田家樂

(遼寧省錦州水文局，遼寧 錦州 121000)

隨著水利改革發(fā)展總基調(diào)的踐行，防汛抗旱、水資源管理、水生態(tài)環(huán)境保護(hù)等經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展需求對水文工作提出了更高的要求[1]?，F(xiàn)階段水文支撐服務(wù)能力與現(xiàn)代化發(fā)展需求存在著較大的差距，主要是因?yàn)榻┠瓯O(jiān)測站點(diǎn)不斷增多，監(jiān)測范圍與任務(wù)大量增加，相應(yīng)的人員配置嚴(yán)重不足，不利于水文監(jiān)測工作的開展，此外傳統(tǒng)水文測驗(yàn)方法已不適應(yīng)水文現(xiàn)代化發(fā)展要求[2]。通過高效的水文測驗(yàn)方式的改變，將水文測驗(yàn)的時效性逐步提高是當(dāng)前各區(qū)域水文現(xiàn)代化實(shí)施的關(guān)鍵內(nèi)容[3]。通過對傳統(tǒng)水文測驗(yàn)方式進(jìn)行改變，采用流量間測方式可以對水文站測驗(yàn)效率進(jìn)行有效提升，降低水文測驗(yàn)人員工作強(qiáng)度，逐步提升水文現(xiàn)代化監(jiān)測能力，為防汛抗旱減災(zāi)、水資源保護(hù)管理、水生態(tài)保護(hù)、水土保持和水利工程的建設(shè)、管理、運(yùn)行等提供技術(shù)支撐奠定基礎(chǔ)[4]。近些年來，國內(nèi)許多地區(qū)已開展水文站流量間測方式的探討，并取得一定的研究成果[5-15]，提出了流量間測的主要方式和具體方案，但由于不同區(qū)域水文站流量間測方式的適用性有所不同，需要結(jié)合區(qū)域水文站流量監(jiān)測的實(shí)際情況，對其流量間測的適用性進(jìn)行探討。為提高遼寧地區(qū)水文站流量測驗(yàn)的時效性，以遼寧地區(qū)湯山城水文站為具體實(shí)例，探討流量間測的誤差和可行性。

1 水文站概況

湯山城水文站是飲馬河的區(qū)域代表站，位于丹東市振安區(qū)湯山城鎮(zhèn)湯山城村，集水面積199km2。湯山城水文站所處愛河流域?qū)儆谶|東山地丘陵區(qū)，該水文站為飲馬河的區(qū)域代表站，為國家建設(shè)、水資源開發(fā)利用和保護(hù)提供決策依據(jù)。流量測驗(yàn)在低枯水為流速儀法涉水測流，中高水為橋測。

2 分析方法

(1)進(jìn)行測站特性分析(斷面穩(wěn)定性分析、糙率分析)和水位流量關(guān)系線分析，對水文站歷年水位流量關(guān)系線進(jìn)行綜合分析，對測驗(yàn)次數(shù)在滿足水文測驗(yàn)精度要求的條件下進(jìn)行適當(dāng)精簡，對測驗(yàn)時間進(jìn)行優(yōu)化，探索其間測的可能性。

(2)根據(jù)測驗(yàn)項(xiàng)目的測驗(yàn)精度要求、水流形勢、測站特性和測驗(yàn)設(shè)備等情況，部署合理的測驗(yàn)方法。

3 選取的資料

按照SL 195—2015《水文巡測規(guī)范》相關(guān)要求，收集湯山城水文站5a(2018—2022年)連續(xù)資料，資料系列按GB/T 50095—2014《水文基本術(shù)語和符號標(biāo)準(zhǔn)》豐、平、枯水年劃分標(biāo)準(zhǔn)，3a為豐水年，1a為平水年，1a為枯水年，豐、平、枯水年資料齊全。所選資料中實(shí)測流量點(diǎn)據(jù)高水位45個，中水位83個，低枯水位136個，滿足樣本數(shù)量要求。歷年最高水位39.35m，歷年最低水位36.53m，水位變幅2.82m；實(shí)測流量相應(yīng)最高水位39.35m，相應(yīng)最低水位36.54m，相應(yīng)水位變幅2.81m。實(shí)測流量相應(yīng)水位變幅占?xì)v年水位變幅99.6%，所選資料系列是符合SL 195—2015規(guī)定的間測分析要求的。所選資料系列情況詳見表1。

表1 湯山城水文站資料系列情況統(tǒng)計表

4 分析計算

4.1 大斷面沖於變化分析計算

湯山城水文站測驗(yàn)河段順直長約800m，流心偏左，隨水位增高流心逐漸右移。高水時比降大，水流急，淤柴多，測驗(yàn)困難?？荼诤拥缹挏\，流速很小，需另選斷面測流。根據(jù)湯山城水文站近5a(2018—2022年)實(shí)測大斷面資料點(diǎn)繪湯山城水文站基本水尺斷面大斷面套繪圖，各年份過水面積總體變化差異程度較低，在相同水位條件下相鄰年份過水?dāng)嗝婷娣e變幅為3.6%，中水位變化幅度相對較大，高水位變幅低于中低水位同級水位下過水?dāng)嗝婷娣e變幅。湯山城水文站歷年大斷面變幅統(tǒng)計見表2。

