鄭長(zhǎng)陵， 李 沛， 王繼龍

(江蘇省水文水資源勘測(cè)局徐州分局， 江蘇 徐州 221000)

沭河發(fā)源于山東省沂水縣北部沂山南麓石槽峪北太婆頂，流經(jīng)沂水、莒縣、莒南、臨沂等地至臨沭縣大官莊分為東西兩支。東去稱(chēng)新沭河，水流經(jīng)過(guò)石梁河水庫(kù)調(diào)蓄后東下入海；南下稱(chēng)老沭河，水流流經(jīng)臨沭、郯城、新沂等縣市并在新沂市口頭匯入新沂河?xùn)|下入海。

老沭河山東省境內(nèi)依次建有人民勝利閘、清泉寺攔河閘、龍門(mén)橡膠壩、重興攔河閘等4座大型水工建筑物，江蘇境內(nèi)依次建有塔山閘、王莊閘、廣玉壅水壩、邵店壅水壩、口頭壅水壩等5座大型水工建筑物。

老沭河蘇魯省界至塔山閘段河長(zhǎng)約16 km，省界下7 km右岸新沂市城區(qū)設(shè)有新安水文站，水文站下游1.5 km右岸有入沭閘與新戴河連通，塔山閘上約1 km左岸有黃墩河匯入。

2011—2019年，老沭河西岸沭河之光、沭河之星、鐘吾公園、沭河之辰等景觀工程先后建成，對(duì)新安站上下游約5 km河段的過(guò)水?dāng)嗝嬗幸欢ǔ潭扔绊?。為滿(mǎn)足沂沭泗流域水情調(diào)度及新沂市城市防洪等要求，對(duì)老沭河蘇魯省界至塔山閘段河道行洪能力進(jìn)行分析[1]。

1 行洪能力分析

河道行洪能力分析一般采用河段代表斷面分析法。新安站是老沭河江蘇境內(nèi)唯一一個(gè)水文站，恰位于分析河段中間略偏上位置，也恰在老沭河四大景觀工程區(qū)域內(nèi)，河道寬度相對(duì)較窄，常規(guī)堤防標(biāo)準(zhǔn)，該站所在斷面的行洪能力對(duì)分析河段的行洪能力有較高的代表性。因此，本文的主要任務(wù)就是分析新安站在不受塔山閘回水影響情況下的水位—流量關(guān)系[2]。

1.1 資料選用及初步分析

選取新安站2019年和2020年不受塔山閘回水影響的39次實(shí)測(cè)流量資料，搜集1974—2018年間塔山閘全開(kāi)及洪峰流量超過(guò)1 000 m3/s的全部5次洪峰資料，組成含有44個(gè)流量測(cè)點(diǎn)的實(shí)測(cè)資料系列，經(jīng)初步點(diǎn)繪分析，發(fā)現(xiàn)其相關(guān)點(diǎn)密集分布且呈現(xiàn)比較規(guī)則的帶狀[1]。

1.2 相關(guān)圖繪制及關(guān)系線(xiàn)線(xiàn)型選配

為便于選配水位—流量關(guān)系線(xiàn)數(shù)學(xué)模型公式，繪圖時(shí)以?xún)鼋Y(jié)基面水位為橫坐標(biāo)，以實(shí)測(cè)流量為縱坐標(biāo)，繪制水位—流量相關(guān)圖并選配最佳二階多項(xiàng)式關(guān)系線(xiàn)，見(jiàn)圖1。

圖1 老沭河新安站不受塔山閘回水影響時(shí)水位—流量關(guān)系

從圖1可看出，在不受塔山閘回水影響時(shí)，新安站多年水位 —流量關(guān)系為單一線(xiàn)，選配二階多項(xiàng)式線(xiàn)型時(shí)，點(diǎn)線(xiàn)吻合程度好，關(guān)系線(xiàn)相關(guān)系數(shù)高。依據(jù)《水文資料整編規(guī)范》(SL 247—2012)[3]要求，需進(jìn)一步對(duì)關(guān)系線(xiàn)進(jìn)行3種檢驗(yàn)及定線(xiàn)精度評(píng)定。

1.3 關(guān)系線(xiàn)檢驗(yàn)及精度評(píng)定

對(duì)定線(xiàn)實(shí)測(cè)點(diǎn)，按水位從低到高順序排列，根據(jù)所得水位—流量關(guān)系線(xiàn)的數(shù)學(xué)模型公式Q=76.972G2-3 681.917G+44 018.100，列表統(tǒng)計(jì)3種檢驗(yàn)及精度評(píng)定所需中間變量如表1。

表1 關(guān)系線(xiàn)三種檢驗(yàn)及精度評(píng)定所需中間變量

1.3.1 符號(hào)檢驗(yàn)

1.3.2 適線(xiàn)檢驗(yàn)

因26=k2≮0.5(n-1)=21.5，故不需做此項(xiàng)檢驗(yàn)，默認(rèn)適線(xiàn)檢驗(yàn)通過(guò)。

1.3.3 偏離數(shù)值檢驗(yàn)

│t│=0.48

1.3.4 定線(xiàn)精度評(píng)定

根據(jù)《水文資料整編規(guī)范》規(guī)定，精度評(píng)定因子關(guān)系線(xiàn)的系統(tǒng)誤差、隨機(jī)不確定度2項(xiàng)指標(biāo)。

