張麗娟 曹鴿琴

（黃河水利委員會中游水文水資源局，山西 晉中 030600）

1 水文站概況

吉縣水文站是州川河的出口站，1958年10月15日設(shè)立，位于山西省吉縣吉昌鎮(zhèn)西關(guān)村，控制集水面積436 km2，至河口距離23 km，是國家基本水文站，隸屬于黃委會中游水文水資源局。

為了更好地適應(yīng)水文事業(yè)的發(fā)展和社會經(jīng)濟發(fā)展對水文站水文測報的需求，在“水文站功能不改變、水文測報精度不降低、整編資料滿足規(guī)范要求、技術(shù)方法適度超前”的原則下，對該站進(jìn)行優(yōu)化分析，做到以人為本、提高效益的目的。

2 水文站河道及水沙特性

2.1 測驗河段及斷面情況

吉縣水文站測驗河段順直長度約500 m，河基上43 m處有鋼橋1座；河基下300 m處有滾水壩1座，高水位時對測驗有一定影響。河段略呈擴散型，測站控制為河槽控制。河床主要由砂卵石、細(xì)沙組成，左、右岸均為石砌護(hù)岸。斷面沖淤變化不大。河槽呈U型，底部較寬，在基本水尺斷面，距30.0 m左岸起點，右岸32.5 m處建有測流槽，其寬度2.5 m，高度為1.0 m，順河長度6 m，底部高程5.98 m，頂部高程6.98 m。該站測流槽于2015年5月3日開始修建，5月16日竣工，于當(dāng)年6月開始投入使用。測流槽曲線已經(jīng)率定，測流槽測流能力為8.27 m3/s。

2.2 測站水、流、沙變化主要特性

該站洪水主要來源于馬家河、柏坡底川及曹井川，由暴雨形成。平水水位變化平緩，較大洪水一般出現(xiàn)在7～8月份，洪水時漲落變化急劇，含沙量大，峰型尖廋，沙峰一般滯后于水峰。主流較穩(wěn)定，大部分在30～32.5 m處，漂浮物、水草較多，水面起伏度小。洪水水位、流量、泥沙基本相對應(yīng)，水位流量關(guān)系曲線一般為順時針繩套形，但繩套的兩支線間的間距很小，一般為2～3 cm，有時為單一線。

3 資料的選用情況

3.1 資料的選用

本文分析研究的資料，主要來自《中華人民共和國水文年鑒》。90年代，水文年鑒?？陂g，水文資料的搜集來源于黃委會中游水文水資源局檔案部門的水文資料正本。搜集的水文資料包括吉縣水文站1959—2017年資料，主要是洪水期間的有關(guān)資料。

斷面的變化對歷年水位～流量點群分布有一定影響，經(jīng)資料分析，從2006年以后水位～流量點群成為一個較明顯的趨勢。故選用了2006年以來發(fā)生的全部較大洪水，共計10場，樣本數(shù)量剛好滿足30個。對于其余資料不足部分，特別是中高水位，分析選用歷史發(fā)生高水位，借用相近年份同水位級比降、糙率資料，使用曼寧公式計算流量，予以補充。

3.2 資料的審查

水文資料是分析研究的依據(jù)，直接影響著最后成果的質(zhì)量。因此，著重對于所使用的實測洪水資料進(jìn)行了可靠性、一致性、代表性三性檢查。

3.2.1 資料的可靠性審查

此次分析所采用的資料，主要來自《中華人民共和國水文年鑒》的刊印成果。90年代末刊印水文年鑒期間，資料來自于中游水文水資源局檔案室存儲的水文資料整編成果正本。這些資料的觀測與整編均按照國家和行為規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，資料可靠。

3.2.2 資料的一致性審查

吉縣水文站歷年測驗河段的走向沒有大的改變，河勢基本穩(wěn)定，河底坡降變化不大。吉縣水文站歷年大斷面沖淤幅度較小，較大改變發(fā)生在2004年，吉縣政府修建城內(nèi)公路時對左岸進(jìn)行了部分回填，導(dǎo)致左岸向河心內(nèi)平移了近10 m，此外未發(fā)生顯著變化，認(rèn)為吉縣水文站斷面基本穩(wěn)定。

3.2.3 資料的代表性審查

此次代表性審查，采用鄰近流域仕望川大村水文站洪水系列，與其分布參數(shù)進(jìn)行比較分析，來說明吉縣水文站洪水系列的代表性。吉縣水文站2006—2017年的年最大洪水資料共12年，作為小樣本系列，如表1所示。仕望川大村水文站1959—2016年的最大洪水資料共58年，作為大樣本系列。小樣本計算的Cv、Cs/Cv分別為0.64、1.01，大樣本計算的Cv、Cs/Cv分別為1.07、1.35，可以看出Cv值有一些偏差。

表1 吉縣水文站歷年洪水期間實測流量資料統(tǒng)計表

4 綜合水位～流量關(guān)系線的建立和檢驗

吉縣水文站的水位～流量關(guān)系相對穩(wěn)定，由于人為緣故導(dǎo)致斷面有幾次較顯著的變動，在斷面未發(fā)生變化之前，各時段內(nèi)歷年水位～流量關(guān)系線趨勢一致。從2006年至今，水位～流量關(guān)系成密集帶狀，故按單一曲線分析方法進(jìn)行分析。12年共10場洪水間的30次實測流量，進(jìn)行歷年水位～流量關(guān)系綜合分析。