表2 湯山城水文站歷年大斷面變化分析表

從表2中可看出，湯山城水文站不同年份過水?dāng)嗝鏇_淤變化較為穩(wěn)定。

4.2 歷年綜合關(guān)系線定線誤差

在坐標(biāo)方格紙上將所有年份流量實(shí)測數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行點(diǎn)繪，通過點(diǎn)群中心繪制水位流量綜合關(guān)系曲線，生成水位流量節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)，并對關(guān)系線進(jìn)行3種檢驗(yàn)及隨機(jī)不確定度計算。計算結(jié)果見表3。

表3 湯山城站綜合關(guān)系線定線誤差表

從表3中可看出，中水位定線隨機(jī)不確定度為8.2%，高水位定線隨機(jī)不確定度為3.6%，按照水文測驗(yàn)3類精度要求對不同級別水位條件下湯山城水文站測驗(yàn)許可誤差進(jìn)行分析，均可滿足SL 195—201誤差規(guī)范要求。

4.3 流量間測誤差分析

按照SL 195—2015規(guī)定，湯山城水文站各年份水位變幅也占全年總體變幅的80%以上，歷年水位流量關(guān)系綜合線總體穩(wěn)定。若不同水位級下水位流量關(guān)系曲線偏離度可符合表4要求，即可采用流量間測的方式。按GB 50179—2015《河流流量測驗(yàn)規(guī)范》規(guī)定，將湯山城站水位36.90m(相應(yīng)流量5.17m3/s)以下確定為低枯水，水位36.90～37.80m(相應(yīng)流量5.17～64.0m3/s)為中水，水位37.80m(相應(yīng)流量64.0m3/s)以上為高水。湯山城站每年關(guān)系線與綜合線最大偏離值見表5。

表4 流量間測關(guān)系曲線偏離允許相對誤差 單位：%

表5 湯山城站每年關(guān)系線與綜合線最大偏離值

從表中可以看出該站流量實(shí)行間測后，每年將大大減少流量測驗(yàn)次數(shù)。據(jù)不完全統(tǒng)計，每年將減測流量約80%，減少巡測費(fèi)用近萬元。另一方面，將有效降低儀器設(shè)備使用磨損率，減少測驗(yàn)人員配置，減輕工作強(qiáng)度，提高工作效率，間接經(jīng)濟(jì)效益顯著。

4.4 成果討論

綜上分析，湯山城水文站歷年水位流量關(guān)系穩(wěn)定呈單一線，各年水位流量關(guān)系線及歷年綜合線定線均滿足規(guī)范允許誤差，低中高水位級每年關(guān)系線與歷年綜合線最大偏離值都在規(guī)范允許誤差內(nèi)，按照SL 195—2015規(guī)定，暢流期流量可實(shí)行間測。流量間測后，流量測驗(yàn)可遵行以下原則。

(1)暢流期水位在39.30m以下時流量可以間測，實(shí)行停5a測1a，按逢0逢5a測1a的方式進(jìn)行。

(2)間測期間的施測年份，每年施測流量不少于10次，滿足定線測次要求。當(dāng)年線與綜合線進(jìn)行t檢驗(yàn)，檢驗(yàn)合格仍停5a測1a。如有變化下一年恢復(fù)正常流量測驗(yàn)，重新分析論證綜合水位流量關(guān)系曲線，分析結(jié)果滿足間測要求仍按間測方案執(zhí)行。

(3)間測期間的檢測年份，按《河流流量測驗(yàn)規(guī)范》和原有測站任務(wù)要求執(zhí)行，流量測驗(yàn)每年不少于3次，分布于高、中、低水，并采用較高精度的測驗(yàn)方案。

(4)當(dāng)測站控制條件發(fā)生變化影響水位流量關(guān)系或水位超過39.30m時，應(yīng)及時恢復(fù)流量測驗(yàn)。

5 結(jié)論

(1)間測期間，冰期繼續(xù)采用改正系數(shù)法推算流量，暢流期采用間測水文站歷年綜合水位流量關(guān)系表推算流量。

(2)間測期間的施測年份，若t檢驗(yàn)合格可繼續(xù)采用歷年綜合關(guān)系線推算流量，否則應(yīng)采用當(dāng)年線推算流量。

(3)當(dāng)年線與綜合線進(jìn)行t檢驗(yàn)，檢驗(yàn)合格仍停5a測1a。如有變化下一年恢復(fù)正常流量測驗(yàn)，重新分析論證綜合水位流量關(guān)系曲線，分析結(jié)果滿足間測要求可繼續(xù)按間測方案執(zhí)行。