實(shí)測(cè)點(diǎn)對(duì)關(guān)系線(xiàn)無(wú)明顯系統(tǒng)偏離時(shí)，系統(tǒng)誤差采用實(shí)測(cè)點(diǎn)對(duì)關(guān)系線(xiàn)的相對(duì)誤差的平均值，即系統(tǒng)誤差P=0.32% 。

根據(jù)定線(xiàn)方法及所在水文站的精度類(lèi)別，對(duì)所定關(guān)系線(xiàn)精度進(jìn)行評(píng)定。根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《河流流量測(cè)驗(yàn)規(guī)范》(GB 50179—2015)[4]，新安水文站地處干旱、半干旱地區(qū)，且上游總集水面積超過(guò)5 000 km2，屬于一類(lèi)精度水文站。

根據(jù)《水文資料整編規(guī)范》提供的水位—流量關(guān)系定線(xiàn)精度指標(biāo)要求，建立的G—Q相關(guān)線(xiàn)滿(mǎn)足一類(lèi)精度水文站ADCP法水位—流量關(guān)系定線(xiàn)精度指標(biāo)要求，見(jiàn)表2。

表2 定線(xiàn)精度評(píng)定結(jié)果

從上述分析可知，所定水位—流量關(guān)系線(xiàn)可作為新安站行洪流量測(cè)報(bào)實(shí)時(shí)在線(xiàn)方案及不受回水影響時(shí)的資料整編方案，但對(duì)其適應(yīng)水位(流量)級(jí)范圍還需進(jìn)一步明確。

1.4 水位—流量關(guān)系線(xiàn)適應(yīng)范圍

1.4.1 推流曲線(xiàn)單向遞增水位范圍分析

由Q=f(G)函數(shù)求Q對(duì)G的二階導(dǎo)數(shù)，有Q″=153.944>0，則該關(guān)系線(xiàn)實(shí)際上是開(kāi)口向上的一元二次拋物線(xiàn)，為滿(mǎn)足水文應(yīng)用單向遞增的要求，僅取其右半支。

由Q=f(G)函數(shù)求流量Q對(duì)水位G的一階導(dǎo)數(shù)，有Q′=153.944G-3 681.917，即此為拋物線(xiàn)上任一點(diǎn)處切線(xiàn)的斜率，當(dāng)Q′=0時(shí)該拋物線(xiàn)獲得Q極小值，由此解得滿(mǎn)足該水位—流量關(guān)系單向遞增的水位范圍為Gmin=23.917 m，即G≥23.917 m。

1.4.2 推流曲線(xiàn)高低水延長(zhǎng)分析

根據(jù)《水文資料整編規(guī)范》，水位—流量關(guān)系線(xiàn)可適當(dāng)作高低水延長(zhǎng)使用，高低水延長(zhǎng)幅度應(yīng)分別不超過(guò)定線(xiàn)實(shí)測(cè)流量所占水位變幅的30%、15%，且高低水延長(zhǎng)需采用水位面積關(guān)系、水位流速關(guān)系綜合分析等方法進(jìn)行。為減小可能存在的曲線(xiàn)延長(zhǎng)推流誤差，對(duì)高低水延長(zhǎng)幅度均按定線(xiàn)水位變幅的15%控制。定線(xiàn)水位范圍為24.798～30.510 m，由此計(jì)算出關(guān)系線(xiàn)作高低水延長(zhǎng)后的水位適用范圍為23.941 m≤G≤31.367 m。

1.4.3 推流曲線(xiàn)適應(yīng)水位范圍確定

求上述兩水位集合的交集，即本推流曲線(xiàn)的適應(yīng)范圍為：23.941 m≤G≤31.367 m，但需要滿(mǎn)足無(wú)回水影響的大前提。

1.4.4 推流曲線(xiàn)適應(yīng)流量范圍確定

據(jù)歷史資料記載及洪水調(diào)度方案，當(dāng)預(yù)報(bào)老沭河上游來(lái)水可能達(dá)到或超過(guò)1 000 m3/s時(shí)，塔山閘提前全開(kāi)啟預(yù)泄洪，故本方案適應(yīng)流量范圍為Q≥1 000 m3/s；當(dāng)確認(rèn)塔山閘對(duì)新安站不造成回水影響時(shí)，適應(yīng)于各級(jí)流量。

2 結(jié)論與建議

(1) 經(jīng)前述分析，在新安站不受塔山閘回水影響狀態(tài)下，新安站1974年以來(lái)的水位—流量關(guān)系呈理想的單一線(xiàn)關(guān)系，說(shuō)明雖然老沭河新沂城區(qū)段建設(shè)的四期景觀工程使部分河段過(guò)水?dāng)嗝媛杂锌s小，但總體上對(duì)河道行洪能力基本無(wú)影響。

(2) 以新安站為代表斷面，老沭河省界至塔山閘段的行洪能力概括如表3所示。

(3) 本方案可作為新安站高洪流量測(cè)報(bào)方案：Q=76.972G2-3 681.917G+44 018.1，適應(yīng)范圍為Q≥1 000 m3/s 。

(4) 本方案可作為新安站水文資料整編方案：Q=76.972G2-3 681.917G+44 018.1(適應(yīng)范圍：不受塔山閘回水影響且23.941 m≤G(凍結(jié)基面)≤31.367 m)。