西安市皂河长安断面水位流量关系曲线率定分析

崔 俊

（西安水文水资源勘测中心，陕西 西安 710100）

1 前言

根据中共中央2011年1 号文件《国务院关于实行最严格水资源管理制度的意见》《水利部国家发改委关于全国重要江河湖泊》《全国水资源综合规划》和《全国水利发展“十二五”规划》的要求，全国重要江河湖泊水功区水质达标率在2015 年要达到60%，2020 年要达到80%，据此水利部确定以COD和氨氮两项指标统计，黄河流域重要水功能区水质达标率2015 年达到62%，长江流域水质达标率在2015 年要提高到78%；按照这一要求，经与流域机构协调，以COD和氨氮两项指标统计，陕西省黄河流域重要水功能区水质达标率2015年达到60%，陕西省长江流域水质达标率在2015年要提高到79%。

以2010年为基础，在现状评价的基础上，结合现状入河量和纳污能力，综合考虑，确定陕西省2015年重点水功能区达标率不低于69.7%，其中长江流域达标率应不低于81.6%，黄河流域应不低于60.8%。

2015年前西安市将在全市主要河流的县界行政断面上布设水文站点，用于考核区、县政府用水总量、水功能区达标率等目标任务完成情况。

本次主要率定皂河长安断面的水位流量关系率定。

2 概况

2.1 流域概况

皂河是渭河水系右岸一级支流，发源于西安市长安区韦曲街办，自东南向西北流，经长安区的韦曲街办、西安丈八沟、三桥后于西安市未央区汇入渭河，流域面积315.5 km2，河长33.5 km，河床平均比降1.4‰。皂河流域地处长安区中部，地势南高北低。流域上游为黄土台塬区；中下游为渭河阶地，皂河流域大致呈羽毛形。

皂河发源于黄土台塬区，流经的城镇较多，大多城镇的生活污水经处理后汇入皂河。流域南高北低，上游为黄土台塬区，人烟较稠密，森林覆盖率低，水源涵养条件较好；中下游为平川 ，河段平稳 ，人类活动频繁。流域内植被一般，水土流失轻微。

皂河水质水量监测断面位于皂河上游，控制流域面积33.5 km2，距河口距离 27.5 km。

2.2 水文

皂河流域地势南高北低，属暖温带半湿润季风气候，洪水由暴雨形成，洪水主要集中在5月～10月，年最大洪水一般出现在7月～9月，其中5月、10月出现年最大洪水的频次相对较少，量级稍低。

2.3 气象

皂河站所在流域属暖温带半湿润气候区。气候特点是：春季日温差变化大，多冷空气入侵；夏季炎热，降雨量集中；秋季天气凉爽；冬季多寒潮霜冻。根据长安区气象资料统计，多年平均气温13.3℃，绝对最高气温43.4℃（1966 年6月21日），绝对最低气温-17.5℃（1977年1月30日）。

多年平均降水量679 mm，年最大降水量956.3 mm（1964 年），年最小降水量407.3 mm（1977 年），变差达近三倍。

2.4 地质

皂河水质水量监测断面位于平原区，地形上为南高北低，南部为黄土台塬区，中、北部为平原区。皂河发育有二级阶地，上部为黄土层，厚度0.5 m～1.0 m，中间为砂卵石堆积层，厚度为1 m～3 m，下部为基岩；河床主槽上部为砂卵石堆积层，一般厚度为1.0 m～3 m，下部为基岩。

3 水位流量关系曲线率定

本次根据工作需要，首先按照曼宁公式确定一条理论的水位流量关系曲线，有关参数的确定依据实测和调查计算值，低水部分用流速仪法实测流量。随后当水位有较大变化时，再采用浮标法或比降-面积法进行检测，最终确定一条符合测站特性的水位流量关系曲线。

