王文廣

(甘肅省天水水文水資源勘測局，甘肅 天水 741000)

1 基本概況

西漢水為嘉陵江一級支流，發(fā)源于西秦嶺南麓之羅家堡，經(jīng)天水、禮縣、西和縣于蘇元鄉(xiāng)敞河壩進(jìn)入成縣，向西南流至鐔壩、建村李家河出境，于陜西省略陽縣徐家坪匯入嘉陵江。全長279 km，流域面積9 569 km2。西漢水橫切西秦嶺，流經(jīng)黃土溝壑，流域覆蓋條件差，水土流失嚴(yán)重。

大橋水文站位于西和縣大橋鄉(xiāng)，地理位置東經(jīng)105°17′，北緯33°45′，集水面積6 491 km2，至河口(嘉陵江)距離133 km，建于1976年1月，為國家重要水文站。所屬雨量站4處，定點(diǎn)洪水調(diào)查河段1處，現(xiàn)有工作人員4名。測驗(yàn)任務(wù)包括測量、水位、流量、泥沙、降水、蒸發(fā)、水質(zhì)、水溫、水情報汛等項(xiàng)目。

圖1 大橋水文站位置圖

2 資料分析

2.1 水位～流量分析

水位采用雷達(dá)水位計(jì)和人工直立式水尺并行觀測[1]。汛期基本觀測時間是2時、8時、14時、20時進(jìn)行觀測，非汛期基本定時觀測時間是8時、20時。對近幾年大橋站實(shí)測資料繪制大斷面圖、水位流量曲線圖。

根據(jù)2011-2016年流量資料統(tǒng)計(jì)分析，得出以上逐月徑流量年內(nèi)分配表。由此可見徑流量年內(nèi)分配極不均勻。其中1-4月徑流量占全年的17.04%，11-12月徑流量占全年的11.33%，5-10月占全年的71.29%；7月份徑流量最大，占全年的14.82%。據(jù)2015-2017年的斷面變化圖(見圖2)可知斷面沖淤變化頻繁，由2015-2017年水位流量關(guān)系線(圖3)表明，其水位流量關(guān)系曲線不呈單一曲線，各項(xiàng)成果均超出《水文巡測規(guī)范》4.5.3條的規(guī)定誤差。經(jīng)分析，超出誤差的主要原因是，上斷面的清水江和西漢水漲水時攜帶的沙量大，造成測驗(yàn)斷面沖於變化頻繁[2]。

2.2 泥沙測驗(yàn)分析

汛期單樣含沙量采用橫式、瓶式采樣器取樣，水樣處理采用過濾法；采用實(shí)測單沙過程線法(單～斷沙過程線法、單～斷沙綜合過程線法)推求斷面平均含沙量[3]。通過對大橋1976-2016年流量輸沙率資料建立相關(guān)關(guān)系(圖4)得知，其關(guān)系點(diǎn)據(jù)呈帶狀，左右偏離變化不大，流量輸沙率關(guān)系好。

圖2 大橋水文站水位流量關(guān)系曲線套匯圖

圖3 大橋水文站大斷面套匯圖

經(jīng)分析，大橋站泥沙過程與洪水過程變化一致。含沙量主要分布于汛期，年內(nèi)1-2月、12月含沙量基本為0。

表1 大橋水文站月年平均徑流量表

圖4 大橋站歷年流量輸沙率關(guān)系圖

2.3 降蒸觀測分析

大橋站多年平均降水量515.2 mm。該站降水多集中在汛期6-9月，非汛期1-3月、11-12月降水占全年總量比重較小。全年使用JEZ02型融雪翻斗式雨量計(jì)進(jìn)行自動監(jiān)測和JQR01型20 cm口徑雨量器進(jìn)行人工雨量器并行觀測，降水量采用14時、20時、2時、8時四段制觀測，同時，全年使用JEZ02型融雪翻斗式雨量計(jì)觀測的數(shù)據(jù)進(jìn)行資料整編，滿足降水量觀測的精度要求，JQR01型20 cm口徑人工雨量器進(jìn)行資料的校核。

何壩、草關(guān)、肖良、申家集委托雨量站降水量采用FDYB～02型翻斗式雨量計(jì)進(jìn)行遙測，同時使用JQR01型20 cm口徑人工雨量器進(jìn)行14時、20時、2時、8時四段制人工觀測，全年使用FDYB～02型翻斗式雨量計(jì)觀測的數(shù)據(jù)進(jìn)行資料整編，20 cm口徑人工雨量器進(jìn)行資料的校核。經(jīng)以上分析，該站降水量已實(shí)現(xiàn)自動化觀測。

該站蒸發(fā)量采用20 cm口徑蒸發(fā)器，蒸發(fā)觀測符合《水面蒸發(fā)觀測規(guī)范》(SL603～2013)規(guī)定。蒸發(fā)量以8時為日分界。

3 巡測后項(xiàng)目成果誤差分析

3.1 流量誤差分析

根據(jù)該站多年的實(shí)測流量成果表和逐日平均流量表分析，1-4月以及11-12月流量較小且變化過程比較平緩，因此確定該時段每月15日定期施測一次流量，采用連實(shí)測流量過程線法進(jìn)行整編。根據(jù)該站2011-2016年流量資料，以每月15日流量作為月平均流量，進(jìn)行誤差統(tǒng)計(jì)分析，流量實(shí)測精簡前后對比，相對誤差2011年、2012、2014、2016年有點(diǎn)偏大，2013、2015年較小，但都控制在允許誤差范圍之內(nèi)，結(jié)果表2。依據(jù)SL2015《水文巡測規(guī)范》4.3.3.3的規(guī)定，時段總量允許誤差見表3。

