邓州水文巡测站流量精度分析

李鹏飞

摘 要：水文巡测站是中小河流建设的重要组成部分，对中小河流防汛预警发挥着重要作用。通过对流量精度分析，对水文巡测站未来的巡测方法、手段、预警分析具有指导意义。本文以邓州水文巡测站为例，探讨水文巡测站流量精度分析的方法。

关键词：水文巡测站；流量；精度

中图分类号：P332.4 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2018）04-0083-02

Analysis on the Flow Accuracy of Dengzhou Hydrological Station

LI Pengfei

（Henan Province Nanyang Hydrology and Water Resources Institute，Nanyang Henan 473000）

Abstract： Hydrological station is a significant part of medium and small rivers construction， it plays an important role in early warning of small and medium-sized rivers. Through the analysis to the accuracy of the flow rate， it is instructive for the future patrolling methods， means and early warning analysis of the hydrological observatory. This paper took Dengzhou hydrological station as an example to discussed the method of accuracy analysis of hydrological station.

Keywords： hydrological station；flow rate；accuracy

水文巡测站是现有水文站网规划的补充，是为了加强水文基础设施建设，完善水文监测能力，提高水文预报的精度而设立的。水文巡测站主要分布在中小河流、山洪地质灾害易发区等位置，因而容易受到上下游工程建设、河道冲刷变化的影响，水文巡测站特性易变化。如何充分利用有限的人员和仪器设备高效地开展水文监测工作，不断提高水文测验工作质量，是目前面临的现实而紧迫的问题。因此，通过对水文巡测站流量精度进行分析来确定未来巡测的方法和方向就显得尤为重要。

1 邓州水文巡测站概况

1.1 斷面概况

邓州水文巡测站于2013年12月建成，位于邓州市城郊乡十里铺村，东经112.041 2°，北纬32.640 4°，观测项目有降水量、水位、流量等，测验方式为遥测、巡测。该站坐落在长江流域唐白河水系白河支流湍河上，站以上控制流域面积2 843km2。测验河段基本顺直，两岸均有滩地，断面宽度190m，左、右堤顶均为砼路面，宽度6m。测验断面上游约200m处为橡胶坝，测验断面下游约2km处为248省道跨湍河大桥。

1.2 理论曲线定线

2014年，开始对邓州水文站理论曲线定线开展外业勘测，主要包括：测验河段平面图、基本水尺断面水尺零高、基本水尺断面、上中下比降断面及河道纵断面测量。根据河道边界条件及水流特征，确定邓州水文站糙率值为：主槽糙率0.026，滩地糙率0.040。

理论关系曲线定线推流采用曼宁公式[V=1NAR23S12] 。式中：A为测量河段的平均断面面积，V为河段平均流速，R为水力半径，S为比降，N为糙率。通过对各级水位进行计算，可得到邓州水文巡测站理论水位流量关系曲线。

2 分析方法

邓州水文巡测站2014年开始正常开展降水量、水位、流量测验工作。2014—2017年，共施测水尺零点高程5次、大断面5次、流量10次。实测流量28.7～715m?/s，测流分布涵盖中低水流量。

利用已收集的实测资料，对测站进行断面稳定性分析和糙率分析，掌握巡测站受冲淤变化（空间与时间）的影响程度、测站控制条件及其转移规律；对水位流量关系进行单值化处理和概化模型分析，并计算其定线误差，确定巡测水位流量关系线分析处理方法，从而论证巡测时可能到达的测验精度与巡测允许误差的关系，指导未来巡测方案的制订和实施。

2.1 断面稳定性分析

首先，根据本站断面冲淤变化情况，论证冲淤变化规律及其对水位流量关系的影响程度，为水位流量关系分析提供依据，同时探索大断面或水道断面测量测次布设与施测时机。选用每年汛前大断面资料，点绘河底高程沿横断面分布图进行对比分析。

