牟蕓 吳世勇

摘要：監(jiān)利（二）水文站位于監(jiān)利河段，是長江中下游重要控制站。水位一流量關(guān)系主要受洪水漲落、斷面沖淤、洞庭湖回水頂托等影響，水位一流量關(guān)系復(fù)雜，多為變形的繩套關(guān)系曲線，流量測次較多。選取2010 - 2017年監(jiān)利（二）站實(shí)測水位和流量資料，選用新廠（二）和廣興洲水位站作為落差輔助站，采用綜合落差指數(shù)法開展水位一流量關(guān)系單值化分析，將落差系數(shù)設(shè)為落差和監(jiān)利（二）站水位的函數(shù)，并采用試錯(cuò)法確定落差指數(shù)。結(jié)果表明，水位一流量關(guān)系單值化分析結(jié)果較好，滿足現(xiàn)行水文整編規(guī)范要求。

關(guān)鍵詞：水位一流量關(guān)系;綜合落差指數(shù)法，單值化法;監(jiān)利（二）站

中圖法分類號：P332

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

DOI：10.15974/j .cnki.slsdkb.2019.08.002

1 測站概況

監(jiān)利（二）水文站是國家基本水文站，一類精度水文站，位于湖北省監(jiān)利縣，東經(jīng)112°38 ′，北緯29°42′，為長江中游干流控制站。測驗(yàn)河段位于下荊江監(jiān)利河段，測流斷面位于基本水尺斷面上游30 m，上下游500 m的順直河段。洞庭湖在斷面下游約90 km處匯人長江，導(dǎo)致本站水位一流量關(guān)系受回水頂托影響明顯。測驗(yàn)河段平面圖如圖1所示。

1.1 斷面情況

流量測驗(yàn)斷面呈偏“V”型，主泓偏右，右岸為陡坡，有水泥塊護(hù)岸，河床由中細(xì)沙組成，汛期沖淤變化較大，近年左岸逐年淤積。三峽水庫蓄水前監(jiān)利（二）站測驗(yàn)斷面呈緩慢淤積態(tài)勢，蓄水后斷面呈輕微沖刷態(tài)勢。斷面深泓位置未發(fā)生明顯變化，但有逐漸加深的趨勢。

1.2 水位一流量關(guān)系

監(jiān)利（二）站水位一流量關(guān)系主要受洪水漲落、斷面沖淤、洞庭湖回水頂托影響，關(guān)系曲線呈變形的繩套曲線。監(jiān)利（二）站至城陵磯（七里山）站水位落差變化是監(jiān)利（二）站布置流量測次、繪制水位一流量關(guān)系曲線的重要參考依據(jù)。

2 水位一流量關(guān)系單值化方案確定

目前，長江干流宜昌站[1]、沙市（二郎磯）站[2]、螺山站[3]以及漢口站[4]等均采用綜合落差指數(shù)法開展水位一流量關(guān)系單值化分析，效果較好。監(jiān)利（二）站水位一流量關(guān)系影響因素與以上各站大致相同。因此，考慮采用綜合落差指數(shù)法開展水位一流量單值化分析。校正流量因素計(jì)算公式為式中，g為校正流量因素;Qm為實(shí)測流量，m3/s; Ki為流量改正系數(shù);K2為綜合落差改正系數(shù);△Zm為綜合落差，m;a為落差指數(shù)。

2.1輔 助水尺的選擇

監(jiān)利（二）站上游水位站主要有新廠（二）、石首（二）、調(diào)弦口等站，離基本水尺斷面距離分別約為80.0，66.5 km和34.1 km;下游水位站主要有廣興洲、城陵磯（七里山）等站，離基本水尺斷面距離分別約為26.4 km和83.6 km。通過組合試錯(cuò)法，最終選擇新廠（二）站和廣興洲站作為落差輔助站。新廠（二）站與監(jiān)利（二）站落差反映上游來水影響，監(jiān)利（二）站與廣興洲站落差反映下游洞庭湖回水頂托影響。

2.2 分析資料的選擇

考慮到監(jiān)利（二）站基本水尺于2010年1月上遷6 km，從左岸遷至右岸，分析資料選用監(jiān)利（二）站2010～ 2017年共8a的實(shí)測水位、流量和整編資料，總計(jì)510次實(shí)測流量。樣本資料中實(shí)測最高水位36.22 m，最低水位24.68 m，實(shí)測最大流量35 600m3/s，最小流量5 870 m3/s。樣本資料中豐水年份有2012年、2014年、2017年，平水年份有2010年、2015年，枯水年份有2013年，資料代表性較好。同時(shí)選用新廠（二）站和廣興洲水位站2010～ 2017年水位整編成果。以上資料工序完善、精度可靠。

2.3 Km、a的選擇

3 水位一流量關(guān)系單值化方案精度分析

3.1 水位一校正流量關(guān)系曲線

通過以上建立的水位一流量關(guān)系單值化方案，根據(jù)選用的資料分別計(jì)算監(jiān)利（二）站2010～ 2017年各年實(shí)測流量對應(yīng)的校正流量，繪制各年水位一校正流量關(guān)系曲線，并進(jìn)行3種檢驗(yàn)，各年定線精度如表1所示。