4.1 中高水綜合水位～流量關(guān)系的確立

根據(jù)表1吉縣水文站歷年洪水期間實測流量資料，可以點繪出吉縣水文站歷年中低（水位為7.49 m以下）水位～流量關(guān)系曲線圖。從2006年斷面趨于穩(wěn)定后，由于該流域植被良好，并未漲過較大洪水，故而在中高水資料的搜集中，采用了歷史上發(fā)生的不同高水位級，借用鄰近年份相似洪水級別的比降、糙率資料，利用曼寧公式推算出了中高水位以上、流量資料。點繪吉縣水文站歷年水位～流量關(guān)系綜合線結(jié)點?？梢钥闯鳇c群密集，且趨勢明顯，可以確定單一曲線，見圖1。

圖1 吉縣水文站綜合水位～流量關(guān)系曲線

4.2 中高水綜合水位～流量關(guān)系的檢驗

分析計算吉縣水文站綜合關(guān)系曲線檢驗結(jié)果見表2。

表2 中高水綜合水位～流量關(guān)系曲線誤差分析結(jié)果統(tǒng)計表

4.3 綜合水位～流量關(guān)系曲線檢驗結(jié)果

4.3.1 符號檢驗

經(jīng)對吉縣水文站綜合水位～流量關(guān)系曲線進(jìn)行符號檢驗，計算得出，統(tǒng)計量u為0.36，按本區(qū)域取α為0.25時，查臨界值表得，臨界值u1-α/2為1.15，則u＜u1-α/2，說明綜合水位～流量關(guān)系線兩側(cè)點數(shù)分配均衡合理，關(guān)系曲線符號檢驗合格。

式中：u——統(tǒng)計量；

n——測點總數(shù)；

k——測點與關(guān)系線值之差，正號或負(fù)號個數(shù)。

4.3.2 適線檢驗

經(jīng)對吉縣水文站綜合水位～流量關(guān)系曲線適線檢驗，計算得出u＝0.37，按本區(qū)域取α=0.05時，查臨界值表得u1-α=1.64，則u＜u1-α，說明定線無明顯系統(tǒng)偏離，關(guān)系曲線適線檢驗合格。

式中：u——統(tǒng)計量；

n——測點總數(shù)；

k——測點與關(guān)系線值正號和負(fù)號變換次數(shù)；

4.3.3 偏離數(shù)值檢驗

經(jīng)對吉縣水文站綜合水位～流量關(guān)系曲線偏離數(shù)值檢驗，t=1.82，按本區(qū)域取α=0.05，查臨界值表得t1-α/2＝2.04，則t＜t1-α/2，關(guān)系曲線偏離數(shù)值檢驗合格。

式中：t——統(tǒng)計量；

s——p的標(biāo)準(zhǔn)差；

n——測點總數(shù)；

pi——測點與關(guān)系曲線的相對偏離值。

檢驗結(jié)論：根據(jù)《水文巡測規(guī)范》和黃河水利委員會水文局《水文巡測規(guī)范補充規(guī)定》，定線允許誤差應(yīng)小于±2%，不確定度應(yīng)小于15%。吉縣水文站中高水綜合水位～流量關(guān)系曲線的符號檢驗、適線檢驗、偏離數(shù)值檢驗均符合要求。

5 斷面沖淤變化分析

5.1 斷面沖淤變化分析

吉縣站測驗斷面整體呈U型河槽，河底寬闊，該河有3條較大支流：馬家河、長安溝、白河溝。溝道上游多為河卵石。中下游多為基巖，河床基本穩(wěn)定。

斷面左岸較陡，2003年以前為土坡。2004年，吉縣當(dāng)?shù)卣藿ǔ菂^(qū)公路，使左岸向河心縮回約10 m，同時左岸樁點抬高約0.52 m，人為導(dǎo)致該站斷面發(fā)生了一些改變。2010年，吉縣當(dāng)?shù)卣M(jìn)行河道整治，修建左岸為石砌護(hù)岸，左岸起點距大約11.0～25.0 m處河床抬高約1.6 m。2013年至今，左岸起點距11.0～25.0 m處河床下挖約1.0 m?；谏鲜銮闆r，2015年在該處修建了測流槽。

5.2 歷年平均面積變化及歷年平均河底高程變化分析

點繪吉縣水文站大斷面套繪圖，計算歷年同水位（9.00 m）面積及平均河底高程，見點繪歷年同水位（9.00m）面積過程線，點繪歷年平均河底高程過程線。根據(jù)上述資料，由于河道泥沙有所淤積，平均河底高程逐年抬高，但在2015年修建測流槽之后，歷年斷面趨于穩(wěn)定。本文認(rèn)為吉縣水文站測驗斷面拋開人為因素，測驗斷面相對穩(wěn)定。

6 結(jié)論

經(jīng)分析研究，吉縣水文站于2015年修建測流槽后，斷面穩(wěn)定，具備水文站優(yōu)化測驗分析研究的基本條件。該站所屬州川河流域植被良好，發(fā)生大洪水的幾率較小，分析研究成果能滿足生產(chǎn)需要。