陳含華，林江波，肖碧琦，范騰騰

（邵陽水文水資源勘測中心，湖南 邵陽 422099）

1 基本情況

塘渡口站系國家重要水文站，資水一級支流夫夷水下游控制站，2003年開始收集資料，開展水位、流量測驗工作。集水面積4548km2，平均坡降0.83‰，測驗河段順直長度600m。上游2.5km處有滾水壩電站，下游200 m處為急灘和滾石灘，測站控制較好，下游4.2 km處匯入資水干流，下游18 km有孔雀灘水電站，受干流頂托和水電站蓄水影響嚴(yán)重。斷面寬110～160 m，流速分布均勻，無分流、串溝及沖淤影響，低枯水受水草及上下游電站開、關(guān)閘影響。為了尋求塘渡口站水位流量關(guān)系單值化，在本站基本水尺斷面上游約1.8 km處安裝雷達式水位計，利用上下游站的水位建立關(guān)系。

2 測驗概況

塘渡口站每年測流150～200次，實測歷年最高水位232.41m，最低水位221.36m，歷年水位變幅11.05m。實測最大流量3 720 m3/s（水位231.75 m），最小流量2.53 m3/s（水位221.36 m）。由于受資水干流頂托影響和水電站蓄水影響，實測流量點據(jù)非常散亂。每年采用定臨時線、繩套線、連時序線和連實測流量過程線等整編。

本次分析采用2017年的資料，全年實測最高水位232.41 m，實測最低水位222.14 m，全年定5根臨時線，5根過渡線，5個連實測流量過程線進行整編，現(xiàn)將受頂托影響的定線為連實測流量過程線和連時序方法的測點，用落差指數(shù)法進行校正流量，然后合并定線，所選的資料能代表本站全年低、中、高水位的水流變化特性。

3 落差指數(shù)法計算原理與方法

3.1 基本原理

對于河段順直，底坡與斷面變化不大、受變動回水與洪水漲落兩種因素綜合影響時，實測流量與各水力因素之間的關(guān)系可用曼寧公式表示為：Q=AR2/3S e1/2/n。糙率n、斷面面積A、水力半徑R均為水位的函數(shù)，忽略流速水頭的沿程能量損失，用水面比降S代替河底坡降S e，相同水位因受變動回水影響程度不同的兩流量之比為Q1/Q2=（S1/S2）1/2，也可寫為Q1/（S11/2）=Q2/（S21/2）=R2/3A/n。

Q/（S1/2）是水位f（z）的單值函數(shù)關(guān)系。用落差△Z代替水面比降S，并把落差與整編斷面比降不一致的斷面改正因素用指數(shù)β表示，則該公式可寫為q=Q/△Zβ。此乃落差指數(shù)法的基本公式，式中q為校正流量，△Z為落差，Q為實測流量，β為落差指數(shù)。

由于河流的實際情況十分復(fù)雜，通常采用單一輔助斷面觀測落差進行落差指數(shù)法整編難以滿足規(guī)范的誤差要求，一般采用多輔助斷面同步觀測，計算綜合落差來進行落差指數(shù)法整編。公式如下：

△Z綜=α1△Z1+α2△Z2+α3△Z3+……+αn△Zn

式中 α——落差系數(shù)，α1+α2+α3+……+αn=1；

△Z——測站基本水尺與落差水尺1、2、3……n的同時水位差。

3.2 校正流量的計算方法和步驟

1）落差：根據(jù)輔助站與塘渡口站同時水位的落差及塘渡口站與羅家廟站的同時水位落差，以河流長度為權(quán)重進行加權(quán)求得綜合落差△Z。

△Z=（輔助站水位-塘渡口站水位）×（1.8/6.9）+（塘渡口水位-羅家廟站水位）×（5.1/6.9）。

2）根據(jù)公式q=Q/△Zβ試算了β值各為0.45、0.50、0.55的校正流量，并根據(jù)各β值的校正流量點繪水位～校正流量關(guān)系圖，定出關(guān)系線，求出各β值的校正流量點偏離關(guān)系線的標(biāo)準(zhǔn)差，將各線的標(biāo)準(zhǔn)差進行比較,根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)差最小的原則優(yōu)選出該站的β值為0.5時的標(biāo)準(zhǔn)差最小。根據(jù)56次實測流量經(jīng)校正后定為單一線，定線的關(guān)系誤差為：標(biāo)準(zhǔn)差為7.0%，系統(tǒng)誤差為0.9%，隨機不確定度為14.0%，詳見表1。符合規(guī)范規(guī)定的水力因素型方法的定線標(biāo)準(zhǔn)。β值為0.5的水位與校正流量的關(guān)系線見圖1、圖2。

表1 塘渡口站落差分析表

續(xù)表1

圖1 2017年水位校正流量關(guān)系圖

圖2 2019年水位校正流量關(guān)系圖

將水位校正流量曲線進行檢驗，算得：標(biāo)準(zhǔn)差S e（%）=7.0，隨機不確定度為14%，系統(tǒng)誤差為0.9%（說明：符合規(guī)范定線要求）。

3.3 誤差分析

由圖1可知Q104和Q105次流量偏離值比較大，Q103、Q104、Q105相比較，Q103水位高，落差大，但最大測點流速和斷面平均流速都比Q104小，不太合理，Q104和Q105存在測驗誤差，予以舍棄。

3.4 還原計算

根據(jù)水位校正流量關(guān)系曲線，計算出Q，Q=q×△Zβ，將還原流量進行整編計算，求得徑流量為44.06億m3，原整編成果徑流量為44.27億m3，誤差為-0.47%，符合規(guī)范的要求。

4 方案驗證

為確保方案的可行性，特采用2019年受頂托影響連實測流量過程線法的測點，用落差指數(shù)法校正流量，然后定線。表2為塘渡口站校正流量表。

表2 塘渡口站校正流量表

將水位校正流量曲線進行檢驗，算得：標(biāo)準(zhǔn)差S e（%）=4.8，隨機不確定度為9.6%，系統(tǒng)誤差為-0.4%（說明：符合規(guī)范定線要求）。

從以上檢驗計算中可以看出，塘渡口站選用落差指數(shù)法整編能夠滿足《水文資料整編規(guī)范》中水力因素法一類精度站定線精度指標(biāo)要求。

5 總結(jié)與建議

塘渡口站為一類精度站，但根據(jù)《河流流量測驗規(guī)范》（GB 50179-93）附錄第A.0.3條“當(dāng)水文測站受測站控制和測驗條件的限制難以達到原有精度要求時，可降低一個精度類別，但不應(yīng)低于三類精度?！敝?guī)定，塘渡口站采用落差指數(shù)法整編能夠滿足《水文資料整編規(guī)范》中水力因素法一類精度站定線精度指標(biāo)要求，方案完全可行。在日常測驗工作中應(yīng)保證單次流量測驗精度。