王占峰
(咸陽水文水資源勘測中心,陜西 咸陽 712025)
景村水文站位于陜西省咸陽市彬縣新堡子鄉(xiāng)景村,為涇河中游干流控制站,屬國家重要水文站。該站設立于1934年9 月,最初名為亭口水文站,1963年3 月更名為景村水文站,集水面積40281 km2,距河口里程189 km,距彬縣縣城約4 km。承擔著為國家防總、黃委、陜西省防汛抗旱指揮部、咸陽市、西安市、渭南市及彬縣防辦等防汛決策部門水情報汛任務。收集涇河流域基本水文資料,掌握涇河水沙量變化規(guī)律,為綜合開發(fā)利用涇河流域水資源提供科學依據(jù),為東莊水庫建設、涇河中下游地區(qū)防汛減災提供水文信息和服務。本次分析資料采用水文年鑒刊印成果,資料可靠性、一致性、代表性均經(jīng)過審查。
涇河為渭河第二大支流,發(fā)源于寧夏六盤山東麓,向東流經(jīng)平?jīng)觥艽ㄓ跅罴移哼M入陜西長武縣,再經(jīng)政平、亭口、彬縣、涇陽于高陵縣陳家灘匯入渭河。涇河全長455.1 km,流域面積45421 km2,陜西省境內(nèi)河長275.3 km,流域面積9236 km2,河道平均比降2.47‰,主要支流有馬連河、蒲河、納河、黑河等。涇河多年平均徑流量為21.40 億m3,其中陜西省境內(nèi)6.02 億m3。
涇河流域形狀呈扇形,流域內(nèi)屬黃頭丘陵溝壑區(qū),約占控制面積的56%,分布在甘肅省環(huán)縣、華池的大部分、靈臺南部及平?jīng)龀缧艝|南部;黃頭高原溝壑區(qū)約占控制面積的30%,分布在甘肅省的慶陽、合水、鎮(zhèn)原、寧縣、正寧、涇川的大部分及平?jīng)?、靈臺、崇信的北部和陜西省的長武、彬縣大部分;土石山區(qū)約占控制面積的14%,分布在子午嶺六盤山、關山等地。由于地形陡峻,且洪水多由暴雨形成,洪水暴漲暴落,水土流失嚴重,洪水期含沙量大。
景村水文站測驗河段較順直,兩岸均為黃土崖,復式河槽,河床上層為沙礫卵石、下層為紅膠泥,沖淤變化明顯?;緮嗝嫔嫌?00 m、下游400 m 處,均有彎道。基本水尺斷面兼流速儀測流斷面及浮標中斷面,上下浮標斷面間距200 m,基本斷面架設單主索閉口式吊箱纜道1 座,跨度300 m,用于流量、泥沙測驗。
景村水文站2019年全年實測流量90 次,采用LS25-3A流速儀、電波流速儀施測。實測最大流量508 m3/s;最小流量15.8 m3/s,流量測次能夠滿足水位流量關系整編定線。全年采用臨時曲線法定線,與歷年趨勢一致,符合測站特性,高低水均無延長?,F(xiàn)選用2019年景村站流量實測點,分別采用手工點繪水位流量關系線和整編軟件繪制水位流量關系線進行推流。對兩種方法計算出的月徑流、年徑流進行對比分析。為優(yōu)化定線工作方式,提高定線精度,做好水文資料“日清月結(jié)、即時整編”的時效性要求,奠定基礎,分析手工定線與SHDP5.0 軟件定線推流很有必要。
①編制實測流量成果表和實測大斷面成果表;②繪制水位流量、水位面積、水位流速關系曲線;③水位流量關系曲線分析和三種檢驗;④數(shù)據(jù)整理;⑤整編逐日平均流量表及洪水水文要素摘錄表;⑥繪制逐時逐日平均流量過程線;⑦單站合理性檢查;⑧編制河道流量資料整編說明書。
河道流量資料整編工作的主要內(nèi)容也是沒有實現(xiàn)SHDP5.0 軟件定線前進行流量資料整編必須要做好的主要環(huán)節(jié),并且這些環(huán)節(jié)在進行過程中是相互關聯(lián)、交叉進行的,在應用SHDP5.0 軟件資料整編定線后繪制的水位流量、水位面積、水位流速關系曲線、水位流量關系曲線分析檢驗、數(shù)據(jù)分析整理都由程序來完成。因此SHDP5.0 軟件定線的應用是水文資料整編工作一次質(zhì)的飛躍。
采用臨時曲線法手工點繪2019年景村水文站水位流量關系圖,推求流量,計算年徑流。曲線不反曲、不交叉三種檢驗合格符合規(guī)范規(guī)定。
(1)以同一級水位為縱坐標,自左至右,依次以流量、面積、流速為橫坐標點繪于坐標紙上。選用適當比例,使水位流量、水位面積、水位流速關系曲線分別與橫坐標成450、600、600 的交角,且三條曲線互補相交。
(2)流量變幅較大,測次較多,水位流量關系點子分布散亂的,可分期點繪關系圖,再繪制一張總圖。
(3)水位流量關系曲線下部,讀數(shù)誤差超過2.5%的部分,應另繪放大圖,流量很小時應適當放寬。
(4)年底年尾水位流量應和上下年數(shù)據(jù)銜接。
(1)水位流量比例在米格紙上設置1cm 代表流量為1、2、5 倍數(shù),減少人工讀數(shù)誤差。
