落差指数法在三江口水文站应用初探_黄文疆.pdf

广西水利水电 GUANGXI WATER RESOURCES&HYDROPOWER ENGINEERING 2023（1）1概述1.1测站概况三江口水文站设立于2014年1月，位于贵港市城区西江农场三队鲤鱼江防洪堤三江口段，集水面积1043 km2，测验项目有降水、水位、流量、水质等，是珠江流域西江水系郁江支流鲤鱼江下游的水资源控制站，同时也是贵港市的城市防洪和县界断面水质监测站。该站上游约15.2 km处设有三里水文站，下游约16.0 km处注入郁江，汇合口至郁江下游约2 km处设有贵港水文站，郁江涨水时，受郁江洪水的回水顶托影响，高水部分水位流量关系较为复杂。其流域示意图见图1。落差指数法在三江口水文站应用初探黄文疆，陈丽（贵港水文中心，广西贵港537100）摘要贵港市沿江支流大多数水文站高水部分均受郁江、黔江和浔江洪水顶托影响，导致高水部分水位流量点子散乱，定线比较困难。本文以三里站为落差计算参证站，采用落差指数法对三江口站水位流量关系进行单值化分析，探索该站受大江大河回水影响后水位流量关系定线难的问题，为受回水影响站点的水位流量关系定线方法提供借鉴。关键词落差指数法；定线推流；三江口水文站中图分类号P332.4文献标识码A文章编号1003-1510（2023）01-0079-04收稿日期2022-12-12作者简介黄文疆（1975-），男，广西德保人，贵港水文中心高级工程师，主要从事水文水资源测报工作。理论分析与研究 图1三江口水文站流域示意图79DOI:10.16014/ki.1003-1510.2023.01.011黄文疆，陈丽:落差指数法在三江口水文站应用初探1.2水利工程情况鲤鱼江流域上建设有大量的水利工程，19492005年，在干流上建有广西的第一座中型水库（三渌水库）和一座大型水库（平龙水库），另有小型水库36座，总库容为1.66亿m3，实际灌溉面积约13万亩；在各支流上建4处引水坝工程，2座小型水库，总库容575万m3。在开辟西江农场时，同步兴建鲤鱼江南北两岸防洪堤；20世纪70年代对鲤鱼江防洪堤全线进行加高加固，现能保护面积15万亩，其中耕地面积5.5万亩，至2000年鲤鱼江下游两岸，共建成9条防洪堤和小江村排涝泵站一座。鲤鱼江下游洪水不仅受上游暴雨洪水的影响，还常常受到郁江洪水的倒灌造成灾害。1.3河段内水文监测断面情况三江口站测验河段基本顺直，河面宽在30150 m之间，下游河面比上游稍宽，基本测验断面呈“U”型，河床由卵石夹沙组成，左右岸均为黏土，河床较为稳定。2021年因河道整治，河道开挖导致断面变化较大。测验断面垂直水流方向，主泓相对稳定，流速分布中间大两边小。测验河段平面图见图2，基本断面兼测流断面图见图3。图2三江口水文站测验河段平面图图3三江口水文站基本断面兼测流断面图2单值化分析方法基本原理及有关参数率定2.1原理介绍根据 水文资料整编规范（SL/T247-2020）的规定，受变动回水影响的测站，其测验河段比较顺直，河槽基本稳定，且落差应具有代表性的，可采用落差指数法定线推流。梧州水文站测验河段顺直，河槽基本稳定，且落差具有代表性，适用落差指数法定线推流。假定同水位不同落差的流量符合公式（1）：Q1/（Z1）Q2/（Z2）q（1）式中：Q1、Q2分别为同水位不同落差的流量，m3/s；Z1、Z2为与Q1、Q2相应的落差，m；为落差指数；q为流量与落差次方之比，即校正流量因数。在同一水位下，Q/Z为常数，即水位的单值函数，因此，联立式（1）可知q也是水位的单值函数，可用如下公式表示：f（Z）Q/Zq（2）主要计算过程如下：（1）优选落差指数值。的变化范围为0.20.8，在此区间内可采用试错法或优选法，以定出的Zq关系曲线，通过适线检验、符号检验、反曲检查且不确定度最小时的为最优值。（2）确度Zq关系曲线。根据优选的值所定的Zq关系曲线，定线精度符合单一曲线的定线要求，即为推求流量采用的曲线。（3）根据落差参证站的水位过程计算的落差Z和优选的值，用本站水位推得q值，与相应的Z乘积即为推求的流量。2.2落差断面选取三江口水文站是鲤鱼江下游的水资源控制站，常用流量测验方法为走航式多普勒流速剖面仪（ADCP），测验质量符合声学多谱勒流量测验规范要求。选取三江口站上游约15.2 km处的三里水文站作为落差指数法的落差计算参证站。三江口站和三里站均建有水位自记台，有全年遥测水位信息，监测数据质量符合水位观测标准规定。直接选取该两站的同时水位记录数据相减，即可得三江口站各测流时刻或逐时对应的水面落差。2.3监测资料情况因三江口水文站自2014年建站以来，郁江的洪水水位都不是很高，三江口水文站受郁江洪水顶托的影响不大，2022年，郁江洪水水位41.65 m，三江口水文站首次受到郁江洪水的倒灌顶托，高水部分施测的流量点子散乱，其水位流量关系图见图4。80广西水利水电 GUANGXI WATER RESOURCES&HYDROPOWER ENGINEERING 2023（1）采用三江口、三里水文站2022年18月份的实测水文资料开展单值化分析，2022年18月份共施测流量16份。图4三江口水文站2022年水位流量关系图3单值化成果检验3.1水位流量关系定线将三江口水文站2022年实测流量值Q1与Z相除，即可得到校正流量因数q，在Excel表格上进行Zq关系曲线拟合定线，即可得到Zq关系曲线。通过对拟合曲线的三线检验及随机不确定度的计算，采用试错法求得最优值。经过试验优选，三江口站2022年份值取0.56时，数据线性关系拟合最好。将三江口水文站最终Zq关系曲线上图，在Excel表格上添加趋势线，采用2阶多项式即可取得较好效果，2022年实测流量点校正流量因数水位相关图见图5。图52022年三江口水文站测点校正流量因数水位相关图用趋势线拟合的多项式可计算出每个实测水位对应的q值，再乘以逐时的落差次方，就可得出推算的流量。2022年实测流量值与校正流量因素统计见表1。