阿勒泰水文站水位流量关系单值化探讨

古米娜·哈木斯别克

（阿勒泰水文勘测局，新疆 阿勒泰 836500）

1 测站概况

阿勒泰水文站为克兰河流域（额尔齐斯河支流）内的区域性控制站，流域集水面积1565 km2，属于国家级二类精度测站，阿勒泰水文站克兰河断面宽为55.4 m，水深最大值≤3.2 m。克兰河流域主要依靠阿尔泰山南坡季节性融雪补给，时间集中在4月～10月，其中4月～6月中旬为洪水期。阿勒泰水文站断面控制情况良好，河道顺直，断面河床主要由细沙和卵石构成，无明显冲淤变化，水位流量关系简单，河床主流垂线布设较为密集，边滩则稀疏。

2 测流断面河床变化情况分析

2.1 横断面图比较法

选择阿勒泰水文站2007年～2013年汛前基本水尺断面资料和2014年～2016年汛前汛后基本水尺断面资料各一次，并绘制测站近十年来大断面图，进行断面变化情况的具体分析，见图1。由阿勒泰水文站历年大断面图可以看出，在4.0 m～12.5 m的起点距范围内断面较稳定，其较大的冲淤变化主要出现在起点距22.0 m～73.0 m的范围，而且冲淤程度不同，属于局部冲淤，时程上则属于不经常性冲淤，水位流量关系单一。73.0 m～102.5 m范围内中高水流量主要受到作物种植的影响，而对断面形状和大小则并无影响。102.5 m～110.0 m则为陡坎和局部塌陷，并不影响测站水位流量控制。

图1 阿勒泰水文站历年大断面图

2.2 河底高程过程线法

根据阿勒泰水文站历年实测大断面情况，可以进一步求得历年不同测次断面高程的平均值，并进行平均河底高程过程线的绘制，见图2。由图得知，2007年～2016年测站河底高程最大值为26.02 m，最大冲刷为25.58 m，多年间河床淤积交替进行，断面并无较大变化，河床较稳定。

图2 阿勒泰水文站历年平均高程变化图

由上述分析可知，阿勒泰水文站河道断面年际变化较小，2007年、2008年、2014年河床淤积，2009年、2013年和2015年河床冲刷，2010年～2012年河床冲淤变化小，由于受到不经常性的冲淤影响，冲淤交替进行，河床较为稳定，此外，阿勒泰水文站为不经常且局部性冲淤类型，断面稳定性较高。

3 水位流量单值化分析

3.1 历年流量测验情况

本次研究所用的阿勒泰水文站历年流量资料均采用电动缆道流速仪测流，低枯水则通过涉水施测，表面流速测速方法采用历时100 s一点法（相对水深η=0.6）或两点法（相对水深η=0.2、0.8）[1]，对于特殊情况测速历时缩短为50 s。所采用测验方法完全符合《河流流量测验规范》（GB 50179-2015）要求。

3.2 典型年的确定

进行测站水位流量关系单值化分析并不需要测站实测年份的全部水文资料，根据《水文巡测规范》（SL 195-2015）相关要求，将阿勒泰水文站所有实测年份的流量年均值按由大到小的次序依次排列，并标注序号及所对应的年份，具体如表1。

表1 阿勒泰水文站流量年均值序列表

根据下式计算典型年序号：

式中：m为保证率为P的流量均值典型年序号；n为实测年份。

根据式（1）可得：丰水年保证率P=10%时，m=5；平水年保证率P=50%时，m=25；枯水年保证率P=90%时，m=48。在表1中可以查得丰水年为丰水年为2005年，平水年为2013年，枯水年为2015年。同时根据《水文巡测规范》（SL 195-2015）“至少7年以上连续资料系列，并应包括高、中、低水年和不同水情资料”的相关要求，确定阿勒泰水文站水位流量关系单值化研究的典型年为2005年～2015年共10年。

