于 洋,王 妍,夏達(dá)忠,金 錚
(1.海河水利委員會水文局,天津 300170;2.海河水利委員會水利信息網(wǎng)絡(luò)中心,天津 300170;3.河海大學(xué)水文水資源學(xué)院,江蘇 南京 210098)
烏龍磯水文站始建于1983 年,位于河北省承德市承德縣下板城鎮(zhèn)烏龍磯村,是灤河中游干流上的重要控制站,也是引灤入津工程水源地潘家口水庫的入庫站之一。烏龍磯水文站測站級別為大河干流控制站,測站等級為國家重要水文站,控制流域面積30 100 km2。烏龍磯水文站上游有伊遜河、武烈河、老牛河等支流匯入,下有柳河、瀑河等支流匯入。烏龍磯水文站承擔(dān)著灤河干流水文測驗(yàn)及向潘家口水庫和國家防總報(bào)汛的重要職責(zé),測驗(yàn)任務(wù)包括降水量、蒸發(fā)量、水位、流量、水溫、冰情、泥沙等項(xiàng)目。
烏龍磯水文站上游約3 km 右岸有泉寶河匯入,5 km 下板城鎮(zhèn)有橡膠壩1 座,7 km 左岸有老牛河匯入,17 km 右岸有白河匯入,36 km 左岸有武烈河匯入,71 km 左岸有伊遜河匯入;下游約13 km 左岸有暖兒河匯入,18 km 右岸有柳河匯入,30 km 右岸有黃花川匯入,46 km 左岸有清河匯入,49 km 左岸有瀑河匯入,81 km有潘家口水庫。
按照《河流流量測驗(yàn)規(guī)范》(GB 50179-2015)對烏龍磯水文站的不同水位級進(jìn)行了劃分。規(guī)范規(guī)定一類精度水文站水位級劃分采用年特征值法,并符合下列規(guī)定:根據(jù)測站各年瞬時(shí)最高水位ZM,計(jì)算頻率并繪制頻率曲線,取頻率P 為90%所對應(yīng)的水位為高水位;根據(jù)測站各年平均水位,計(jì)算頻率并繪制頻率曲線,取頻率P 為50%所對應(yīng)的水位為中水位;根據(jù)測站各年瞬時(shí)最低水位Zm,計(jì)算頻率并繪制頻率曲線,取頻率P 為10%所對應(yīng)的水位為低水位。
根據(jù)上述水位級劃分結(jié)果,可將測站水情特征劃分為以下4 個(gè)時(shí)期:Z≥ZM(P=90%)應(yīng)為高水期;ZM(P=90%)>Z≥-Z(P=50%)應(yīng)為中水期;-Z(P=50%)>Z≥Zm(P=10%)應(yīng)為低水期;Z≤Zm(P=10%)應(yīng)為枯水期。
以烏龍磯水文站為例,根據(jù)其1984—2018 年水文資料,按一類精度水文站對其水位級進(jìn)行劃分。
3.1.1 頻率計(jì)算
對烏龍磯水文站各年瞬時(shí)最高水位(ZM)按從大到小順序進(jìn)行排列,分別采用《河道流量測驗(yàn)規(guī)范》(GB 50179-2015)提出的常用頻率計(jì)算公式(1)和Landwehr經(jīng)驗(yàn)公式(2)計(jì)算頻率P。
式中:P 為頻率;m 為隨機(jī)變量按從大到小遞減順序排列的序號;n為隨機(jī)變量的序列數(shù),不宜小于20。
烏龍磯水文站各年瞬時(shí)最高水位(ZM)頻率計(jì)算成果,見表1。
表1 烏龍磯水文站各年瞬時(shí)最高水位式(1)頻率計(jì)算成果
3.1.2 高水位頻率曲線繪制
采用“線性矩法”對烏龍磯水文站各年瞬時(shí)最高水位(ZM)樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行變差系數(shù)(Cs)和偏態(tài)系數(shù)(Cv)估計(jì),再通過“適線法”以“擬合度”作為輔助指標(biāo)(其值在0~1 之間,越大表明擬合程度越好),調(diào)整變差系數(shù)(Cs)和偏態(tài)系數(shù)(Cv),最終得到樣本均值(Ex)、變差系數(shù)(Cs)、偏態(tài)系數(shù)(Cv)和擬合度(R)等統(tǒng)計(jì)參數(shù),計(jì)算成果見表2。
