坝河桂花园（二）站水位流量关系单值化分析

◎刘剑军

1 概况

1.1 流域概况

桂花园水文站是汉江一级支流坝河流域的控制站，位于汉江南岸。该流域属于雨源性河流，北亚热带北缘湿润气候区，气候温暖湿润，四季分明。多年平均降水量为802.0mm，多年平均年蒸发量为762.4mm，年均日照时数为1717小时，无霜期平均231天。

坝河发源于陕西省安康市平利县光头山，经平利、汉滨、旬阳三县（区），在旬阳吕河镇西汇入汉江，全长128.2km，流域面积2080km2，平均比降3.88‰；流域地质结构土壤为粘质、砂层粘土，岩石多为片岩和千枚岩；流域内植被较好，森林覆盖率平均在63%以上，水能蕴藏量丰富。

测区内设有兴隆、平利、金岭、秋平4处雨量站，2012年中小河流建设新增雨量站9个,形成了雨量控制站网。降水主要受季风影响，时空分布不均，全年降水多集中于7月～9月，平均占全年降水量的50%以上。

1.2 测站概况

桂花园水文站是坝河干流控制站，属省级重要站，位于陕西省安康市旬阳县桂花园镇。该站于1963年3月设立，1984年1月1日原观测断面由于受汉江洄水顶托影响，上迁3km至旬阳县桂花园镇，现观测断面地理位置东经109°20′，北纬 32°42′，控制流域面积1275km2，距河口距离7.3km。

该站测验项目有水位、流量、泥沙、降水、蒸发。实测建站以来出现最大流量为 2280m3/s（2010年 7月 19日），历史调查最大流量为1750m3/s（1934年7月），多年平均径流量5.06×108m3。多年平均输沙量46.78×104t，侵蚀模数338.2t／km2。

2 断面变化分析

2.1 测验河段概况

该站基本断面以上500m处有水电站一座。由于受上游水电站坝区拦蓄水，电站调闸等影响，改变了天然河流的水量变化规律，也给测验工作带来难度，特别是受发电随时蓄放水影响，导致水位变化频繁，水流状态复杂化，低水测验十分困难，测流时机及过程难以控制。

图1 桂花园站（二）断面布设图

图2 坝河桂花园（二）站历年大断面图

测验河段顺直，河床为沙卵石组成，测验断面河宽100m，左岸起点距32m处为人工砌护高4.6m垂直堤岸，右岸为自然陡山体，中泓位置在50m～70m之间，主流偏于右岸，河道断面基本稳定。设上浮标（兼上比降）断面，基本水尺断面兼流速仪测流断面（兼浮标中断面），下浮标（兼下比降）断面，上、下断面间距100m。测验河段断面布设见图2。

2.2 基本断面变化分析

根据2010年～2013年断面实测资料分析，其平均河底高程冲於变化不大。每年洪水过后断面局部有冲於现象，但总体冲淤变化不显著，河底高程变化不大；从每年的水位面积关系来看，断面冲於受洪水涨落影响也不显著，历年大断面以及平均河底高程变化见图2、表1。

表1 桂花园（二）站平均河底高程表

3 水位流量单值化分析

3.1 分析资料的选取

2010年测验断面上游水电站正式投入运行后，水位流量关系发生了新的变化，资料的一致性难以保持，故选取2010年～2013年全部实测213次流量资料系列分析。由于上游水电站发电闸门启闭等因素的影响，舍弃低水突出点5次，实际参加分析的有208次，占全部测次的97.7%，水位变幅7.31m。资料系列内包括：实测历史最高水位309.58m（2010年7月19日），实测历史最大流量2280m3/s，实测最低水位302.27m（2013年2月22日），实测最小流量0.028m3/s。

