrological business， expanding service business and insufficient personnel， and ensure that there is sufficient basis for the transformation of the station from resident survey to patrol survey in the high water period.On the basis of the existing hydrological data， the basic principle of the Q-Ad curve method is tried out in accordance with the Hydrological Survey Patrol Specifications （SL195-2015） （hereinafter referred to as the Survey Patrol Specifications） [1]and the Hydrological Data Bundling Specifications （SL247-2012） （hereinafter referred to as the Survey Bundling Specifications） [2] and other relevant specifications.The relationship between water level and discharge during the high water period from 2016 to 2020 at Gedong stations is analyzed and calculated， and a stable single-valued relationship of water level and discharge is obtained.Through curve test and standard deviation calculation， it is confirmed that the station is within the allowable error range of the "BGC Code" and "Surveying Code" during the high water period.

Keywords：Q-Ad relation curve method; Uniformization analysis; Water level flow relationship; Gedong Hydrological Station