邢社奇

（陜西省咸陽(yáng)水文水資源勘測(cè)局，陜西 咸陽(yáng) 712000）

1 概況

1.1 測(cè)站概況

漆水河發(fā)源于麟游縣招賢鎮(zhèn)西北的寧里溝，流經(jīng)麟游縣、扶風(fēng)、永壽、乾縣、楊凌區(qū)、武功縣，于武功縣大莊鄉(xiāng)南街村注入渭河。集水面積3824 km2，干流河長(zhǎng)152 km，平均比降4.7‰。流域狹長(zhǎng)呈羽毛狀，兩岸支流分布不對(duì)稱，流域上游為土石山區(qū)，河谷窄深，植被良好；中游河段建有羊毛灣水庫(kù)，下游段為關(guān)中盆地，地勢(shì)平坦，農(nóng)田水利開(kāi)發(fā)較早。

安頭水文站位于陜西省咸陽(yáng)市永壽縣店頭鎮(zhèn)安頭村，集水面積1007 km2，距河口里程66 km，安頭站系漆水河羊毛灣水庫(kù)入庫(kù)控制站，屬國(guó)家重要站。安頭站河床由砂卵石組成，沖於變化不大，多年水位流量關(guān)系穩(wěn)定。2019年4月對(duì)安頭站測(cè)驗(yàn)斷面進(jìn)行了混凝土硬化（起點(diǎn)距9 m～45 m硬化），水位流量關(guān)系不受沖於影響。

該站測(cè)驗(yàn)項(xiàng)目有:水位、流量、泥沙、降蒸。承擔(dān)著向羊毛灣水庫(kù)及下游乾縣防辦等單位提供雨水情報(bào)訊。

1.2 水文特性

漆水河流域降水量年內(nèi)分配和年際變化較大，根據(jù)咸陽(yáng)市實(shí)用水文手冊(cè)，多年平均降水量583.0 mm，變化范圍大致在450 mm～700 mm。汛期6月～10月連續(xù)5個(gè)月降水量占全年降水量的77.4%。漆水河流域洪水主要由短歷時(shí)大強(qiáng)度的暴雨形成，受地形及下墊面等因素的共同影響，不同時(shí)期的洪水各具特點(diǎn)。徑流主要集中在5月～10月，5月～10月徑流量約占年徑流量的60.2%，非汛期（11月～次年4月）徑流量占年徑流量的39.8%。最大月徑流量一般發(fā)生在9月份，最小月徑流量一般發(fā)生在1月、2月份。輸沙量主要集中在6月～10月，約占年輸沙量的98.86%，非汛期（11月～次年5月）輸沙量占年輸沙量的1.14%。最大輸沙量一般發(fā)生在7月份，11月～次年4月含沙量停測(cè)，幾乎為“零”。

2 問(wèn)題的提出

安頭水文站地處渭北丘陵溝壑區(qū)，測(cè)驗(yàn)河段有以下特點(diǎn):①安頭站常流量較??；②河床由砂卵石組成，沖淤變化較小，洪水時(shí)沒(méi)有較大的推移質(zhì)。為了減輕測(cè)站職工的勞動(dòng)強(qiáng)度，又不降低測(cè)驗(yàn)精度及資料的真實(shí)性、可靠性和科學(xué)性，所以在基本斷面修建量水堰，用以實(shí)測(cè)低水流量。安頭站量水堰為矩形，長(zhǎng)（從八字翼墻開(kāi)始算起）16 m，寬4 m，深0.5 m。見(jiàn)圖1。

