宁县水文站巡测方案可行性分析

田瀛莉

（甘肃省庆阳水文水资源勘测局，甘肃庆阳 745000）

1 测站基本情况

1.1 流域概况

九龙河隶属于黄河流域泾河水系，发源于子午岭西麓的龙池村，在宁县县城汇入马莲河，流域面积642 km2，河长56 km，河道平均坡降7.25‰，宁县境内流域面积334.4 km2。在川口以上分为左家川和嘉峪川2条支流，九龙河水系如图1所示。

图1 九龙河水系图

宁县水文站设立于1983年1月，位于东经107°56′43.6″、北纬35°28′46.9″，地处甘肃省宁县新宁镇九龙村，集水面积632 km2，至河口距离3.2 km，距庆阳市（庆阳水文局）60 km，现有职工3人。

1.2 水文特性

据宁县水文站37年实测资料分析，多年平均降雨量566.3 mm，多年平均水面蒸发量1 076.4 mm。多年平均径流量1 247万m3，多年平均流量0.395 m3/s，实测最大洪峰流量456 m3/s（发生在1996年8月1日）。汛期降水大部分以暴雨形式出现，容易造成水土流失和山洪灾害。

1.3 水文测验现状

水文测验设施主要有水文缆道1处，雷达水位计1套，直立式水尺3组，水位以人工观测为主，非汛期（1—4月、11—12月）水位停测。流量采用LS10、LS25-1型流速仪或浮标法进行流量测验。设有4 m×6 m标准气象观测场，降水量采用融雪式雨量计和人工雨量器并行观测，蒸发量采用20 cm口径蒸发器人工观测。

2 改变测验方式的可行性分析

2.1 测站来水特性分析

统计1983—2019年宁县水文站逐月降雨量、径流量资料，并点绘降水量、径流量年内分配和径流量年际变化图（见图2-4）。

图2 宁县水文站降水量年内分配图

图3 宁县水文站径流量年内分配图

图4 宁县水文站径流量年际变化图

降水量年内分配极不均匀。主要集中在7、8、9月，平均降水量315.9 mm，占全年降水量的55.7%，1至4月、11月、12月平均降水量85.1 mm，仅占全年降水量15.0%。径流量年内分配与降水量分配基本相应，46.6%的径流量集中在7、8、9月。而1至4月、11月、2月占全年径流量的32.1%。径流年际变化大，枯水、丰水年交替出现，枯水期较长，多年总体变化呈下降趋势。

2.2 断面变化情况

宁县水文站测验河段长度100 m，测验河段较顺直，主河槽为窄深，左岸滩地种植树木，右岸为陡坡，低水受断面冲淤影响，上下游均有弯道控制，断面控制较好。河床由砂卵石组成，测验河段无分流串沟。根据1995—2019年历年大断面图（见图5）可以看出，断面冲淤变化不大，相对稳定。

图5 宁县水文站大断面图

2.3 流量测次及洪水历时分析

统计本站1996—2019年的实测流量资料，流量测次非汛期占全年总测次的12%，汛期各月占全年总测次5%～27%，其中7月、8月测次占全年总测次的52%，占汛期总测次60%。

2.4 洪水特性

2.4.1 洪水频率 建站以来最大洪峰流量456 m3/s，相应水位996.91 m，采用宁县站37年实测资料系列，洪峰流量均值64.8 m3/s，洪峰流量采用P-Ⅲ型配线，离差系数Cv=1.43，偏差系数Cs=2.5 Cv。洪峰流量频率见表1。

表1 宁县水文站洪水流量频率

2.4.2 洪水分布 近年来，九龙河流域大力开展植树造林，退耕还林还草，修建反坡梯田建设，发生洪水次数明显减少，洪峰流量呈逐年递减趋势，2006年以后递减趋势尤为明显（见图6）。

图6 宁县水文站洪水年分布图

2.5 水位—流量关系分析

宁县水文站洪水主要发生在100 m3/s以下，设站以来100～200 m3/s的洪水过程仅有7次，且都是发生在2001年以前，高水段仅有1996年一次实测洪水过程，实测流量为456 m3/s。经分析，宁县水文站水位—流量关系中低水散乱，高水段仅有一次实测洪峰过程，历年水位—流量关系呈带状分布，线性趋势基本一致。按照《水文巡测规范》（SL195-2015）合并定线精度要求，三类精度水文站单值化允许随机不确定度指标（高水17%、中水19%），采用1984—2019年流量资料进行合并定线，相对误差为±15.6%～±37.5%，流量越小，误差越大，超出合并定线精度要求，故不能合并定线，做单值化处理。

2.6 流量测验次数精简分析

依据《甘肃省庆阳水文水资源勘测局巡测方案（1995年）》宁县站非汛期（1—4月、11—12月）实行定日（每月15日）测流，月平均流量采用固定测流日的日平均流量值推求，因此只对汛期流量测次做精简分析。

