楊遠寧

（忻州市水文水資源勘測分局 山西忻州 034000）

0 引言

隨著山西省中小河流水文監(jiān)測系統(tǒng)的建設完成，站網(wǎng)密度明顯提高，監(jiān)測范圍進一步擴大，站網(wǎng)功能逐步完善，測報手段和能力得到加強，自動化、信息化、現(xiàn)代化的水文監(jiān)測體系基本實現(xiàn)。

按照水利部（水文[2005]70）《水文現(xiàn)代化建設指導意見》精神，積極推進水文測驗方式改革，以勘測隊管理若干測站，測站實現(xiàn)有人看管，無人值守，定期檢查巡測，實現(xiàn)駐測、巡測、間測和水文調(diào)查相結合。我們以山西省水文局王家會水文站作為流量巡測可能性分析論證的典型站點，以滿足水文預報、水文分析計算、水資源評價分析等實際需要精度，研究和推進水文測驗方式的改革。

1 測站概況

王家會水文站由山西省水文總站于1958年5月設立，位于山西省代縣峪口鄉(xiāng)王家會村，是滹沱河一級支流峪口河的區(qū)域代表站，該站為按區(qū)域原則規(guī)劃的基本站，代表山西省中部（五臺山背坡）土石山區(qū)，為研究降水-徑流關系積累水文資料。主要測驗任務有：水位、流量、泥沙、水溫、冰凌、降水。

控制流域面積333 km2，斷面以上主河道長度為26.8 km，主河道平均坡度為25.4‰，流域形狀系數(shù)0.464。實測最大洪峰流量為319 m3/s，發(fā)生于1964年7月21日。多年平均河川徑流量為2 467萬m3，折徑流深74.1 mm，多年平均年徑流系數(shù)0.156。實測最大洪峰流量為319 m3/s，發(fā)生于1964年7月21日。實測多年（1958—2016年）平均輸沙量13.1萬t，輸沙模數(shù)為393 t/km2。

測驗河段基本順直，河床為砂礫石組成，右岸為較大砂礫石陡岸，左岸為沙礫石梯地，基本斷面河床塊石較多，間有粗砂。斷面為單式窄深河床，一般洪水沖淤變化不大，高水時漲沖落淤，沖淤變化一般在0.5m左右。

2 資料收集年限及內(nèi)容

收集的資料既要涵蓋高中低水、豐平枯年范圍，又要反映現(xiàn)狀年測站水文特性情況。根據(jù)以上原則，我們確定以下資料范圍及內(nèi)容：

1）收集資料年限：1992—2016 年，25 年。

2）收集資料內(nèi)容：本次收集資料內(nèi)容主要有測站概況、實測流量成果表、實測大斷面成果表、逐日平均水位表、逐日平均流量表、洪水水文要素摘錄表等。

3 測站控制條件及其變化分析

水位流量關系的好壞與測驗斷面沖淤變化密切相關。斷面穩(wěn)定，水位流量關系就好。斷面沖淤嚴重，水位流量關系就差。分析測站測驗斷面沖淤情況以及河底高程的穩(wěn)定性是測站特性分析的重要基礎工作。主要從測站歷年大斷面變化情況和測驗斷面歷年平均河底高程演變情況進行分析。

依據(jù)王家會站1992—2016年實測大斷面資料，點繪歷年實測大斷面比較圖（圖1），分析測驗大斷面的變化情況。

圖1 王家會站歷年實測大斷面比較圖

采用王家會站1992—2016年25年的1 588次實測流量進行計算斷面每年的平均河底高程。平均河底高程采用水位減去斷面平均水深的方法求得，斷面平均水深由斷面面積除以水面寬得到。點繪平均河底高程變化圖（圖2），根據(jù)河底高程起伏確定河川穩(wěn)定性。

從圖1和圖2分析，1994年發(fā)生洪水后，河道以淤積為主，一直持續(xù)到1998年，河底高程變化較為明顯；1998年發(fā)生洪水后，河道以沖刷為主；2016年因運輸大型風力發(fā)電設備，臨時便道從測驗斷面處經(jīng)過，使得河底高程整體抬高。除此以外，從1999年至今（不考慮2016年），王家會站歷年平均河底高程最大變幅約為0.15 m，測驗斷面總體相對穩(wěn)定。