表12022年三江口水文站测点校正流量因数统计表施测时间1月13日14：365月6日14：302月17日14：508月5日14：385月12日13：052月22日11：013月24日09：342月21日10：016月6日11：285月31日16：246月11日11：256月11日17：386月12日12：186月15日11：226月13日12：066月14日09：21注：经试错法计算，取0.56。三江口水位/m35.4935.8636.1436.9537.6637.6738.2738.4639.2539.2940.3940.4141.7442.1042.4843.20流量/（m3/s）1.927.8913.4032.4078.5068.70122.00122.00172.00202.00267.00244.00306.00232.00317.00406.00三里水位/m42.6243.2843.3443.4444.2043.8844.4244.4144.2845.2045.2844.8846.0844.1045.9946.78落差/m7.137.427.206.496.546.216.155.955.035.914.894.474.342.003.513.58Z3.0043.0723.0202.8502.8622.7812.7652.7142.4712.7052.4322.3132.2751.4742.0202.043q计算=Q/Z0.6 3912.5 6834.4 36111.3 68127.4 25024.7 07344.1 15444.9 39769.6 06674.6 900109.7 737105.4 915134.5 015157.3 661156.9 232198.7 703校正流量因数q-1.3 4161.3 8594.1 76215.4 85828.9 08629.1 18542.6 63847.3 14968.2 37569.3 570101.8 540102.4 700144.3 550155.7 770167.7 380189.8 650校正流量Qc/（m3/s）-4.034.2612.6044.1082.7081.00118.00128.00169.00188.00248.00237.00328.00230.00339.00388.003.2水位流量关系曲线检验根据 广西水文流量泥沙蒸发自动监测系统率定分析关键技术及应用纲要（试行），基本水文站的水位流量关系线定线精度标准依据 水文资料整编规范（SL/T 247-2020）；专用水文站的水位流量关系线定线精度标准依据 水文巡测规范（SL l95-2015）和 中小河流水文监测系统测验指导意见 执行。其定线精度指标要求见表2。对三江口水文站进行不同水位级的水位流量关系三大检验，其不同水位级定线精度统计表见表3。81黄文疆，陈丽:落差指数法在三江口水文站应用初探由表3可以看出，当水位级在37.66 m以上时，其水位流量关系曲线的符号、适线、偏离数值检验都合格，其系统误差与随机不确定度均达到现行有关规范及自治区水文中心有关规定要求，可应用于水文资料整编工作。4存在问题分析（1）近几年因郁江发生洪水均较小，三江口水文站受洪水顶托的影响也比较小，加上三江口水文站是新建不久的站，资料系列比较短，无法对历年的资料进行落差指数计算，其落差指数是否恒定数未知，需要以后多收集洪水资料成果，定期进行分析，以确定不同水位级，其落差指数是否恒定，落差指数法是否都可适应。（2）从2022年的资料分析，水位在37.66 m以下的，落差指数法推算流量误差偏大，低水出现负数现象，经对该时间段数据进行分析，主要是枯水时段未受郁江水位的顶托，三江口与三里水文站之间的落差较大，其落差主要是地理落差，而不是洪水的顶托落差。因此影响了计算的精度。5结语当水位级在37.66 m以上时，利用落差指数法对三江口水文站水位流量关系进行单值化处理取得了较好的效果。该方法结构简单，反映了测验河段洪水附加比降和下游回水顶托等因素共同影响的水力学特征。单值化方案可满足水文行业现行有关水文资料整编规范要求，特别是可实现流量实时在线监测，提高流量监测工作效率，可为开展鲤鱼江河段水情预警、生态流量监控、水文分析评价提供良好的实时流量信息支撑。受地形的影响，贵港水文沿江支流大多数的水文站均不同程度的受到郁江、黔江和浔江洪水顶托影响，致使这些水文站高水部分的水位流量点子散乱，定线比较困难。对受洪水顶托影响的站点且该站点上下游没有参证站的情况下，可在河口附近临时建立简易的参证站，用落差指数法进行定线推流，其方法是可行的。（责任编辑：窦波元）%表2水位流量关系关系曲线精度控制表站类一类精度水文站二类精度水文站三类精度水文站基本站系统误差112随机不确定度101213专用站系统误差3随机不确定度20适用范围流量大于0.5 m3/s表3三江口水文站2022年不同水位级定线精度统计表测次161412符号检验检验值0.250.270.29是否达标是是是适线检验检验值-1.03-1.11-1.21是否达标是是是偏离检验检验值0.510.810.37是否达标是是是系统误差/%检验值-5.69-2.09-0.75是否达标否是是随机不确定度/%检验值93.220.614.6是否达标否否是水位级/m35.4943.2036.1443.2037.6643.20Application of drop index method at Sanjiangkou Hydrological StationHUANG Wen-jiang,CHEN Li(Hydrology Center of Guigang City,Guigang 537100,China)Abstract:Most hydrological stations of Guigang City located on tributaries are influenced at high water l