姜姍姍 張育德

在水利工程規(guī)劃設(shè)計(jì)工作中，通常需要計(jì)算長系列年月徑流量。很多情況下，設(shè)計(jì)流域沒有長系列水文資料，或存在資料缺測不全的情況，需要對水文資料進(jìn)行插補(bǔ)延長，以保證資料系列的代表性和一致性。通常采用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法對徑流進(jìn)行插補(bǔ)延長，常見方法有水位流量關(guān)系法、降水徑流關(guān)系法、相鄰站相關(guān)法、上下游相關(guān)法等。本文以海南省珠碧江流域大溪橋水文站為例，采用多種方法對徑流系列進(jìn)行插補(bǔ)延長，為徑流插補(bǔ)延長工作提供了一個很好的實(shí)例。

1 流域及水文站概況

珠碧江發(fā)源于海南省白沙黎族自治縣中部的南高嶺，自南向北流至和巷后折向西北，進(jìn)入儋州市境內(nèi)后，于海頭鎮(zhèn)的海頭港注入北部灣。珠碧江干流長86 km，流域面積1 101 km2。珠碧江上設(shè)有大溪橋水文站，大溪橋水文站位于白沙縣邦溪鎮(zhèn)1958年6月由廣東省水文總站設(shè)立，集水面積647 km2，1964年1月1日基本水尺斷面遷移300 m，改稱大溪橋（二）站，集水面積為663 km2。1981年1月舊水尺斷面遷移546 m，改成大溪橋（三）水文站，大溪橋（二）站為測流斷面。水文站最初設(shè)立時(shí)測驗(yàn)項(xiàng)目有水位、流量、降雨、蒸發(fā)，1992年開始不再測流，1997—1999年水文站沒有開展測驗(yàn)工作，2000年后恢復(fù)水位觀測。

珠碧江附近有南渡江流域。南渡江流域福才水文站與大溪橋水文站面積接近。福才水文站位于白沙縣福才村，集水面積508 km2，1958年11月由廣東省水文總站設(shè)立，1984年1月測驗(yàn)斷面下遷25 m，觀測水位流量至今。

大溪橋水文站以上有衛(wèi)星、新光、木瓜、那光、查苗、木棉、大溪橋雨量站。福才水文站上游有打麥、力樂、萌芽、莫好、南開、福才雨量站。

2 徑流系列插補(bǔ)延長方法

由于大溪橋水文站站址多次遷移，測驗(yàn)項(xiàng)目也從觀測流量、水位到只觀測水位，且中間還有缺測年份，因此，該水文站的插補(bǔ)延長工作比較具有典型性。在實(shí)際工作中，采用了如下幾種方法插補(bǔ)延長大溪橋站年徑流。

（1）采用水位流量關(guān)系法插補(bǔ)延長年徑流量，考慮采用洪水要素摘錄的水位流量關(guān)系以及逐日平均流量與日平均水位的關(guān)系兩方面來分析。

（2）采用鄰近流域福才水文站作為參證站，建立大溪橋水文站和福才水文站的年平均流量相關(guān)關(guān)系，插補(bǔ)大溪橋站年徑流系列。

（3）根據(jù)大溪橋站以上多個雨量站資料統(tǒng)計(jì)面平均降水量，建立大溪橋站降水徑流相關(guān)關(guān)系，插補(bǔ)大溪橋站年徑流系列。

在年徑流插補(bǔ)延長的基礎(chǔ)上，還需要插補(bǔ)1992—2018年月徑流，實(shí)際工作中采用如下幾種方法插補(bǔ)大溪橋站月徑流。

（1）各年徑流月分配均使用大溪橋站1959—1991年多年平均徑流量月分配。

（2）各年徑流月分配采用該年各月降水的比例進(jìn)行分配。

（3）各年徑流月分配采用福才站同年徑流的逐月比例進(jìn)行分配。

（4）采用雨量站的汛期和非汛期的比例分配徑流在汛期和非汛期的比例，再采用水文站的汛期和非汛期內(nèi)的月分配進(jìn)行計(jì)算。

3 徑流系列插補(bǔ)延長合理性分析及成果

3.1 水位流量關(guān)系法插補(bǔ)延長年徑流

大溪橋水文站1981年水位測驗(yàn)斷面遷移，流量測驗(yàn)斷面未發(fā)生變化，點(diǎn)繪1981年前后大水年份的洪水要素摘錄的水位流量關(guān)系，水位流量關(guān)系分為兩簇，1981年之前的在下面，之后的在上面，印證了1981年水位測驗(yàn)斷面向上游遷移的說法，因此，根據(jù)1981年之后的實(shí)測水位流量擬合水位流量關(guān)系。采用擬合的水位流量關(guān)系和實(shí)測逐日水位過程插補(bǔ)逐日流量，得到大溪橋站1992—1995、2000—2014年逐月徑流過程。點(diǎn)繪插補(bǔ)段與實(shí)測段降雨徑流關(guān)系如圖1所示。1992—1995年中，2年與實(shí)測降雨徑流關(guān)系較貼近，2年較分散。2000年之后的降雨徑流關(guān)系與實(shí)測降雨徑流關(guān)系差別較大，可能是2000年重建水文站時(shí)，實(shí)測斷面發(fā)生了變化，水位流量關(guān)系隨之改變，原水位流量關(guān)系不再適用，因此，采用水位插補(bǔ)流量不可行。