圖2 王家會站歷年平均河底高程演變圖

4 歷年水位流量關系線的分析

4.1 水位（流量）級劃分

王家會站按精度劃分屬于三類精度站，根據(jù)該站各年汛期總水量Wf，計算頻率并繪制曲線，取汛期徑流量頻率p為10%、50%、90%所對應的徑流量相近的年份為豐、平、枯水典型年。依據(jù)汛期徑流量頻率p為10%、50%、90%所對應的徑流量相近的年份為豐、平、枯水典型年，分別為2008年、2006年、2002年。

根據(jù)三個典型年的汛期逐日最高水位Z′m，計算頻率并繪制頻率曲線，取頻率p為10%、50%、90%所對應的水位為高、中、低水位，分別為51.40 m、51.10 m、50.80 m。由此得出王家會站的高水期為大于等于51.40 m，中水期為 51.10～51.40 m，低水期為 50.80～51.10 m，枯水期為小于50.80 m。對照歷年實測大斷面比較圖和平均河底高程變化圖，據(jù)此分析的水位級代表性較差。

由于王家會站歷年實測流量平均水深相對較小，河槽沖淤變幅最大為0.6 m，超過大部分實測流量平均水深的30%，故水位代表性較差，依據(jù)《河流流量測驗規(guī)范》（GB50179-2015）4.4.3條之規(guī)定，采用1992—2016年實測流量系列，按照流量進行劃分。

1）首先根據(jù)王家會站1992—2016年最大流量，計算頻率并繪制頻率曲線，取頻率p為10%所對應的流量10.0 m3/s為高水流量。

2）根據(jù)王家會站1992—2016年各年年平均流量，計算頻率并繪制頻率曲線，取頻率p為50%、90%所對應的流量0.910 m3/s、0.240 m3/s為中水流量和低水流量。

由此劃分出王家會站的高、中、低、枯水期。高水期為大于等于10.0 m3/s；中水期為0.910～10.0 m3/s；低水期為0.240～0.910 m3/s；枯水期為小于0.240 m3/s。

4.2 不同水位（流量）級水位流量相關性分析

1）資料選取范圍

為提高分析精度，滿足誤差分析精度要求，高、中、低、枯水位流量關系所選資料均為1992—2016年汛期（6—9月份）實測流量資料。

2）單值化處理方法及應用

水位流量關系因受洪水漲落、變動回水、斷面沖淤變化等諸多水力因素的影響，其相關性不一定呈單一關系，這種情況一般要進行單值化處理，建立某一水力因素與流量的單一關系，以便進行定線推流。根據(jù)王家會站河道變化特點，我們采用流量與面積、平均水深的關系進行單值化處理，式中：Q為流量（m3/s）；A 為斷面面積（m2）；dˉ為平均水深（m）。

3）高水期水位流量關系

對王家會站1992—2016年高水期實測流量資料進行統(tǒng)計分析，見圖3。可以看出王家會站高水部分水位流量整體關系較好，圖中偏左部分的12個點，大都是大水過后河床產(chǎn)生淤積所測，與系列值偏小，故對王家會站1992—2016年高水實測流量資料進行單值化處理，其相關性很好，詳見圖4。

圖3 王家會站1992—2016年高水期水位—流量關系線圖

圖4 王家會站1992—2016年高水期單值化關系線圖

4）中水期水位流量關系

對王家會站1992—2016年中水期流量實測流量資料進行統(tǒng)計分析。水位流量關系相關性比較散亂，單值化處理后的關系性也較差，見圖5。主要原因為中水期流量較小，影響流量變化的控制因素不如高水時穩(wěn)定。通過對資料的分析，選取了近六年即2011—2016年的實測資料進行單值化處理，相關性比較好，見圖6。

圖5 王家會站1992—2016年中水期單值化關系圖

圖6 王家會站2011—2016年中水期單值化關系線圖

5）低枯水期水位流量關系

對王家會站1992—2016年低枯水期實測流量資料進行統(tǒng)計分析。水位流量相關性比較散亂。單值化處理后相關性改善也不明顯。對于低枯水部分，影響流量變化的控制因素更不如中高水時穩(wěn)定，反映在水位流量相關性上較為散亂。低枯水期的水位流量關系根據(jù)斷面控制條件的變化，分時段建立水位流量關系進行推算流量。