其次，确定水位-面积综合线及其±3%和±6%的外包线。综合线采用同级水位下每年面积的平均值为综合线的面积，外包线以综合线面积A综×（100±3）%和A综×（100±6）%来确定。同时，计算每年（次）关系线与综合线各级水位的面积相对偏离百分数（A年-A综）/A综×100%，分析高、中、低各级水位断面稳定程度[最大相对偏离百分数绝对值（即外包线）小于3%属稳定，3%～6%属较稳定，大于6%属不稳定]。

2.2 实测水位流量关系定线分析

将邓州水文巡测站3年实测水位流量数据点绘成水位-流量关系线，由于邓州站设站以来无较大洪水出现，且无历史调查洪水资料，故本次仅针对该站建站以来实测到的10次中低水资料进行分析。

经过定线分析，邓州水文巡测站水位-流量关系为单一曲线。根据规范要求，实测水位流量关系点大于等于10个时需要进行关系曲线试线检验，检验结果为：符号检验u=-0.32，适线检验u=-0.67，偏离数值检验|t|=0.23，标准差S（%）=6.2，随机不确定度=12.4%，系统误差=0.4%，各项检验结果均符合规范要求[1]。《水文巡测规范》[2]第4.5.1规定，实测水位流量关系定线误差及合理性满足规范要求，定线精度合理。《水文巡测规范》[2]第4.2.4条规定，水位流量关系呈单一线，或水力因素与流量或流量系数的关系呈一条或一簇关系线，或者经过单值化处理后水位流量关系线（或推流关系线）呈单一线，流量定线满足规定允许误差时可实行巡测。因此，邓州水文巡测站符合进行巡测管理，可根据水位级合理安排测流时机和测流次数。

2.3 实测曲线与理论曲线对比分析

为了验证理论曲线和实测水位-流量曲线的相关性，将两条曲线共同绘制到一张图上进行对比，如图2所示；同时，将实测点据代入理论水位-流量关系曲线进行试线检验。

经过两条曲线的点绘对比，直观上可见两条曲线具有很大的重合性和相关性，对其进行检验验证。将实测点水位在理论曲线查得的流量作为线差流量，把实测点代入理论水位-流量关系曲线进行试线检验，检验结果为：符号检验u=0.63，适线检验u=-1.33，偏离数值检验|t|=0.96，标准差S（%）=11.7，随机不确定度=23.4%，系统误差=-3.2%。根据规范允许定线误差指标：中低水系统误差不大于2%，随机不确定度不大于15%，实测点代入理论水位-流量关系经检验后定线超出规范要求。

3 分析结论

根据邓州水文站水位-流量关系定线分析得知：邓州站为三类精度站，实测点据所定水位流量关系曲线系统误差、随机不确定度均满足规范要求，定线合理，可采用单一线进行定线推流；而理論水位流量关系曲线系统误差、随机不确定度都不满足规范要求，定线不合理，究其原因，应为部分水位级糙率选取不合理。实测点据所定水位流量关系曲线与理论关系曲线相比，偏差较大；根据实测点据所定水位流量关系曲线高水趋势为相同水位级流量偏大。

由于实测资料较少，无高水实测流量资料，中低水应根据实测点据所定水位流量关系曲线进行定线推流，并对理论水位流量关系曲线进行修正。高水流量可由实测关系曲线延长线及理论曲线综合考虑，并在以后的测验中注意收集高水实测流量点据，对实测关系曲线进行完善。若实测水位-流量关系曲线与理论水位-流量关系曲线满足单一线允许相对误差，可考虑并线进行推流。

4 结语

充分发挥水文巡测站水文监测能力，提高水文测验质量，对防汛抗旱减灾、水资源保护管理、水生态保护、水土保持以及水利工程的建设、管理、运行等具有重要意义。通过对水文巡测站进行测验精度分析，可以科学、合理地制订巡测方案，可以最大化利用现有的水文监测手段开展作业，同时也能优化人员调度，缓解现有监测任务繁重与技术人员紧缺的矛盾，对水文巡测站未来的工作安排具有指导意义。

参考文献：

[l]中华人民共和国建设部.河流流量测验规范：GB 50179—93[S].北京：中国标准出版社，2015.

[2]中华人民共和国水利部.水文巡测规范：SL 195—97[S].北京：中国标准出版社，1997.