圖1 插補(bǔ)前后降雨徑流相關(guān)關(guān)系圖

點(diǎn)繪大溪橋站1981—1991年逐日平均流量與日平均水位的相關(guān)關(guān)系，基本為帶狀分布，而大溪橋站大部分時(shí)間的流量小于5.0 m3/s，因此，采用平均水位插補(bǔ)平均流量存在一定誤差，也是不可行的。

3.2 鄰近流域水文站相關(guān)法及降雨徑流關(guān)系法插補(bǔ)延長年徑流

與珠碧江相鄰的南渡江上有福才站與大溪橋集水面積接近，流量資料完整，使用兩站1959—1991年年徑流系列建立相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)為0.86。大溪橋流域內(nèi)雨量站分布較廣，且資料系列較長，水文站上面雨量采用泰森多邊形法進(jìn)行計(jì)算，建立大溪橋站以上面降水量與年徑流深的相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)為0.97。由兩相關(guān)關(guān)系可見，大溪橋站以上面降水量與徑流深相關(guān)關(guān)系較好，采用此相關(guān)關(guān)系插補(bǔ)大溪橋站1992—2018年年徑流深相對來說更加準(zhǔn)確。分析插補(bǔ)前后大溪橋站以上面降水與徑流深相關(guān)關(guān)系，如圖2所示，可以看出插補(bǔ)前后相關(guān)關(guān)系較為一致，說明本次用降雨徑流關(guān)系插補(bǔ)年徑流系列是合理的。

圖2 大溪橋面降水量與年徑流深相關(guān)關(guān)系圖

3.3 月徑流插補(bǔ)延長

經(jīng)分析，方法1各年徑流月分配均使用大溪橋站1959—1991年多年平均徑流量月分配，得到的1992—2018年徑流月分配比例均一致，而插補(bǔ)的年徑流值豐枯變化較大，均按統(tǒng)一的月分配比例不合理。大溪橋站流域內(nèi)降水的月分配差別較大，個別月份降水量為0，而大溪橋站實(shí)測資料中未出現(xiàn)斷流，故方法2徑流月分配采用該年各月降水的比例進(jìn)行分配得到的成果不合理。方法3各年徑流月分配采用福才站同年徑流的逐月比例進(jìn)行分配，得到的月分配與福才站同年一致，為了驗(yàn)證此方法的合理性，選取大溪橋1959—1991年系列中P=25%、50%、75%年份，比較分析兩站的月分配情況，兩站同年月分配相似，故方法3成果較合理。方法4采用雨量站的汛期和非汛期的比例分配徑流在汛期和非汛期的比例，再采用水文站的汛期和非汛期內(nèi)的月分配進(jìn)行計(jì)算，經(jīng)統(tǒng)計(jì)P=25%福才、大溪橋水文站及大溪橋面降水的汛期占全年的比例分別為82%、84%、80%；P=50%福才、大溪橋水文站及大溪橋面降水的汛期占全年的比例分別為86%、86%、89%；P=75%年份福才、大溪橋水文站及大溪橋面降水的汛期占全年的比例分別為87%、88%、93%?？梢姡?項(xiàng)汛期的比例基本一致，而福才、大溪橋站更接近，采用此方法與方法3成果基本一致。因此采用方法3插補(bǔ)延長月徑流。

3.4 徑流插補(bǔ)延長成果分析

經(jīng)統(tǒng)計(jì)，水文站插補(bǔ)段1992—2018年各月平均徑流量與1959—1991年各月平均徑流量較接近，插補(bǔ)段與實(shí)測段多年平均月徑流見表1。插補(bǔ)段與實(shí)測段多年平均降水量分別為1 804 mm和1 716 mm，插補(bǔ)段的平均降水量大于實(shí)測段的平均降水量，與插補(bǔ)徑流量趨勢一致，說明本次插補(bǔ)成果較合理。

4 結(jié) 語

本次對大溪橋水文站年徑流插補(bǔ)中，嘗試了水位流量關(guān)系法、水文站徑流相關(guān)法、降水徑流相關(guān)法3種方法，推薦采用降水徑流關(guān)系法插補(bǔ)大溪橋站年徑流深。對于月徑流的插補(bǔ)，提出了4種典型方法，最終徑流月分配采用福才站同年徑流的逐月比例進(jìn)行分配。