表2 烏龍磯水文站各年瞬時(shí)最高水位頻率曲線統(tǒng)計(jì)參數(shù)
圖1 各年瞬時(shí)最高水位頻率曲線(P1)
圖2 各年瞬時(shí)最高水位頻率曲線(P2)
對比上述2 種成果可知,P2繪制的頻率曲線(如圖2 所示)擬合度略優(yōu)于P1繪制的頻率曲線(如圖1所示)擬合度。因此,采用P2的成果,取頻率P 為90%所對應(yīng)的水位為高水位4.14 m。
3.2.1 頻率計(jì)算
對烏龍磯水文站各年平均水位(-Z)按從大到小順序進(jìn)行排列,分別采用《河道流量測驗(yàn)規(guī)范》(GB 50179-2015)提出的常用頻率計(jì)算公式(1)和Land?wehr 等經(jīng)驗(yàn)公式(2)計(jì)算頻率P。烏龍磯水文站各年平均水位(-Z)頻率計(jì)算成果,見表3。
表3 烏龍磯水文站各年平均水位式(1)頻率計(jì)算成果
3.2.2 中水位頻率曲線繪制
表4 烏龍磯水文站各年平均水位頻率曲線統(tǒng)計(jì)參數(shù)
圖3 各年平均水位頻率曲線(P1)
圖4 各年平均水位頻率曲線(P2)
對比上述2 種成果可知,P1繪制的頻率曲線(如圖3 所示)擬合度略優(yōu)于P2繪制的頻率曲線(如圖4所示)擬合度。因此,采用P1的成果,取頻率P 為50%所對應(yīng)的水位為中水位3.69 m。
3.3.1 頻率計(jì)算
對烏龍磯水文站各年瞬時(shí)最低水位(Zm)按從大到小順序進(jìn)行排列,分別采用《河道流量測驗(yàn)規(guī)范》(GB 50179-2015)提出的常用頻率計(jì)算公式(1)和Landwehr 等經(jīng)驗(yàn)公式(2)計(jì)算頻率P。烏龍磯水文站各年瞬時(shí)最低水位(Zm)頻率計(jì)算成果,見表5。
表5 烏龍磯水文站各年瞬時(shí)最低水位式(1)頻率計(jì)算成果
3.3.2 低水位頻率曲線繪制
同理,采用表5 計(jì)算成果繪制頻率曲線,樣本均值(Ex)、變差系數(shù)(Cs)、偏態(tài)系數(shù)(Cv)和擬合度(R)計(jì)算結(jié)果見表6。
表6 烏龍磯水文站各年平均水位頻率曲線統(tǒng)計(jì)參數(shù)
對比上述2 種成果可知,P1繪制的頻率曲線(如圖5 所示)擬合度略優(yōu)于P2繪制的頻率曲線(如圖6所示)擬合度。因此,采用P1的成果,取頻率(P)為10%所對應(yīng)的水位為中水位3.54 m。
圖5 各年瞬時(shí)最低水位頻率曲線(P1)
圖6 各年瞬時(shí)最低水位頻率曲線(P2)
綜上,烏龍磯水文站水位級劃分結(jié)果見表7。
表7 烏龍磯水文站水位級劃分結(jié)果m
(1)烏龍磯水文站在海河流域?qū)倌陱搅髁枯^大的測站,冬季測驗(yàn)斷面不封凍,滿足規(guī)范采用暢流期頻率水位進(jìn)行水位級劃分的要求。
(2)烏龍磯水文站上游灤河干流上的徑流式電站屬小水電,水頭較小,因此對高水位和低、枯水位基本無影響,對中水位有一定影響,但影響程度還需要進(jìn)一步對中水位資料進(jìn)行還原后研究。
(3)近年來,烏龍磯水文站上游灤河干支流修建了若干座橡膠壩,攔蓄水流形成景觀水面,因此對低、枯水位有一定的影響,加之經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展導(dǎo)致取水量增加,但影響程度也需要進(jìn)一步對低、枯水位資料進(jìn)行還原后研究。
(4)2019 年5 月31 日,烏龍磯水文站上游武烈河上大Ⅱ型水庫——雙峰寺水庫下閘蓄水,在提高承德市區(qū)防洪標(biāo)準(zhǔn)和供水保證率的同時(shí),將極大地改變下游河段的水文特性。后續(xù)應(yīng)盡快開展雙峰寺水庫對下游水情影響分析,使水文數(shù)據(jù)更好地為灤河流域經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展服務(wù)。