3.1 低水流量实测

低水流量测验，采用水文行业常用的流速仪法。流速仪法主要是用流速仪实测断面上一系列测点流速，并施测断面面积，推求断面流量的一种方法。流速仪法是流速面积法中最重要的方法，是江河流量测验较可靠的一种流量测验方法，其测量成果可作为率定或校核其它测流方法的标准。

3.1.1 速测量仪器

（1）采用LS25-3 型旋桨式流速仪 测速范围：0.04 m/s～10.0 m/s；工作水深：0.2 m～40 m；信号数：20 转1 信号；特点：量程大，高中低速兼顾。

（2）采用LS25-1型旋桨式流速仪 测速范围：0.1411 m/s～5.0 m/s；工作水深：0.12 m～5 m；信号数：20 转1 信号；特点：量程小，适合中低流速。

3.1.2 流量计算

（1）部分流量计算

式中：qi为第i部分流量，m3/s；为第i条垂线平均流速，m/s；Ai为第i条垂线间部分面积，m2。

（2）断面流量计算

流速仪法：

式中：Q为断面流量，m3/s。

岸边系数采用0.70。实测流量成果表见表1。

表1 皂河长安监测断面实测流量成果表

3.2 水位流量关系率定

水位流量关系确定，现阶段低水部分采用实测值，中高水采用曼宁公式计算，其有关参数依据实测、调查计算值。其计算公式为：

式中：Q为断面流量，m3/s；n为糙率；R为水力半径；I为水面比降；A为过水面积，m2。

3.2.1 参数确定

1）断面测量

按照《水文测量规范》，大断面测量分为水下部分的水道断面测量和岸上部分的水准测量。岸上部分按照四等水准测量要求实测，水下部分的断面测量，以实测水深结果换算为河底高程。测点遵循均匀分布，并能控制断面地形和流速沿河宽分布的主要转折点，无大补大割，主槽垂线应较河滩为密的原则。施测水深用测深杆，起点距用钢尺确定，并以左岸河堤路外侧为起点距0 m。2015 年3 月20日实测的大断面见表2、图1。

表2 皂河站实测大断面成果

图1 皂河站实测大断面图

2）河段糙率确定

本次依据监测河段河床组成、河床特征，通过查《水力计算手册》初选糙率，再参考潏河高桥水文站实测糙率，综合分析确定皂河高桥断面河槽糙率为0.030。

3）水面比降确定

实测断面时，实测的枯水比降为1.30‰，河床纵比降为1.50‰。最终确定本次流量计算的水面比降为1.30‰。

3.2.2 水位流量关系曲线的确定

监测断面上下游断面顺直稳定、水流集中，沿程没有水流分出、汇入，河流两岸都进行了砌石，成为了渠道化河流。所以目前水位流量关系的确定，低水根据实测的水位流量关系点，高水采用曼宁公式和巴普洛夫斯基公式进行计算，然后选用适当比例尺，按1、2、5的整倍数，使Z-Q、Z-A、Z-V关系线在图中的适中，并分别大致成45°、60°的交角，水位流量关系点误差中、高水控制在±5%，低水控制在±8%。水位流量关系曲线下部，读数误差超过2.5%的部分，另绘制了放大图，在放大后的关系曲线上推求流量。水位流量关系曲线确定后再推流，建立水位流量对应数据表。确定的水位流量关系图见图2，推流表见表3。

图2 皂河长安断面水位流量关系图

表3 皂河长安断面水位流量关系表

续表3

4 结论

在水位流量关系曲线的率定过程中，由于历时短、流量测次较少，给水位流量关系曲线的定线工作带来了一定难度，影响了推求流量的精度。皂河长安水量监测断面由于无水文积累资料，导致无法对各水文因素的变化规律进行分析和合理性检查，对洪水来水特性缺乏正确的认识，定线是否符合测站特性，现在还无法得出结论。在以后的涨洪水过程中，尤其在中、高水应通过实测流量点位来校核水位流量关系曲线，以使查线流量更接近实际值。