南县(罗文窖)站水位流量关系落差辅助站方案论证

黄长红　　黎炎庆　　潘　畅　　柳　鹏

(长江水利委员会水文局 长江中游水文水资源勘测局，湖北 武汉　430012)



南县(罗文窖)站水位流量关系落差辅助站方案论证

黄长红黎炎庆潘畅柳鹏

(长江水利委员会水文局 长江中游水文水资源勘测局，湖北 武汉430012)

摘要：在洞庭湖区原南县(罗文窖)站水位流量关系单值化分析方案中，以距该站上游约45 km的藕池河管家铺站为落差站，流量较小时，区间引水等水量损失导致低枯水期校正流量误差较大。为修正低枯水期校正流量误差，提高低枯水定线精度，在增设方案中，以距南县(罗文窖)站上游20 km梅田湖为落差辅助站。通过对2015年南县站全年流量单值化分析，并与原分析方案比较，发现增设方案在低枯水期落差能更好地反映与流量之间的关系，且30 m以下低枯水期流量可以通过单一线检验。因此以梅田湖为落差辅助站的南县(罗文窖)站水位流量关系单值化方案更为合理。

关键词：水位流量关系；分析方案；落差辅助站；南县(罗文窖)站；方案论证

1　概　述

南县(罗文窖)水文站是藕池河北支注入东洞庭湖的水情、沙情控制站，下距东洞庭湖入口约35 km(见图1)。测验河段顺直，测流断面在基本水尺断面下游215 m，河床由细砂组成，断面冲淤变化较大。南县(罗文窖)站为汛期站，以长江来水为主，全年4～11月通流，其水位流量关系呈复式绳套关系。影响水位流量关系的因素较为复杂，主要受上游洪水涨落影响，另外下游回水顶托及河段冲淤变化对水位流量关系也有一定影响。

图1　测站位置示意

经长江水利委员会水文局长江中游水文水资源勘测局批准，2009年南县(罗文窖)站以距其上游约45 km的藕池河管家铺站为落差站，按单值化方案布置测次。鉴于落差站距南县(罗文窖)站距离较远，长江来水流经藕池(管)站断面到下游团山寺后，藕池河分为西、北二支，西支经三岔河站断面后流入南洞庭湖，北支流经本断面流入东洞庭湖。流量较小时，区间引水等水量损失使得两站水位差特性发生变化，由于落差失真，低枯水期其落差不能完全与流量建立相关关系，从而导致低枯水期校正流量误差较大，因此单值化方案仅对30 m以下低枯水做总量误差分析，测点参与定线，但不参加定线精度检验。

为解决上述问题，进一步完善水文测验方式方法，应对该站水文特性和河床特性进行分析。自从2001年沱江上下口修建永久性涵闸和船闸后，藕池河(北支)梅田湖至南县河段区间无水汇入、流出，河道基本顺直。2009年初，在该站藕池河(北支)上游距其约20 km的华容县梅田湖镇设立临时水位观测站，收集资料用以重新分析南县站流量单值化方案。

南县站于2009年开始按单值化方案布置测次，梅田湖也于同年开始人工观测收集水位资料。在新方案中，通过对南县和梅田湖站2015年实测流量和水位资料进行分析，建立了以梅田湖为落差站的南县水位流量关系。

2　水位流量单值化原方案

目前采用的南县站水位流量单值化方案以管家铺水文站为水位落差站，计算校正流量的公式如下：

(1)

式中，q为校正流量因素，m3/s；Qm为实测流量，m3/s；ΔZm为落差，m；α为落差指数(α=1.082)。

计算落差的公式如下

(2)

式中，Z1为管家铺站基本水位,m;Z0为南县站基本水位,m。

还原计算公式

(3)

式中，Q为时段流量，m3/s；Qc为水位校正流量因素关系线上流量值，m3/s；其他参数意义同式(1)。

该方案单一线定线及检验遵循以下原则：30 m以下系低枯水期，按《水文巡测规范》4.3.5条款规定，作低枯水总量误差分析，测点参与定线，但不参加定线精度检验。

3　水位流量单值化新方案

新方案以梅田湖水位站为落差站，公式与原方案基本一致，计算校正流量的公式同式(1)。计算落差的公式如下

(4)