3.2 历年水位流量关系变化情况

影响河道水位流量关系的因素较为复杂。但当影响其测站特性的因素相对稳定时，其断面水位流量关系也基本稳定。2010年前该站水位流量关系为多线型临时曲线，2010年测验断面上游水电站正式投入运行，影响基本断面水位流量关系的主要因素发生了变化。断面水位流量关系由原来受河道自然来水影响，变为主要受上游水电站蓄放水变化影响，尤其在低水部分较为突出，分别表现在水位在302.45m，303.20m和 303.30m，流量分别在 0.299m3/s～0.368m3/s、22.4m3/s～28.9m3/s和 31.4m3/s～36m3/s之间；在这三级不同水位级中流量测次达110次，占全部分析资料测次的51.6%，且同级水位下流量相等的测点较多。受上游水电站控制影响，该站2010年以后水位流量关系连续3年呈单一线，水位流量关系稳定。

3.3 水位流量单值化综合曲线关系分析

根据《河流流量测验规范》（GB50179-93）的要求，按《水文资料整编规范》要求（SL247-2012），点绘“水位流量”关系总图与放大图，水位与实测流量、定线流量建立水位流量关系综合曲线，见图3。从图3可以看出，历年综合关系曲线点群集中，自然成一带状，各年实测点分布均匀，综合关系曲线关系较好。

4 综合关系曲线误差评定

4.1 误差评定标准

按《水文资料整编规范》（SL247-2012）要求，对所确定的水位流量综合关系曲线进行标准差等三项检验。单一曲线的标准差及随机不确定度按下式计算：

式中，Se——实测点标准差，%；

Qi——第i实测点的流量（作为单值化处理的单一线中第i次校正流量或校正流量因素），m3/s；

Qci——第i实测点的流量Qi相应水位的曲线上的流量，或作为单值化处理的单一线中第i次校正流量或校正流量因素相应的曲线上的校正流量或校正流量因素，m3/s；

n—实测点总数。

随机不确定度按X'Q=2Se,X'Q表示置信水平为95%的随机不确定度。

误差指标按《水文资料整编规范》（SL247-2012）要求控制，标准见表2。

表2 水位流量关系定线精度指标

图3 历年水位流量单值化综合曲线图

表3 坝河桂花园（二）站2010年～2013年水位流量关系曲线检验计算表

表4 坝河桂花园（二）站2010年～2013年水位流量关系曲线检验计算表

表5 坝河桂花园（二）站2010年～2013年水位流量关系曲线检验计算表

表6 桂花园站历年水位流量综合关系曲线误差评定成果表

表7 桂花园站历年水位流量综合关系曲线误差评定成果表

表8 桂花园站历年水位流量综合关系曲线误差评定成果表

4.2 误差计算及评定

4.2.1 误差计算

按上述《水文资料整编规范》（SL247-2012）要求的方法计算历年综合关系曲线误差成果见表3、表4、表5。其中，表3流量为0.0～1.00m3/s级，表 4流量为 1.00m3/s～2280m3/s级，表5流量为0.0～2280m3/s。

4.2.2 误差评定

桂花园（二）站历年水位流量综合关系曲线误差评定成果见表6、表7、表8。其中，：表6流量为0.0～1.00m3/s级，表7流量为1.00m3/s～2280m3/s级，表8流量为0.0～2280m3/s。

5 结论

从表 3、表 4、表 5 及表 6、表 7、表8可以看出，流量在1.00m3/s以上级的系统误差、随机不确定度等各项指标均满足《水文资料整编规范》（SL247-2012）要求，可实现水位流量关系单值化，用综合线推流能保证流量精度；流量在1.00m3/s以下级的随机不确定度指标不能满足《水文资料整编规范》（SL247-2012）要求，目前还不能实现水位流量关系单值化。究其原因，主要由于低水受水电站蓄放水影响，测流时机较难把握，导致各水位级测点分布不均及流量测验单次质量不高所造成的。

建议桂花园（二）站流量在1.00m3/s以上停止流量测验；在今后的工作中不断积累经验，采取措施把握好测流时机，不断提高单次质量，争取早日彻底实现该站水位流量关系单值化。陕西水利