從表1可以看出，監(jiān)利（二）站各年水位一校正流量關(guān)系曲線定線精度均優(yōu)于規(guī)范對一類精度站所要求的標(biāo)準(zhǔn)。SL247-2012《水文資料整編規(guī)范》對一類精度水文站采用水力因素法的定線精度指標(biāo)為：系統(tǒng)誤差≤+2%，隨機(jī)不確定度≤10%。

對各年水位一校正流量因素關(guān)系曲線進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)某些年份局部時(shí)段的校正流量點(diǎn)據(jù)存在不同程度的系統(tǒng)偏離現(xiàn)象，這些情況一般出現(xiàn)在洪水漲落急劇或者峰頂峰谷附近某一時(shí)段，由于持續(xù)時(shí)間較短，總體來說對推求流量成果影響不大。

3.2 整編成果精度分析

按照以上水位一流量關(guān)系單值化方案，采用南方片水文資料整匯編軟件，對監(jiān)利（二）站2010～2017年各年資料重新進(jìn)行整編，推求流量整編成果。為了檢驗(yàn)監(jiān)利（二）站水位一流量關(guān)系單值化方案的推流精度，以監(jiān)利（二）站歷年采用的連時(shí)序法流量整編成果為標(biāo)準(zhǔn)，分別計(jì)算、統(tǒng)計(jì)各年綜合落差指數(shù)法與連時(shí)序法各項(xiàng)流量特征值誤差，誤差統(tǒng)計(jì)如表2所示。從表2可看出，各項(xiàng)流量特征值誤差較小，各年年平均流量和年徑流量誤差均在±1%范圍內(nèi)，單值化方案整編成果精度較高（由于平均流量保留3位有效數(shù)字，所以相對誤差和年徑流量相對誤差值不完全相等）。

3.3 洪水過程分析

通過對2010-2017年各年連時(shí)序法和單值化方案推求的逐日平均流量過程線對照圖和最大洪水繩套曲線對照圖進(jìn)行分析，以2017年為例，逐日平均流量過程線對照圖如圖2所示，最大洪水繩套曲線對照圖如圖3所示。

由圖2-3可知，兩種方案推求的逐日平均流量過程線總體上對應(yīng)較好，但在某些時(shí)段也不能很好的重疊，分析原因主要有兩點(diǎn)：①連時(shí)序法繪制水位一流量關(guān)系曲線時(shí)，某些局部時(shí)段一般采用合并定線，導(dǎo)致此時(shí)段存在一定的系統(tǒng)偏離;②落差輔助水尺處水位對河段水位落差變化反映不夠靈敏，導(dǎo)致峰頂峰谷的轉(zhuǎn)折處以及相鄰兩次洪水過程之間的小幅洪水變化過程對應(yīng)不佳。

對于同一洪水過程，采用單值化法和連時(shí)序法推求的洪水繩套曲線線型基本一致，但吻合度不高，主要是因?yàn)閺?fù)式洪水水位漲落變化頻繁，水位一流量關(guān)系比較復(fù)雜，用有限的流量測點(diǎn)擬合的水位一流量關(guān)系人為均勻化了流量變化過程，與實(shí)際的水位一流量關(guān)系在某一時(shí)段不一致。雖然吻合不佳，但相對偏離不大，推求的流量相對誤差較小。

3.4 相應(yīng)流量報(bào)汛精度分析

采用上一年擬合的水位一校正流量關(guān)系曲線開展相應(yīng)流量報(bào)汛，以當(dāng)年采用連時(shí)序法整編推求的實(shí)時(shí)流量成果為標(biāo)準(zhǔn)，分別計(jì)算目前的報(bào)汛方案、單值化報(bào)汛方案的相應(yīng)流量誤差，具體選擇2017年每日08：00報(bào)汛資料進(jìn)行誤差分析，統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表3。

從表3可以看出，與年終采用連時(shí)序法整編推求的時(shí)段流量比較，采用水位一流量關(guān)系單值化方案報(bào)汛，系統(tǒng)誤差為1.25%，平均誤差為3.O9%（查讀實(shí)時(shí)水位流量關(guān)系曲線報(bào)汛系統(tǒng)誤差為1.28%，平均誤差為4.04%），相應(yīng)流量報(bào)汛精度優(yōu)于目前采用的查讀實(shí)時(shí)水位一流量關(guān)系曲線報(bào)汛精度。

4 結(jié)語

采用綜合落差指數(shù)法對監(jiān)利（二）站水位一流量關(guān)系開展單值化分析，將落差系數(shù)設(shè)為落差和監(jiān)利（二）站水位的函數(shù)，并采用試錯(cuò)法確定落差指數(shù)。水位一流量關(guān)系單值化分析結(jié)果較好，滿足現(xiàn)行水文整編規(guī)范要求，投產(chǎn)使用后，能夠大幅度減少流量測次，降低測驗(yàn)成本，減少勞動強(qiáng)度，提高相應(yīng)流量報(bào)汛精度。但是當(dāng)測驗(yàn)河段局部時(shí)段出現(xiàn)斷面沖淤變化大、洪水陡漲陡落、回水頂托嚴(yán)重等特殊水情時(shí)，該單值化方案使用效果欠佳，需要恢復(fù)連時(shí)序法開展流量測驗(yàn)和整編。今后要加強(qiáng)對Km1、Km2的計(jì)算與分析，解決該方案對于特殊水情擬合度不高的問題。

參考文獻(xiàn)：

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