(2)人工繪制要求定線人員熟練運用“曲線條、大刀”等繪圖工具,根據(jù)測站特性初步繪制水位流量關系線,樣條曲線通過點群中心、連續(xù)光滑、過渡自然、不允許出現(xiàn)反曲現(xiàn)象,沒有特殊情況應不相交,還需與歷年趨勢一致原則。
(3)分析確定相對穩(wěn)定時段和關系點分組,分別定出各穩(wěn)定時段內(nèi)的水位流量關系曲線。根據(jù)測點繪制好總圖曲線后,讀取曲線數(shù)據(jù),按照放大圖坐標比例轉(zhuǎn)換到放大圖上,精確地讀出水位流量數(shù)據(jù)后逐級進行放大。
(4)根據(jù)《水文資料整編規(guī)范》(SL 247-2012)要求,臨時曲線實測點10 次以上,應做符號檢驗、實現(xiàn)檢驗、偏離檢驗??词欠窈细窕蚪咏细?,如果標椎差相差較多應調(diào)整曲線或重新劃分。
(5)所繪制的三種關系曲線,應互相對照,使在曲線上查讀的各級水位的流量應等于相應的面積與流速的乘積,其偏差不應超過±3%。
(1)首先需要將水位觀測數(shù)據(jù)和實測流量等數(shù)據(jù)錄入整編系統(tǒng),并錄入基本控制信息。
(2)進入關系曲線定線后,新建水位流量關系曲線。若本站是單一線,可自動默認曲線類型為單一線而自動生成水位流量關系曲線;若非單一線,需要根據(jù)實際情況勾選曲線類型為繩套或多曲線。再根據(jù)需要設置推流時段(若已經(jīng)確定推流時段,未確定可不填入)及起止時間,即可進入定線主界面。
(3)通過圖形管理可以方便關系曲線圖形顯示、查看的功能。能實現(xiàn)實時縮放、實時平移、窗口放大、線形繪制及改線、對象選擇、對象刪除等一般的圖形管理操作。此方法定線可靈活運用鼠標完全代替“曲線條、大刀”等傳統(tǒng)繪圖工具。根據(jù)測站特性初步繪制水位流量關系線,樣條曲線通過點群中心、連續(xù)光滑、過渡自然、不允許出現(xiàn)反曲現(xiàn)象,沒有特殊情況應不相交。
(4)分別定出各穩(wěn)定時段內(nèi)的水位流量關系曲線,分析確定相對穩(wěn)定推流時段和關系點分組,通過曲線時段編輯窗口錄入曲線推流時段信息。
水位流量關系曲線繪制后,其相對應的曲線節(jié)點將會自動生成。如需調(diào)整個別節(jié)點可通過移動、微調(diào)、接點增加和節(jié)點加密等方式進行編輯。
(5)對于多條推流曲線的連時序法(繩套)Z-Q 關系曲線,具有曲線合并、曲線拆分、部分重疊等功能,并提供輔助定線窗體,顯示相關輔助曲線,能實時統(tǒng)計、計算并顯示實測點相對誤差、三線檢驗誤差、相關計算誤差、節(jié)點、實測點和關系線等信息,供定線操作參考。
(6)多曲線定線僅需編輯一張總圖即可,無需人工讀取曲線水位流量數(shù)據(jù)后再逐級繪制放大圖。
(7)將編輯的關系曲線存入數(shù)據(jù)庫,并在數(shù)據(jù)庫內(nèi)部進行復制和轉(zhuǎn)換。
(8)能根據(jù)資料整編需要,指定任意比例、任意圖幅大小的打印輸出。為了實現(xiàn)數(shù)字圖形的通用性,實現(xiàn)了AutoCAD圖形格式轉(zhuǎn)出。可以對調(diào)整設置好的打印圖形按比例轉(zhuǎn)換成dxf 圖形格式,可以在AutoCAD 圖形管理平臺上顯示、打印圖形。
圖1 手工繪制1 線
圖2 手工繪制2 線
圖3 手工繪制3 線
圖4 采用SHDP5.0 軟件繪制的水位流量關系圖
表2 涇河景村站逐日平均流量表(年份:2019;測站編碼:41 200900;流量:(m3/s);集水面積:40281km2)
經(jīng)過對景村水文站2019年水流沙資料采用兩種定線方法推流計算,手工點繪的水位流量關系圖推求的年徑流為12.82×108m3、最大流量522 m3/s、最小流量14.4 m3/s、平均流量40.6 m3/s;采用SHDP5.0 繪制水位流量關系圖推求的年徑流為12.81×108m3、最大流量524 m3/s、最小流量14.9 m3/s、平均流量40.6 m3/s,兩種方法最后的徑流量相差1.0×106m3水量,誤差可以忽略不計、最大流量誤差不到1%也可以忽略不計。成果符合規(guī)范要求,滿足定線要求。
通過對實際的資料數(shù)據(jù)對比計算,采用SHDP5.0 軟件定線滿足“即時整編、日清月結(jié)”的時效性要求,SHDP5.0 軟件定線推流無需人工讀取流量節(jié)點數(shù)據(jù)、無需放大圖;曲線光滑、點繪準確、數(shù)據(jù)傳輸便利、便于審查改正;極大地提高了定線技術水平和質(zhì)量。目前采用SHDP5.0 軟件定線在該地區(qū)水文測站已推廣應用。