圖1 安頭站量水堰示意圖

3 資料的使用

量水堰修建竣工后，通過(guò)在量水堰槽內(nèi)按不同級(jí)水位級(jí)實(shí)測(cè)流量，然后根據(jù)實(shí)測(cè)資料率定出量水堰槽內(nèi)的水位流量關(guān)系曲線，從而通過(guò)觀測(cè)水位取得流量的監(jiān)測(cè)資料。這種方法比一般的量水堰運(yùn)用公式計(jì)算出來(lái)的流量精度更高，也能滿足水文測(cè)驗(yàn)規(guī)范的要求。2019年4月18日量水堰修建完成后，即開(kāi)始在堰槽內(nèi)測(cè)流，截止2020年2月26日共實(shí)測(cè)流量30次。實(shí)測(cè)流量全部采用流速儀Ls25-1、歷時(shí)不低于100秒、相對(duì)位置0.6處一點(diǎn)法測(cè)得，建立水位流量曲線。

4 建立水位-流量關(guān)系線

2019年4月18日～2020年2月26日共實(shí)測(cè)流量30次，見(jiàn)表1。然后以縱坐標(biāo)為水位，橫坐標(biāo)為流量，點(diǎn)繪實(shí)測(cè)水位流量關(guān)系點(diǎn)，通過(guò)點(diǎn)群中心確定一條水位流量關(guān)系曲線，見(jiàn)圖2。

圖2 安頭站量水堰水位流量率定關(guān)系曲線圖

表1 安頭站量水堰槽內(nèi)實(shí)測(cè)流量成果表

通過(guò)水位流量關(guān)系曲線推出結(jié)點(diǎn)，見(jiàn)表2。

表2 安頭站量水堰水位流量關(guān)系曲線結(jié)點(diǎn)

5 誤差分析

5.1 定線精度

定線精度依據(jù)中華人民共和國(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《水文資料整編規(guī)范》（SL 247-2012），穩(wěn)定的水位流量關(guān)系曲線、臨時(shí)曲線法的主要曲線及經(jīng)過(guò)單值化處理的單一線，均應(yīng)計(jì)算實(shí)測(cè)點(diǎn)對(duì)關(guān)系曲線的標(biāo)準(zhǔn)差、隨機(jī)不確定度和系統(tǒng)誤差，并應(yīng)符合下列要求:

1）實(shí)測(cè)點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)差按下式計(jì)算:

式中:Se為實(shí)測(cè)的標(biāo)準(zhǔn)差，%；Qi為第i次實(shí)測(cè)點(diǎn)的流量,m3/s;Qci為第i次實(shí)測(cè)點(diǎn)的流量相應(yīng)水位的曲線上的流量，m3/s；n為實(shí)測(cè)點(diǎn)總數(shù)。

計(jì)算如下:

2）隨機(jī)不確定度可按下式計(jì)算:

式中:XQ′為置信水平為95%的隨機(jī)不確定度。

計(jì)算如下:

3）實(shí)測(cè)點(diǎn)與關(guān)系線無(wú)明顯系統(tǒng)偏離時(shí)，系統(tǒng)誤差可采用實(shí)測(cè)點(diǎn)（或校正）對(duì)關(guān)系線相對(duì)誤差的平均值。水位流量關(guān)系定線精度指標(biāo)見(jiàn)表3。

表3 水位流量關(guān)系定線精度指標(biāo)表

計(jì)算結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)差為3.5%，隨機(jī)不確定度為7.0%，系統(tǒng)誤差為-0.3%,均符合二類水文站精度要求。

5.2 曲線檢驗(yàn)

5.2.1 符號(hào)檢驗(yàn)

檢驗(yàn)所定水位流量關(guān)系曲線兩側(cè)測(cè)點(diǎn)數(shù)目是否均衡合理，判斷關(guān)系曲線定得是否合理。

（1）應(yīng)用公式:

式中:u為統(tǒng)計(jì)量；n為測(cè)點(diǎn)總數(shù)；k為正號(hào)或負(fù)號(hào)個(gè)數(shù)（偏離值數(shù)值為零時(shí)，作正負(fù)各半分配）。

計(jì)算如下:

（2）檢驗(yàn)方法:計(jì)算統(tǒng)計(jì)量u值并與給定的u1-a/2值比較。當(dāng)u＜u1-a/2則認(rèn)為合理。根據(jù)陜西省水文水資源勘測(cè)局的《水文資料整編規(guī)范》補(bǔ)充規(guī)定中顯著性水平a值采用0.25,查得臨界值u1-a/2=1.15。