3.3 历年水位流量关系演变

阿勒泰水文站2004年末测验断面下游河道开挖对低水位测验流量存在一定影响，故选取2005年～2015年共10年的水位流量资料，过点群中心点绘阿勒泰水文站水位流量关系曲线，见图3。根据《水文巡测规范》（SL 195-2015）的要求，对于无法进行单值化处理的非单一性水位流量关系曲线，在给定的时间内和同一因素的影响下，水位流量关系点距较为密集且呈带状，且阿勒泰水文站水位流量关系影响因素呈多条单一线[2]。此处将阿勒泰水文站涨退水部分分别定线，依据1998年和2014年的中高水实测数据作为中高水水位流量关系曲线拟定的依据。结合历年水位流量曲线的分析成果，阿勒泰水文站最高水位和最大流量所对应的水位差为0.1 m。

图3 阿勒泰水文站水位流量关系曲线

3.4 水位流量关系曲线的检验

3.4.1 检验依据

本文所进行的阿勒泰水文站水位流量关系单值化研究主要依据的技术规范包括《水利技术标准编写规定》（SL1-2002）和《水文巡测规范》（SL 195-2015）。根据《水利技术标准编写规定》（SL1-2002），当水位流量临时曲线上测点≥10点，则关系点子呈带状分布，系统偏离不明显，75%的关系点子与水位流量关系曲线偏离的相对误差限度为：关系点较为密集的测站流速仪中高水误差≤±5%，流速仪低水误差≤±8%；关系点较为散乱的测站流速仪中高水误差≤±8%，流速仪低水误差≤±10%[3]，显著性水平α具体情况见表2。

表2 显著性水平α的选取依据

《水文巡测规范》（SL 195-2015）规定，水位流量关系点子密集且呈带状分布，无显著偏离情况下，一类精度水文站系统误差绝对值≤1%，其余精度水文站系统误差≤2%，实测关系点距和水位流量关系定线误差符合下表所允许范围时，则可进行单一线的确定。

表3 流速仪法测流的单一线定线允许误差

3.4.2 水位流量单值化关系的检验

（1）流量关系点对综合关系线的相对误差

实测流量关系点对综合关系线的相对误差（标准差）计算如下：95%置信水平的随机不确定性相对值计算如下：

进行阿勒泰水文站2005年～2015年的实测水位流量资料及水位流量综合曲线上流量的符号检验、适线检验和偏离度检验，结果显示，涨水和退水水位流量综合曲线随机不确定度均为9.2%，系统误差均为0.4%，具体见表4。检验结果符合《水文巡测规范》（SL 195-2015）有关二类精度水文站流速仪法测流的单一线定线精度系统误差≤±2%，中水随机不确定度≤14%，高水随机不确定度≤12%的规定。

表4 阿勒泰水文站水位流量综合曲线检验结果

（2）时段总量及其误差

选取阿勒泰水文站具有代表性的丰、平、枯水年水位流量资料并借助水位流量综合线推流，求得年总流量、汛期总流量、一次洪水总量具体值并计算其与原整编值的相对误差[4]，结果表明，年总流量误差为-2.45%，在±3%的范围；汛期总流量误差最大值为-2.45%，在±3.5%的范围；一次洪水总量误差最大值为-5.10%，在±6%范围内，符合《水文巡测规范》（SL 195-2015）对二类精度测站的相关要求，具体结果见表5。

表5 阿勒泰水文站各时段总量及误差评定结果

由表5可知，阿勒泰水文站单值化综合曲线检验结果符合单值化分析及规范要求，检验通过，采用原水位流量关系线推求阿勒泰水文站水量与单值化所推求年平均水量比值符合水量平衡分析结果。

4 结论

点绘阿勒泰水文站2005年～2015年的实测水位流量关系曲线及分析表明，综合曲线均通过了符号检验、适线检验和偏离度检验，随机不确定性及系统误差均符合《水文巡测规范》（SL 195-2015）的相关要求，单值化综合线所推求的水量与多年水量平衡分析结果合理。由于水位流量综合线符合单值化分析和巡测相关规范误差范围，而且符号检验、适线检验和偏离度检验均通过，今后阿勒泰水文站全年流量测次按单一线布置，流量测验次数保持在7～15次/年，就能满足测站当年水位流量关系测验以及各类水文要素推算的需要，同时，传统水位流量测验方式下的人力资源得到极大释放，为中心流域检测系统工作的开展提供了人员、技术保障。