三阳坑（梅溪）水文站水位流量关系间测分析

王 康

（安徽省芜湖水文水资源局三口镇水文站,安徽 黄山 245700）

1 三阳坑（梅溪）水文站基本情况

1.1 测站地理位置及功能

三阳坑（梅溪）水文站设立于1972 年5 月,为一般水文站,三类精度站,位于天目山西北麓,钱塘江流域新安江水系梅溪河上,站址为安徽省黄山市歙县三阳镇三阳坑村,流域面积98.6 km2。该站为皖南山区30 km2～100 km2代表站,测站功能为研究暴雨洪水,探求流域产汇流规律。

1.2 测站特性及水文特征

三阳坑（梅溪）水文站测验河段顺直,基下180 m 处有一公路桥。右岸为主槽,左岸为沙滩卵石组成,基本断面河槽由卵石组成。2008 年12 月基上160 m 处建一翻板坝。该站水位流量关系呈单一线型或低水呈临时曲线。三阳坑（梅溪）水文站实测最高水位5.66 m（1996 年6 月30 日）,最大流量764 m3/s（1996 年6 月30 日）,最大流速4.46 m/s（2002 年6 月2 日）,年最大径流量1.960 亿m3（1983 年）,年最小径流量0.588 亿m3（2004 年）,多年平均径流量1.117 亿m3,多年年平均降水量为1628.5 mm,历年最大降水量2739.3 mm（1954 年）,历年最小降水量1051.4 mm（1978 年）。

1.3 水位流量关系影响因素

三阳坑（梅溪）水文站以上流域洪水主要由暴雨形成,暴雨多发生在4 月～7 月,主要为锋面型暴雨和低压型暴雨、对流型暴雨和台风外围型暴雨,其中6 月、7 月为高强度的梅雨型暴雨,尤其是6 月上旬～7 月上旬为洪水多发期。由于上游山区地形陡峻,河道坡降大,河槽调蓄能力小,降雨汇流迅速,洪水暴涨暴落,具有峰高量大而历时短的特点,一次洪水历时一般为1 天,多则3 天,短的仅有几个小时[1]。该测站控制良好,汛期河床冲淤变化较小,河床较稳定,三阳坑（梅溪）水文站历年实测大断面情况见图1。水位流量关系主要受洪水涨落影响呈稳定状态,历年水位流量关系呈单一曲线。

图1 三阳坑（梅溪）水文站历年实测大断面图

2 水位流量间测分析的开展

2.1 分析目的

三阳坑（梅溪）水文站至1972 年设站以来,一直按单一线法进行流量测验（按水位级布置测点）和资料整编,由于该站地处皖南山区,洪水期流速大,漂浮物较多,尤其是2016 年改造之后,缆道升高,给流量测验安全带来很大隐患。基于测验河段特性,开展水位流量关系间测分析,选择近5 年连续的逐年水位流量关系曲线展开分析,其目的是若满足《水文巡测规范》（SL 195-2015）间测要求,则停2 年～5 年复测,以降低测验成本和职工劳动强度,减少安全隐患,更好地为新增加的中小河流测站加强测验管理。

2.2 分析依据

分析采用《水文巡测规范》（SL 195-2015）第4.2.6 条,即各类精度的水文站,有5 年以上资料,经分析论证实测流量的水位变幅已控制历年（包括大水、枯水年份）水位变幅80%以上,每年的水位流量关系曲线与历年综合关系曲线之间的最大偏离不超过表1 规定的允许误差范围者,可实行间测,实行停2 年～5 年测一年。

表1 流量间测关系曲线偏离允许误差指标 单位：%

2.3 分析资料的选用情况

由于三阳坑（梅溪）站2016 年站房及缆道升级改造,经过2017 年后各项测验设施设备趋于稳定,各种系数重新分析率定后校验合格,故分析资料样本选用2018 年～2022 年共5 年水位流量关系曲线,且这5 年丰、平、枯交替出现。历年综合曲线采用2018 年～2022 年历年水位流量关系曲线综合绘制。在所选最近的连续5 年样本资料中,实测最大流量616 m3/s,相应最高水位4.94 m,发生于2019 年6 月21 日。实测最小流量0.015 m3/s,相应最低水位0.39 m,发生于2021 年12 月13 日。三阳坑（梅溪）水文站历史最高水位发生在1996 年,水位为5.66 m,历史最低水位发生在2009 年,水位为0.35 m,所选样本资料中实测最大流量的水位变幅已控制历年（包括大水、枯水年份）水位变幅85.7%。水位级的划分依据《河流流量测验规范》（GB 50179-2015）4.4.2 第3 节规定,针对二、三类精度水文站,水位级的划分采用典型年法。三阳坑（梅溪）水文站水位级划分见表2。