（3）檢驗(yàn)結(jié)果:u=0.73，u1-a/2=1.15，u=0.73＜u1-a/2=1.15，所以合理。

5.2.2 適線檢驗(yàn)

按測(cè)點(diǎn)水位由低至高排列，檢驗(yàn)實(shí)測(cè)點(diǎn)偏離曲線正負(fù)號(hào)的排列情況，檢查定線有無(wú)明顯系統(tǒng)偏離。

（1）公式應(yīng)用

式中:u為統(tǒng)計(jì)量；n為測(cè)點(diǎn)總數(shù)；k為變換符號(hào)次數(shù)，k＜0.5(n-1)時(shí)作檢驗(yàn)，否則不作次檢驗(yàn)。

計(jì)算如下:

（2）檢驗(yàn)方法:將n個(gè)實(shí)測(cè)點(diǎn)按水位遞增順序排列，相鄰兩點(diǎn)偏離曲線同符號(hào)的記為0，不同符號(hào)記為1，可得n-1個(gè)數(shù)字。計(jì)算u值小于u1-a時(shí)，則認(rèn)為合理；當(dāng)u值大于等于u1-a時(shí)，則認(rèn)為不合理。根據(jù)陜西省水文水資源勘測(cè)局的《水文資料整編規(guī)范》（SL 247-2012）補(bǔ)充規(guī)定中顯著性水平a值采用0.05。

（3）檢 驗(yàn) 結(jié) 果:k=14，0.5（n-1）=14.5，k=14＜0.5（n-1）=14.5，所以免檢。

5.2.3 偏離數(shù)值檢驗(yàn)

檢驗(yàn)測(cè)點(diǎn)偏離關(guān)系曲線的平均偏離值是否在合理范圍內(nèi)，運(yùn)用數(shù)據(jù)檢驗(yàn)曲線定的是否合理。

（1）應(yīng)用公式：

式中：pi為測(cè)點(diǎn)與關(guān)系曲線的相對(duì)偏離值；p為平均相對(duì)偏離值；為的標(biāo)準(zhǔn)差；S為P的標(biāo)準(zhǔn)差；n為測(cè)點(diǎn)總數(shù)；t為統(tǒng)計(jì)量。

計(jì)算如下:

（2）檢驗(yàn)方法:計(jì)算t值，并以給定的顯著性水平a值查表查得自由度k為n-1的臨界值t1-a/2與t值比較:若值，則認(rèn)為合理；若值，則認(rèn)為不合理。根據(jù)陜西省水文水資源勘測(cè)局的《水文資料整編規(guī)范》補(bǔ)充規(guī)定中顯著性水平a值采用0.10，查得臨界值t1-a/2=1.70。

6 結(jié)論

通過(guò)對(duì)漆水河安頭站量水堰水位流量關(guān)系曲線率定分析計(jì)算，率定的水位流量曲線標(biāo)準(zhǔn)差為3.5%、隨機(jī)不確定度為7.0%、系統(tǒng)誤差為-0.3%,均符合規(guī)范要求，指標(biāo)均在《水文資料整編規(guī)范》（SL 247-2012）要求范圍內(nèi)。漆水河安頭站量水堰槽內(nèi)水位在95.51 m～95.98 m，相應(yīng)流量為0～3.51 m3/s可以采用率定的關(guān)系曲線推流。經(jīng)統(tǒng)計(jì)2019年安頭站流量小于3.51 m3/s有357 d，多年平均流量小于3.51 m3/s有347 d，可采用率定水位流量關(guān)系曲線推流。大大的減少了流量測(cè)驗(yàn)工作強(qiáng)度，實(shí)為目前陜西關(guān)中北山河流流量測(cè)驗(yàn)的便捷可靠方案，為巡測(cè)提供技術(shù)支撐。