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富樂水文站綜合水位流量關(guān)系單值化分析研究

2020-09-02 01:49:02沈淑云張奕非
廣西水利水電 2020年4期
關(guān)鍵詞:水文站測(cè)驗(yàn)水文

沈淑云,張奕非

(柳州水文中心,廣西 柳州 545007)

1 流域概況

融江是柳江流域的中游河段,柳江是珠江流域西江水系的一級(jí)支流,發(fā)源于貴州省獨(dú)山縣更頂山,河長773 km,集水面積58 398 km2,浪溪河是融江左岸支流,因河床陡,灘多水急浪大而得名。發(fā)源于融安縣板欖鎮(zhèn)東嶺村的翁古頂,西南流經(jīng)融安縣內(nèi)的板欖、大將、長安等鄉(xiāng)鎮(zhèn),在長安鎮(zhèn)江口村匯入融江。干流河長108 km,流域面積1268 km2。流域內(nèi)雅瑤河、板欖河、黃金河、莆上河等支流縱橫交錯(cuò),樹林、竹林繁茂,森林覆蓋率達(dá)25%以上。

浪溪河流域?qū)俟鸨北┯陞^(qū),洪水災(zāi)害時(shí)有發(fā)生,每年4~8 月間,受靜止鋒、低槽、低渦、切變線等天氣系統(tǒng)的影響,流域內(nèi)暴雨頻繁,強(qiáng)度大,洪水具有暴漲暴落的山區(qū)河流特性,因此建立綜合水位流量關(guān)系曲線,在洪水期間根據(jù)觀測(cè)水位快速提供水文站流速儀測(cè)流斷面的流量,為中小河流洪水的預(yù)警預(yù)報(bào)提供重要的科學(xué)依據(jù)。

2 測(cè)站基本情況

富樂水文站位于廣西壯族自治區(qū)柳州市融安縣大將鄉(xiāng)富樂村,集水面積623 km2,1958年設(shè)立于浪溪河河段左岸,屬國家基本水文測(cè)站,為二類精度站。水文站是珠江流域西江水系浪溪河控制站及省級(jí)重點(diǎn)報(bào)汛站,流域內(nèi)有東嶺、里當(dāng)、大將、龍納、中村、叭河、沙木田、板欖、車平、蘇田、雅瑤、龍骨、同仕等雨量站和板欖、雅瑤、大將、泗香水位站。富樂水文站測(cè)驗(yàn)河段順直,主流出現(xiàn)在100~120 m處,兩岸有竹林護(hù)岸,河床由沙卵石及沙土組成,斷面較穩(wěn)定,主要測(cè)驗(yàn)項(xiàng)目有:水位、流量、降水量、蒸發(fā)量、水質(zhì)等。富樂水文站實(shí)測(cè)大斷面圖見圖1。

圖1 富樂水文站實(shí)測(cè)大斷面圖

3 富樂水文站單值化分析研究

3.1 關(guān)系曲線的原理

對(duì)于測(cè)站控制良好,各級(jí)水位流量關(guān)系穩(wěn)定的測(cè)站。可根據(jù)曼寧公式,分析研究水位和流量之間存在的相關(guān)關(guān)系。通過其相關(guān)關(guān)系分析計(jì)算,繪制關(guān)系曲線,為水文資料和洪水預(yù)警預(yù)報(bào)提供重要依據(jù)。

根據(jù)曼寧公式:

式中:Q為流量,m3/s;A為斷面面積,m2;n為河床糙率;R為水力半徑,m,一般用平均水深代替;S為水面比降。

當(dāng)河流斷面穩(wěn)定,某水位下n、S為常數(shù),R、A為水位Z的單值函數(shù)。因此流量與水位成單值函數(shù)關(guān)系,即Q=f(Z)。

3.2 單值化分析依據(jù)

根據(jù)《水文巡測(cè)規(guī)范》(SL195-2015),進(jìn)行單值化分析的資料,應(yīng)符合有5 a以上連續(xù)的資料系列,并宜包括豐、中、枯水年和不同水情資料,在各水位級(jí)內(nèi)用于計(jì)算誤差的樣本不少于30個(gè);若高水資料樣本數(shù)不足30 個(gè),但高、中水位級(jí)之間資料連續(xù)平緩變化的,可把高、中水合并統(tǒng)計(jì)。

