石牌水文站水位流量关系分析

【摘要】本文选用了有代表性的多年实测水位流量资料，对石牌水文站水位流量关系进行了综合分析，对于受变动回水影响，运用正常落差法对水位流量关系进行校正。

【关键词】水位流量关系；正常落差；石牌水文站

为适应水文体制改革，提高工作效率，减轻测站的工作量，在满足精度要求的前提下，对现有资料进行综合分析，找出规律，为下一步的巡测或间测工作提供可靠的依据。

1、影响水位、流量关系的因素及断面控制情况

石牌水文站水位15.5m以下在距基本水尺断面下游1050m处的皖河公路桥上，用EQC100-I型橋测车在桥梁的上游面实测流量，断面控制作用差。水位高于15.5m时，在基本水尺断面上游140m处的缆道断面用水文缆道实测流量，右岸为同马大堤，左岸为猫山嘴，断面控制作用较好。由于主河道纵坡缓，水位流量关系在洪峰水位高于16 .0m时，即呈逆时针绳套，每场洪水的套宽均不一致，遇连续性洪水时，绳套宽度均显逐步减小的态势，遇长江水位逐渐上涨的情形，水位～流量关系向左平移的趋势明显，即受变动回水影响，影响历时1-6个月不等，常发生的起始时间为5月中旬。测验河段河床组成均为上游携带来的中、细沙，冲淤变化频繁，总体趋势是偏于冲刷，变化情况见图1。但在水位达到18.0m时，断面冲淤引起的面积变化相对比重较小，但仍必须考虑。受变动回水影响时，采用连实测流量过程线法推求流量，其余时段采用连时序法和临时曲线法用水位推求流量。

由上述，可知影响石牌水文站水位～流量关系的主要因素是：

（1）当安庆站水位达13.0m时，即受变动回水影响；

（2）洪峰水位达16.0m时，受洪水涨落影响；

（3）受冲淤影响。

2、选用资料及分析方法

2.1资料的选用

选用1983、1991、1996年3年大水年实测流量资料，作为高水控制点，2004、2005年2年实测流量资料则可代表现状断面条件下中低水水位～流量关系特性。共计实测流量点据数百个，其中安庆水位与石牌水位相差特别小的点据，不能作为定线的依据。

2.2分析方法

鉴于影响因素的复杂性，石牌站水位、流量关系采用实测点据和历年最大洪峰流量及其相应水位两种方法分别绘制相关图，相互验证。实测资料17.0m以下关系线采用2004、2005年点据，高水关系线则综合考虑1983、1991、1996大水年点据。成果见图2和表1。历年最大洪峰流量和相应水位关系直接移用实测点拟定的结果，见图3。由图可见，实测点据所定关系线与历年最大洪峰点据配合良好，仅18.0m以下段关系线偏大，这是符合断面冲刷实际情况的。历年最大洪峰流量点据对应的安庆水位变幅为8.08～17.83，平均值为14.04m。已充分反映了安庆水位对石牌站水位～流量关系产生回水影响的综合效应。因此，拟定的关系符合河段水力特性，结果合理。

3. 以长江安庆水位为参数的水位、流量关系分析

3.1资料的选用

选取1983、1991、1996、1998、1999实测流量中受顶托影响的点据，因长江安庆水位对石牌站顶托影响起始水位值随皖河河底高程的变化不便界定，而长江水较低时对本次规划意义不大，故以安庆水位达14.00m为采用点据的标准。

3.2分析方法

在分析皖河口水位、安庆水位关系中已得出了皖河闸下与安庆2站之间的水位相关关系，以此关系求出石牌实测流量时刻对应的皖河闸下水位，皖河闸距石牌站之间距离为24.1km，石牌与皖河闸下之间的水位落差有时出现负值的不合理现象，似可归结为观测误差，因而将落差值小于0.20m的实测点据剔除，共计保留实测点据128个。

石牌与皖河闸之间的正常落差，枯水季节可由石牌水位减去皖河闸水位得出，为4.5m，发生洪水时正常落差则从实测流量成果中选定受顶托影响较小的最大落差，确定为6.0m。正常落差随石牌水位的变化规律应表现为以6.0为渐近线的曲线，此关系可优选确定，为方便起见，本次按下式计算，成果见图4。式中z为石牌水位。

Zn=-0.0064z2+0.4299z-0.2749

用正常落差法对水位、流量关系进行校正的基本关系式为：

Zn为正常落差，Qn为正常落差流量，Zm为实测落差，Qm为实测流量；β为落差指数，用试算法确定，试算步长为0.01，试算区间为〔0.3，0.5〕。以实测点据偏离单值化曲线相对误差的标准差为目标函数，确定落差指数为0.41（仍可进一步优选）。单值化关系见图5。

由图5点群分布可见，1983、1991年点据靠左，与点绘的1954、1980、1983、1996等年份水位—面积关系相比，其偏小幅度与历年水位面积关系曲线的偏小幅度基本一致。即1996年后因受大规模取沙影响，河道冲刷趋于加快。而1996、1998、1999、偏于曲线右侧的点据均属涨水点据，受洪水过程的附加比降影响明显，符合石牌站测验河段水力特性。

由率定的单值化曲线和落差指数，即可计算出安庆不同水位情形下石牌站对应的水位流量关系。成果见表2。

3.3成果验证

将石牌站历年最大流量及相应石牌水位、安庆水位作为验证本次成果的基本资料（安庆同时水位大于14.00m），结果见表3。误差是随着距率定资料时间逾远愈大的，前于率定资料的年份是正误差，后于率定资料的年份是负误差，断面冲刷影响是必须考虑的重要因素。而1969年特大洪水年份，洪水期间断面不断受到冲刷致使计算流量略偏小，是符合实际情况的。

4、结语

通过对石牌水文站水位～流量关系的综合分析，得出的结论是历年关系线与历年最大洪峰点据配合良好，受回水影响，可采用正常落差法对水位流量关系进行校正。为今后实行流量巡测提供了依据。

参考文献：

[1]《水文资料整编规范》（SL247-2012）

[2]《水文巡测规范》（SL195-2015）

作者简介：蔡结根（1961—），男，工程师，主要从事水文水资源工作