选用2016—2020年汛期（5—10月）实测流量资料进行测验次数精简分析，年最大流量在1.90～19.6 m3/s。在精简流量测次后，重新定线推流试算径流量，对能合并的关系线进行了并线。流量测点精简原则是：在正常来水（平水期）时，选取每月15日附近一个流量测次，期间有洪水发生时，一般选取2～5个左右测次，测次较均匀的分布于洪水涨、峰、落的过程中，当发生变线时，适当加密流量测次。总之，要求流量测次的布置数量能满足定线推流条件，每条水位流量关系曲线的点据不少于5个，高水延长不超过30%，低水部分不超过15%。计算所得月平均流量与精简前（驻测期间）月平均流量进行比较分析，推求年径流量。

用下列公式对巡测（精简后）和精简前（驻测）推算的流量进行误差计算：

式中，σ为相对误差（%）；Qi为巡测流量（m3/s）；Qo为驻测流量（m3/s）。

流量测次精简后的关系线精度及计算的径流流量误差见表2。流量测次精简后汛期测次平均为22次，比原来减少40%。精简后水位流量关系线（临时曲线或单一线）精度符合《水文资料整编规范》（LS247-2012)第3.3.2条系统误差不超±2%，随机不确定度不超11%（巡测站可增大2%～4%）的指标。推求的流量均符合《水文巡测规范》LS195-2015)第4.2.4中三类站年径流量允许相对误差不超过5.0%的规定（见表2）。

表2 宁县水文站汛期（5-10月）流量测次精简分析

3 巡测方案

根据宁县水文站工作任务、水文特性、交通、通讯状况及现有测验设施设备情况，通过以上初步分析，已满足《水文巡测规范》（SL195-2015）第4.2.4中的3项：“c）水位流量关系不呈单一线的测站，全年采用巡测资料推算流量，年径流量的误差三类精度站不超5%；d）枯水期采用定期测流者；e）水位流量关系不呈单一线的测站，当距离巡测基地较近，具备交通、通信条件，能按水情变化及时施测流量者”规定条件，流量可实行巡测。

由于目前宁县站现有设施设备现代化水平较低，为保证完成工作任务，建议宁县站采用“委托+巡测”方式进行测验。

3.1 测验方式

3.1.1 降水量、蒸发量观测 降水量采用融雪式雨量计以遥测数据为主，人工为辅。蒸发量委托员人工观测。

3.1.2 汛期观测 水位非汛期（1—4月、11—12月）停测，汛期（5—10月）由委托员每日2时、8时、14时、20时4次人工观测，根据水情变化随时加测以控制水位涨落变化过程。

3.1.3 流量测验 流量测验由庆阳水文局巡测队负责进行巡测，巡测队密切关注水雨情变化，掌握流域气象预测预报信息，随时通过视频监控系统监测本站水文信息，做好巡测和驻守协助测验的准备，确保水文数据测得到、测得准、报得出。

非汛期（1—4月、11—12月）每月在15日巡测流量1次。汛期（5—10月）每月巡测2～3次，按水位变化均匀布置测次，有洪水时加测，必须控制起涨、峰顶、峰谷及转折点，施测完整过程，每次较大洪峰过程不少于5次，汛期测次不得少于15次。

3.1.4 水情报讯报送 水情报讯由庆阳局水情科按照水情报讯任务书按时报送。

3.1.5 资料整编 资料整编执行《水文资料整编规范》（LS247-2012）规范要求，采用南方片“水文资料整编系统HDP5.0”在线整编，日清月结。非汛期（1—4、11—12）采用定日平均流量值推求；汛期（5—10）月采用临时曲线法推流，应符合三类精度水文站定线标准，水位—流量关系曲线系统误差不超过±2%，随机不确定度不超过15%。

3.2 巡测路线

宁县水文站距宁县县城3.5 km，距庆阳水文局（庆阳市）60 km，省道202、303及青兰高速联通，交通便利。路线一：从庆阳市出发，驾车沿G244经肖金、长官村、沿G327至宁县县城到宁县水文站，全程61 km用时约1.3 h。路线二：从庆阳市出发，驾车沿青兰高速到宁县路口，沿G327至宁县县城到宁县水文站，全程64 km用时约1.2 h。路线三：发生特殊情况也可乘坐庆阳至宁县高铁大约40 min内即可到达。

4 结论

通过对宁县水文站交通状况、测验设施设备、河道水文特征等情况及多年水文资料的初步分析，其成果满足《水文巡测规范》（SL195-97）中基本水文站巡测指标的要求。可依托现有测验设施，充分利用水文自动化监测设备，采用“委托+巡测”运行模式进行测验，有序推进“有人看管、无人值守”的现代测站管理模式，更好地为河长制及生态文明建设提供技术服务。