富樂站設(shè)站以來均采用流速儀根據(jù)《河流流量測(cè)驗(yàn)規(guī)范》(GB50179-2015)進(jìn)行流量測(cè)驗(yàn),測(cè)驗(yàn)精度較高,水位流量關(guān)系線穩(wěn)定,歷年水位流量關(guān)系呈單一曲線。高、中水位級(jí)之間資料連續(xù)平緩變化,因此,本站把高、中水位級(jí)合并統(tǒng)計(jì)。

富樂水文站2008-2017年共有386個(gè)實(shí)測(cè)流量樣本,其中高、中水位實(shí)測(cè)流量144 個(gè)樣本,低水實(shí)測(cè)流量242個(gè)樣本,滿足上述的分析條件要求,可以用來對(duì)富樂水文站進(jìn)行水位流量單值化分析。

4 選用資料分析

根據(jù)《水文巡測(cè)規(guī)范》(SL195-2015)的要求,選用富樂站2008-2017年共10 a的資料系列進(jìn)行流量單值化分析。資料情況統(tǒng)計(jì)表見表1。

年份2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017流量測(cè)次49 55 46 35 32 38 31 34 32 34最高水位/m 156.28 156.86 156.59 155.50 154.77 156.79 156.77 156.70 157.79 156.68最低水位/m 152.52 152.54 152.57 152.58 152.57 152.52 152.50 152.55 152.51 152.51水位變幅/m 3.76 4.32 4.02 2.92 2.20 4.27 4.27 4.15 5.28 4.17最大流量(m3/s)640 780 774 450 269 826 770 739 1080 740最小流量/(m3/s)1.27 1.56 3.24 3.02 3.04 2.00 2.20 2.44 2.12 2.12關(guān)系曲線數(shù)1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

本次分析選用的資料系列為同一基本斷面,其水文測(cè)驗(yàn)、資料整編均按照《河流流量測(cè)驗(yàn)規(guī)范》(GB50179—2015)及《水文資料整編規(guī)范》(SL247—2012)的技術(shù)規(guī)范要求進(jìn)行,資料成果均通過自治區(qū)水文中心復(fù)審驗(yàn)收,資料成果真實(shí)可靠。在選用的10 a資料系列中各年水位流量關(guān)系均為單一線,該10 a 資料包含豐、平、枯水年份,測(cè)驗(yàn)河段順直,河床由沙卵石及沙土組成,測(cè)驗(yàn)斷面多年來基本保持穩(wěn)定,近10 a 人類活動(dòng)對(duì)水文測(cè)驗(yàn)影響不大,說明選用的資料具有較好的完整性、可靠性、一致性。

5 水位流量關(guān)系曲線誤差分析

5.1 歷年綜合關(guān)系線繪制

2008—2017 年共有386 個(gè)實(shí)測(cè)流量測(cè)次,將歷年實(shí)測(cè)的386個(gè)流量測(cè)次關(guān)系點(diǎn)繪在同一張圖上進(jìn)行綜合分析,富樂站歷年水位流量綜合曲線見圖2。

圖2 富樂站綜合水位流量關(guān)系曲線

從圖2可以看出,富樂站歷年水位流量關(guān)系點(diǎn)子趨勢(shì)呈帶狀分布,通過點(diǎn)群中心定出一條綜合水位流量曲線,并根據(jù)確定的綜合關(guān)系曲線編制歷年綜合水位流量關(guān)系曲線表。各實(shí)測(cè)流量測(cè)次與歷年綜合曲線間的定線誤差應(yīng)符合《水文巡測(cè)規(guī)范》(SL195-2015)要求,符合單一線定線標(biāo)準(zhǔn),并對(duì)綜合曲線進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)差統(tǒng)計(jì)和3 種檢驗(yàn)。經(jīng)檢驗(yàn),檢驗(yàn)成果均合格,說明分析成果符合有關(guān)技術(shù)規(guī)范要求。富樂站綜合水位流量關(guān)系曲線檢驗(yàn)計(jì)算成果表見表2。

