水位后移法在常乐水文站水位流量单值化分析中的应用

刘惠雯，曾秀华，林国鸿，邓建明，韦蔚来，钟许松

（广西沿海水文中心北海水文测报中心，广西 北海 536000）

1 流域概况

1.1 地理位置

南流江位于广西东南部，是广西独流入海第一大河，发源于玉林市北流市大容山南侧，自北向南流。流经北流市、玉林市玉州区、玉林市福绵区、博白县、钦州市浦北县、北海市合浦县6县（市、区），于合浦县注入北部湾的廉州湾，全长285 km，流域面积9232 km2，平均坡降为0.35‰，是桂南沿海流域面积最大、流程最长的独流入海河流。

1.2 气象及水文特征

南流江流域地处南亚热带，北枕大山，南临海洋，属南亚热带向热带过度的季风气候区。年均气温21.5～23.1℃，年降水量为1400～1900 mm。夏季盛行偏南风，冬季盛行偏北风，但由于海陆风的调节，与内陆同纬度地区相比，夏天偏凉，冬天偏暖，全县无霜期平均每年350 d，光照充足，雨量充沛。受台风影响，暴雨集中，水位易暴涨造成洪涝灾害。

南流江流域丰水期4～9月的径流量占年径流量的80.6%，6～9月的径流量占年径流量的63.1%。多年（1956—2000年）平均年径流量为49.97亿m3（按常乐水文站天然径流量计算）。

1.3 站点基本情况

常乐水文站是国家基本水文站，设立于1952年，位于合浦县常乐镇，是珠江流域南流江重要控制站。常乐水文站集水面积为6645 km2，主要测验项目有：水位、流量、水质、泥沙、降水、蒸发、水温、岸温。自建站以来最高水位18.770 m（1967-08-06）（85基准，下同），最低水位10.34 m（2021-07-18），实测最大流量4860 m3/s（1967-08-06），实测最小流量13.7 m3/s（2021-07-18）。

常乐水文站测验河段顺直约900 m，主槽位于左岸，左岸断面处建有护坡，右岸由沙砾石与沙壤土组成，岸坡平缓稳定。河底为砂卵石构成，无水生植物影响，河床因河段抽沙冲刷逐年降低。水位在18.50 m时右岸漫滩分流，19.50 m以上左岸也有分流，高水漫滩宽度左岸2005 m，右岸2100 m。

2 资料选用

2.1 历年资料情况

本站从1953年5月开始流量测验，1956年1月1日～7月31日停止流量测验，1956年8月1日恢复流量测验至今。1953年5月～2012年4月采用测船、转子式流速仪进行流量测验，2012年5月～2015年5月采用缆道、转子式流速仪进行流量测验，2015年6月至今采用缆道、走航式ADCP进行流量测验，1953年5月～1980年12月采用连时序法进行整编，1981年1月至今采用单一线进行整编。

2.2 分析资料情况

选用2013—2021年实测资料进行分析，从分析资料查得实测最高水位17.11 m（2013-11-12），相应流量2480 m3/s；实测最大流量为2710 m3/s（2015-10-07），相应水位16.23 m；实测最低水位10.34 m（2021-07-18），相应流量（最小流量）为13.7 m3/s。

2.3 选用资料的合理性分析

根据《河流流量测验规范》（GB 50179-2015）规定，实测流量及相应水位的变幅已控制历年（包括大水、枯水年份）水位变幅的80%以上。资料的可靠性、一致性、代表性均良好。

3 单值化分析

3.1 水位后移法原理

常乐水文站受洪水涨落影响，测验河段基本稳定且下游无变动回水影响，本次采用抵偿河长法中的水位后移法来进行单值化分析[1]。即用实测流量与测流平均时间后移一个时段的水位建立关系，使绳套曲线转化为单一的水位流量关系曲线。后移时间T为洪水波在抵偿河长L的传播时间Γ的1/2，即T=Γ/2[1]。

3.2 后移时间的确定

在历年的水位流量关系图中，选取几个具有代表性，涨落率较大的测点，量出各测点距离稳定的水位流量关系曲线的水位差值，除以相应的涨落率得到水位后移时间，初步确定后移时间为20～30 min。试错法确定Z～Q关系曲线：给定各种不同的后移时段，以测流平均时间后移一个时段后的水位与实测流量建立关系，以满足单一曲线定线要求且水位流量关系曲线不确定度最小者为最优。通过试错法，确定常乐水文站后移时间30 min为最优[2]。

3.3 定线推流

根据后移水位、实测流量数据绘制各年的水位流量关系曲线，按照《水文资料整编规范》（SL/T 247-2020）进行适线检验、符号检验和偏离数值检验，计算各年关系线标准差、随机不确定度及系统误差，与后移前进行对比[3]。单值化前后关系线检验结果见表1。

表1 单值化前后关系线检验结果表%

从表1可看出，单值化后各年关系曲线符合检验，适线检验，偏离数值检验均合格，满足《水文资料整编规范》（SL/T 247-2020）要求，一类精度站单一线系统误差为±1%，随机不确定度±8%。说明单值化关系线符合定线误差，定线合理。系统误差在允许范围内，成果合理。

挑选2013、2019、2020年分别代表丰、平、枯水年，计算其年、汛期（4～9月）、低水枯期后移前后径流总量，并进行误差分析。因2013年最高水位出现在11月，2013年汛期径流总量计算采用4月25日～9月24日、10月25日～11月24日的径流总量。低枯水期径流总量取年径流总量减去汛期径流总量计算而得[4]，计算结果见表2，结果均符合《水文巡测规范》（SL 195-2015）第4.5.3、4.5.5条规定。

表2 不同时段径流总量误差统计表

汛期总量低枯水期总量单值化后（108 m3/s）单值化前（108 m3/s）误差/%允许误差/%单值化后/（108 m3/s）单值化前/（108 m3/s）误差/%W枯/W年允许误差/%57.36 57.32 0.07±3.0 19.04 19.03 0.05 0.25±2.5 34.28 34.26 0.06±3.0 10.58 10.59-0.09 0.24±2.5 17.24 17.24 0±3.0 9.53 9.52 0.11 0.36±2.5

挑选2013、2019、2020年中最大洪水过程，分别计算后移前后一次洪水径流总量，并进行误差分析，结果见表3，计算结果均满足《水文巡测规范》（SL 195-2015）第4.5.3条规定。

表3 一次洪水过程径流总量误差统计表

4 结论

（1）常乐水文站水位流量关系可采用水位后移法进行单值化处理，可按水位级均匀布设测次，大大减轻了流量测验任务。

（2）经过单值化处理，可采用本站水位后移法进行整编，后移时间为30 min。经过关系曲线检验，满足规范要求，可作单值化处理并应用于资料整编。