表2 三阳坑（梅溪）水文站水位级划分

三阳坑（梅溪）水文站为巡测站,历年水文资料均按照《水文资料整编规范》（SL 247-2020）要求整编,每年的水位流量关系曲线均通过四项（符号、适线、偏离数值、系统误差）检验,资料代表性好,精度可靠,见表3。从表3 可以看出,三阳坑（梅溪）水文站历年水位流量关系曲线分析检验均达或优于规范对三类精度站所要求的标准,《水文资料整编规范》（SL 247-2020）5.3.2 中三类精度站水位流量关系定线精度指标为：系统误差≤±2%,随机不确定度≤12%,巡测站可增大2%～4%）。

表3 三阳坑（梅溪）水文站水位流量关系曲线定线精度检验统计表

2.4 分析方法

根据《水文巡测规范》（SL 195-2015）第4.5.8 条规定,采用每年水位流量关系曲线与历年综合关系曲线比较,计算出曲线之间的最大偏离,若各水位级满足上述表1 误差要求,则认为符合间测要求。

3 水位流量关系间测分析过程

3.1 绘制综合水位流量关系线

将2018 年～2022 年的历年水位流量关系曲线点绘在同一张图上,过历年各节点中心绘制出一条综合水位流量关系曲线。绘制过程发现0.75 m 以下的低水点子虽然绝对误差值不大但相对误差较大,分析原因为低水易受断面轻微冲於、水草及各种藻类生长影响,故综合曲线绘制采用0.75 m 以上水位流量关系节点绘制。三阳坑（梅溪）水文站历年与综合水位流量关系曲线见图2,综合曲线表见表4。

表4 2018 年～2022 年历年综合水位流量关系曲线表

图2 三阳坑（梅溪）水文站历年与综合水位流量关系曲线

3.2 综合水位流量关系线精度评估

通过每年的水位流量关系曲线与2018 年～2022 年历年综合水位流量关系曲线比较计算出相对误差。历年各水位级水位流量关系曲线与历年综合水位流量关系曲线相对误差综合成果统计见表5。

表5 历年各水位级水位流量关系曲线与历年综合水位流量关系曲线相对误差综合成果统计表

从表5 可以看出,2018 年～2022 年水位在0.75 m 以上,三阳坑（梅溪）水文站历年水位流量关系曲线与历年综合水位流量关系曲线的最大偏离未超过表1 规定的允许误差。

3.3 校验综合水位流量关系线

将综合线的节点数据（0.75 m 以下仍采用当年线）录入南方库进行计算,算出成果在与历年的次径流及年径流进行比较。历年水位流量关系曲线与历年综合水位流量关系曲线推流次洪水总量相对误差计算成果见表6。历年水位流量关系曲线与历年综合水位流量关系曲线推流年径流量与年径流深相对误差计算成果见表7。

表6 历年水位流量关系曲线与综合水位流量关系曲线推流次洪水总量相对误差计算成果表

表7 历年水位流量关系曲线与综合水位流量关系曲线推流年径流量与年径流深相对误差计算成果表

从上述统计结果可以看出,历年水位流量关系曲线与历年综合水位流量关系曲线推流次洪水总量相对误差8.0%以内,历年水位流量关系曲线与历年综合水位流量关系曲线推流年径流量与年径流深相对误差在5.0%以内。

4 结论

通过以上分析可以看出,三阳坑（梅溪）水文站2018 年～2022 年历年水位流量相关关系较好,满足单一曲线定线精度要求,历年曲线均能通过三种检验,系统误差和随机不确定度较小,且水位在0.75 m 以上,历年水位流量关系曲线与历年综合水位流量关系曲线的最大偏离未超过《水文巡测规范》（SL 195-2015）中规定的允许误差,且水位变幅已控制历年（包括大水、枯水年份）水位变幅80%以上,历年水位流量关系曲线与历年综合水位流量关系曲线推流次洪水总量相对误差8.0%以内,历年水位流量关系曲线与历年综合水位流量关系曲线推流年径流量与年径流深相对误差均在5.0%以内,满足《水文巡测规范》（SL 195-2015）第4.2.6 条要求。故依此可实行间测,实行停测2 年～5 年后复测一年,洪水期报汛,采用综合水位流量关系曲线报汛。0.75 m 以下测验方法不变,待时机成熟与条件满足再做进一步分析。