式中，Z0为南县站基本水位，m；Z1为梅田湖站基本水位,m。

还原计算公式同式(3)。

该方案全部测点均参加单一线定线及精度检验。

4　新方案精度分析

4.1精度分析

用式(1)对南县站2015年28次实测流量资料分别进行单值化分析计算，结果如表1所示。

原方案规定30 m以下低枯水测点不参加单一线精度检验，但为了说明以梅田湖为落差站可以有效改进低枯水定线精度，分析中全部测点均参加检验。从表1可以看出，原方案以管家铺为落差站，若全部测点参加检验，其不确定度为14.28%，不能满足《水文资料整编规范》SL247-1999二类巡测站单一线不确定度小于14%的定线要求。新方案以梅田湖为落差，其不确定度为12.62%，满足规范要求。可见，以梅田湖水位站为落差站的新方案可有效提高低枯水校正精度。

表1　南县(罗文窖)站水位流量关系单值化分析精度统计

4.2精度验算

为检验新单值方案推求流量的精度，对新方案计算的2015年校正流量进行还原计算，与原方案推求结果相比较，计算并统计两种方案推算的各时段流量、洪量以及极值误差。

4.2.1月、年平均流量误差统计

分别统计2015年月、年平均流量误差、年径流量误差，结果见表2。

表2　南县(罗文窖)站 2015年月、年平均流量误差统计

从表2统计结果可以看出，与原方案相比，新方案各月平均流量误差为-1.69%～3.55%，年径流量误差为 0.15%，均能够满足流量资料整编要求。

4.2.2日平均流量过程线对比

图2为两种方案推得的逐日平均流量过程线。由图可以看出，两种方案还原所得流量过程线较好的重叠，能够满足整编要求。

图 2　南县(罗文窖)站 2015年日平均流量过程线对比

4.2.3短期洪量对比误差

分别统计两种方案，推得2015年最大1日、3日、7日、30日、60日洪水总量，统计误差见表3。

表3　南县(罗文窖)站2015年短期洪水总量误差统计

由表3统计结果可以看出，两种方案，不同时段洪水总量相对误差在-0.70%～2.45%以内，均能够满足流量整编要求。

表4　南县(罗文窖)站2015年月、年最大最小流量误差统计

由表5可以看出，3次洪水过程最大误差为1.96%，最小误差为-0.72%，均可满足《水文巡测规范》SL195-97表 4.3.3要求二类站一次洪水总量允许误差±6.0%的指标。

表5　南县(罗文窖)站2015年洪峰总量误差统计

5　结　语

以梅田湖水位站为落差站，建立南县(罗文窖)站水位校正流量因素单值化数学模型，并分析2015年实测流量资料，点绘水位-校正流量关系曲线，经各项误差检验，新方案检验结果均在误差允许范围之内。

与原方案相比较发现，由于梅田湖与南县的距离较管家铺近，因此在低枯水期落差能较好反映与流量之间的关系，使得30 m以下低枯水期流量可以通过单一线检验，优于原方案，且可提高本站各时段径流量和特征值的精度。因此在梅田湖镇正式设立落差辅助水位站，作为南县(罗文窖)站水位流量关系进行单值化推流的方案可行。

参考文献：

[1]张亭，吴尧. 汉口水文站水位流量单值化方案及其应用[J]. 人民长江，2014，45(9)：39-42.

(编辑：唐湘茜)

4.2.4月、年最大和最小流量相对误差

分别统计两种方案中月、年最大和最小流量误差，具体成果见表4。

由表4可以看出，各月最大流量误差为-0.52%～3.35%，最小流量误差为-6.91%～3.34%，极小值误差较大，年极大值误差为2.36%，满足单一线定线精度要求。由于原方案低枯水测点校正流量误差较大，因此不参加检验，但低枯水总量误差在允许范围内，而新方案低枯水均能通过检验，因此低枯水还原流量有微小差别，新方案低枯水流量更加精确。

4.2.5全年最大3次洪水绳套线比较

南县(罗文窖)站水位流量关系呈复式绳套关系，比较两种方案推求出2015年全年最大的3次洪水水位流量关系线(见图3～5)，并统计出洪峰总量的相对误差(见表5)。

图3　南县(罗文窖)站 2015年第1次洪水过程

图4　南县(罗文窖)站 2015年第2次洪水过程

图5　南县(罗文窖)站 2015年第3次洪水过程

由图3-5可以看出，两种方案还原所得的流量的绳套形状基本吻合。

收稿日期：2016-05-15

作者简介：黄长江，男，长江水利委员会水文局长江中游水文水资源勘测局，工程师.

文章编号：1006-0081(2016)07-0011-03

中图法分类号：P332.4

文献标志码：A