項(xiàng)目符號(hào)檢驗(yàn)適線檢驗(yàn)偏離數(shù)值檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)差/%隨機(jī)不確定度/%系統(tǒng)誤差/%計(jì)算值u=0.99 U=0.73|t|=0.40 Se=5.9 11.8 0.1允許值1.15(顯著性水平a=0.25)1.28(顯著性水平a=0.05)1.04(顯著性水平a=0.10)結(jié)果合格合格合格14.0±2合格合格

5.2 綜合水位流量關(guān)系曲線的合理性檢查

將歷年確定的水位流量關(guān)系曲線與分析確定的綜合水位流量關(guān)系曲線分別推求出各年的年徑流量、汛期總量、一次洪水總量,其誤差統(tǒng)計(jì)成果見表3,從表3可以看出各項(xiàng)誤差指標(biāo)均符合《水文巡測(cè)規(guī)范》(SL195-2015)允許范圍內(nèi),說明歷年綜合水位流量關(guān)系曲線是合理的,能滿足推流要求。

項(xiàng)目年徑流量汛期總量一次洪水總量相對(duì)誤差范圍/%1.81~-2.55 1.83~-2.65 2.85~-3.43允許誤差/%±3±3.5±6結(jié)果合格合格合格

富樂站為二類精度水文站,按二類精度水文站的偏離允許指標(biāo)執(zhí)行,按測(cè)報(bào)任務(wù)書高、中、低水的劃分計(jì)算各年關(guān)系曲線與綜合關(guān)系曲線不同水位級(jí)之間的最大偏離誤差,各年與綜合關(guān)系曲線最大偏離值統(tǒng)計(jì)情況見表4。

年份最大偏離值/%高水(156.50 m)以上偏離允許誤差/%2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2.6 5.0 1.0 2.3-2.9 1.6中水(156.50~153.50)m-4.6-3.7-6.6-4.6 5.2-3.9 7.0 8.0 8.0 8.0低水(153.50 m以下)6.7-9.2-12.0-9.7-9.2-6.2 3.2 7.5 5.7 5.7高水5.0,中水8.0,低水12.0

從表4 看出,各年高水、中水、低水最大偏離值均在《水文巡測(cè)規(guī)范》(SL195-2015)誤差允許范圍內(nèi),可實(shí)行間測(cè),采用綜合水位流量關(guān)系曲線推求流量。

6 結(jié)語

本次單值化分析,采用富樂站2008-2017 年實(shí)測(cè)流量資料進(jìn)行分析,各項(xiàng)精度指標(biāo)均符合《水文巡測(cè)規(guī)范》(SL195-2015)允許誤差范圍內(nèi)的技術(shù)要求標(biāo)準(zhǔn),說明該分析方法合理可靠,富樂站滿足《水文巡測(cè)規(guī)范》(SL195-2015)的巡測(cè)、停測(cè)、間測(cè)技術(shù)要求,富樂站流量測(cè)驗(yàn)可執(zhí)行測(cè)1 年停5 年的間測(cè)模式。停測(cè)期間可以采用歷年綜合水位流量關(guān)系曲線推求流量。

富樂站2008-2017 年中、高水實(shí)測(cè)流量測(cè)次較少,僅有144個(gè)樣本,今后該站在出現(xiàn)中高水以上的洪水時(shí),應(yīng)按《河流流量測(cè)驗(yàn)規(guī)范》(GB50179-2015)及時(shí)恢復(fù)流量測(cè)驗(yàn),收集中、高洪水水位流量實(shí)測(cè)資料,為修正綜合水位流量關(guān)系曲線提供更高質(zhì)量的流量樣本,使該站的綜合水位流量關(guān)系曲線更加合理。采用綜合水位流量關(guān)系曲線推流,達(dá)到完整、準(zhǔn)確收集水文資料并實(shí)行流量間測(cè)的目的,將有限的人力資源、技術(shù)資源集中起來,提高工作效率,為社會(huì)提供更加優(yōu)質(zhì)的服務(wù)。

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