5 誤差分析

按照規(guī)范要求，誤差分析主要從以下方面進行。

1）關系曲線符號檢驗、適線檢驗和偏離值檢驗。依據(jù)《水文資料整編規(guī)范》（GB50179-2015）3.4.1規(guī)定。

2）水位流量關系單值化后系統(tǒng)誤差及隨機不確定度分析計算。依據(jù)《水文巡測規(guī)范》（SL195-2015）4.5.2規(guī)定。系統(tǒng)誤差不大于3%，允許隨機不確定度見表1。

表1 單值化關系線定線允許隨機不確定度

5.1 高水期誤差分析

1992—2016年高水期單值化關系曲線檢驗結果見表2。

表2 2011—2016年王家會站高水期單值化曲線檢驗結果

5.2 中水期誤差分析

2011—2015年中水期單值化關系曲線檢驗結果見表3。

表3 2011—2016年王家會站中水期單值化曲線檢驗結果

5.3 低水期誤差分析

該站低枯水期水位流量關系散亂，相關性較差，檢驗結果很難合理，這里我們不再做分析了。

5.4 水量誤差分析

依據(jù)《水文巡測規(guī)范》（SL195-2015）4.4.5規(guī)定，對不同時段的徑流量進行誤差分析。

時段總量允許誤差控制指標依據(jù)《水文巡測規(guī)范》（SL195-2015）4.5.3規(guī)定，見表4。

表4 時段總量允許誤差指標

單場次洪水總量對比選取了1992—2016年系列中，實測流量最大年份1998年的最大實測洪水段，其實測最大流量為流量208 m3/s；汛期總量和年總量選取汛期徑流相對豐沛的2011年進行對比分析計算；其中推算流量，高水部分采用1992-2016年歷年單值化關系線推算，中水部分多年單值化關系線推算，低枯水部分采用單年率定關系線推算，對比結果見表5。

表5 王家會站時段總量對照表

為了進一步做好巡測部署工作，確保測驗精度，我們對該站非汛期徑流特性進行了分析計算，旨在分析該站在非汛期精簡測次的情況下，對比其徑流量的誤差情況。我們選取豐、平、枯水年三個年份，分別為2008、2006、2002 年，時間段為非汛期 1—5、10—12月，采用原年份實測流量，分別選取每月一次、兩次、三次實測流量，采用連實測流量法算出相應的非汛期徑流量，同年鑒的徑流量相比較，對比結果詳見表6。

表6 非汛期徑流量對比表

由表6可以看出，當在非汛期每月采用1至3次實測流量值按照連實測流量法進行資料整編，非汛期徑流量與年鑒對應的徑流量的誤差均小于《水文巡測規(guī)范》（SL195-2015）4.5.3中年總量的允許誤差5%。

6 結論

通過以上分析計算，我們主要形成以下結論。

1）王家會站測驗斷面相對穩(wěn)定，中高水水位流量關系相關性較好，中高水經(jīng)單值化處理定線后，水位流量關系線系統(tǒng)誤差的絕對值和隨機不確定度均小于《水文巡測規(guī)范》（SL195-2015）4.5.2條基本站允許誤差。

2）關系曲線符號檢驗、適線檢驗和偏離值檢驗均小于《水文資料整編規(guī)范》（GB50179-2015）3.4.1規(guī)定。

3）時段總量推算誤差小于《水文巡測規(guī)范》（SL195-2015）4.5.3規(guī)定的允許誤差控制指標。

4）滿足《水文巡測規(guī)范》（SL195-2015）4.2.4條 a要求，水位流量關系經(jīng)單值化處理后水位流量關系線呈單一線，流量定線達到本標準規(guī)定的允許誤差，故該站流量可實行巡測。

5）王家會站非汛期，每月可施測1至3次流量，采用連實測流量法推算流量。汛期根據(jù)降水情況和巡測安排，適時施測。結合施測的實測流量逐步修正歷年單值化關系線，根據(jù)歷年單值化關系線推算流量。