大橋水文站為一類精度水文站，對照表2可以看出2011-2016年1-4月以及11-12月以15日流量代替月平均流量推求的年總量相對誤差小于規(guī)范規(guī)定的時段總量允許誤差，因此上述流量巡測方案成果精度符合規(guī)范要求。

表2 流量巡測前后誤差統(tǒng)計(jì)表

表3 流量時段總量允許誤差表

表4 大橋水文站月均流量表

根據(jù)該站多年的月均實(shí)測流量成果表進(jìn)行統(tǒng)計(jì)Q<15(m3/s)，和水位級劃分表對比，因此該站1-4月以及11-12月時段為枯水期。依照《河流流量測驗(yàn)規(guī)范》(GB/T50179～2015)規(guī)定，根據(jù)《水文巡測規(guī)范》要求制定該時段流量測驗(yàn)方案。

3.2 巡測方案

方案1：當(dāng)水位低于992.90 m，即Z<992.90 m，流量Q<15 m3枯水期流量較小且條件允許時，在確保人員財(cái)產(chǎn)安全的情況下可采用涉水測流，將流速儀固定于測桿上，用秒表計(jì)時。用測繩測距定位。測桿測深。測速采用流速儀法施測，主流部分每間隔或2.5 m布設(shè)一條測深、測速垂線，垂線數(shù)不得少于5條，測速歷時為100 s。

方案2：枯水期流量很小時可采用小浮標(biāo)法進(jìn)行施測，在主流部分流速最大處投放小浮標(biāo)，個數(shù)保持3～5個，從中選用歷時最短、運(yùn)行正常、行速最接近的2～3個浮標(biāo)，使其最長運(yùn)行歷時與最短運(yùn)行歷時相差不超過最短歷時的10%，取其平均歷時，計(jì)算小浮標(biāo)虛流速，利用公式Q=Kmf·Am·Vmf計(jì)算斷面流量。利用標(biāo)志物目估起點(diǎn)距。根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況實(shí)測斷面。當(dāng)浮標(biāo)通過上斷面時，上斷面監(jiān)視人員用對講機(jī)通知下斷面監(jiān)視人員啟動秒表，當(dāng)浮標(biāo)通過下斷面時，下斷面監(jiān)視人員關(guān)閉秒表，測記浮標(biāo)運(yùn)行歷時，并用公式Vmf=L/T計(jì)算多個小浮標(biāo)虛流速，取其均值，作為斷面平均虛流速。如出現(xiàn)特殊情況也可采用半距測算浮標(biāo)虛流速。

3.3 流量誤差來源及控制措施

流量測驗(yàn)誤差可分為隨機(jī)誤差、未定系統(tǒng)誤差、已定系統(tǒng)誤差和偽誤差。隨機(jī)誤差應(yīng)按正態(tài)分布，采用置信水平為95%的隨機(jī)不確定度描述，未定系統(tǒng)誤差應(yīng)采用置信水平不低于95%的系統(tǒng)不確定度描述，已定系統(tǒng)誤差應(yīng)進(jìn)行修正，含有偽誤差的測量成果應(yīng)剔除。

3.4 輸沙率誤差分析

選取2011-2016年輸沙率資料進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，其中1-2月、12月各年輸沙量均為0。各年枯水期1-4、11-12月時段輸沙量及年輸沙量表5。

表5 枯水期輸沙量巡測成果誤差分析

由此可以得出從11月至翌年4月輸沙量很小，時段多年平均輸沙量僅占多年平均輸沙量的1.8%。因此該時段內(nèi)含沙量可停測，停測期間的含沙量做0處理，當(dāng)含沙量有顯著變化時，應(yīng)立即恢復(fù)觀測，派人巡測采取單樣含沙量。

3.5 巡測報汛處理方案

大橋站1-4月、11-12月時段巡測期間，可通過數(shù)據(jù)平臺查詢大橋站雷達(dá)水位計(jì)觀測的瞬時水位和JEZ02型融雪翻斗式雨量計(jì)自動觀測的時段降水量，通過查讀擬定的報訊曲線獲取流量。報訊曲線要根據(jù)實(shí)測流量資料隨時進(jìn)行訂正。由禮縣水文中心站安排專人擬定報文、校核報文并發(fā)送報文，確保水情信息及時、準(zhǔn)確、無誤、有效地傳輸。

4 結(jié)語

大橋水文站由于斷面沖淤變化頻繁，水位流量關(guān)系曲線不呈單一曲線，達(dá)不到單值化要求，各項(xiàng)成果均超出《水文巡測規(guī)范》4.5.3條的規(guī)定誤差。超出誤差的主要原因是，7-8月上斷面的清水江和西漢水漲水時攜帶的沙量大，造成測驗(yàn)斷面沖於變化頻繁。經(jīng)計(jì)算分析，1-4月徑流量占全年的17.04%；11-12月徑流量占全年的11.33%，5-10月占全年的71.29%；7月份徑流量最大，占全年的14.82%。因此確定該站5-10月駐測，1-4月、11-12月巡測。5-10月駐測時段各種測驗(yàn)項(xiàng)目與往年的測驗(yàn)方式相同。1-4月、11-12月巡測時段：水位采用雷達(dá)水位自動觀測；降水采用JEZ02型融雪翻斗式雨量計(jì)自動觀測；何壩、草關(guān)、肖良、申家集委托雨量站降水量采用FDYB～02型翻斗式雨量計(jì)進(jìn)行遙測；水溫、蒸發(fā)委托看守人員觀測；泥沙停測。