試論二類精度站高、中、低水水位級(jí)的劃分

張麗麗，石寶成

(黑龍江省大興安嶺水文局，黑龍江 加格達(dá)奇 165000)

在河流水勢(shì)變化過(guò)程中，人們常用高、中、低水來(lái)描述水勢(shì)變化的各個(gè)時(shí)期?！逗恿髁髁繙y(cè)驗(yàn)規(guī)范》第六章第一節(jié)明確規(guī)定，對(duì)二、三類精度的水文站，水位級(jí)的劃分可采用典型年法。根據(jù)上述水位級(jí)劃分要求，可確定高、中、低水3個(gè)水位級(jí)。

針對(duì)不同地理環(huán)境、氣候條件下的河流特點(diǎn)，在1 a的不同時(shí)期水位與流量關(guān)系曲線變化特征并不相同。如東北地區(qū)寒冷季節(jié)較長(zhǎng)，每年大約有半年多的時(shí)間為結(jié)冰期。在結(jié)冰期水位與流量關(guān)系變化規(guī)律并不顯著，而在暢流期水位與流量關(guān)系變化規(guī)律非常明顯。這是東北地區(qū)河流的一大特點(diǎn)。為此，本文試?yán)盟膬纱蠡疽厮缓土髁?，分別進(jìn)行頻率計(jì)算以確定高、中、低水位級(jí)，用以分析哪種方法更適合東北地區(qū)河流特點(diǎn)。從而找到適合本地區(qū)河流特征條件的好方法。

1 基本理論方法

1.1 頻率計(jì)算

首先根據(jù)經(jīng)驗(yàn)頻率曲線公式進(jìn)行頻率計(jì)算:

式中:P為頻率;m為隨機(jī)變量按大小遞減順序排列的序號(hào);n為隨機(jī)變量的序列數(shù)，應(yīng)≥20。

由經(jīng)驗(yàn)頻率計(jì)算的結(jié)果，采用P-Ⅲ型理論頻率曲線進(jìn)行模擬適線，并建立理論頻率曲線和確定參數(shù)。

1.2 典型年法

對(duì)于二、三類精度水文站水位級(jí)劃分按如下要求:

根據(jù)測(cè)站各年汛期總水量Wf計(jì)算并繪制頻率曲線，當(dāng)頻率P為10%、50%、90%時(shí)，其對(duì)應(yīng)的汛期徑流量的相應(yīng)年份，為豐、平、枯水典型年。

根據(jù)3個(gè)典型年的汛期逐日最高水位z'm計(jì)算并繪制頻率曲線，當(dāng)頻率P為10%、50%、90%時(shí)，其對(duì)應(yīng)的水位，為高、中、低水位。

本文提出采用流量年特征值(年瞬時(shí)最大流量QM、年瞬時(shí)最小流量Qm、年平均流量)，劃分高、中、低水位級(jí)。

1.3 各個(gè)時(shí)期的確定

1.3.1 由水位確定

二、三類精度水文站:

Z≥Z'M(10%)應(yīng)為高水期;

Z'M(10%)＞Z≥Z'M(50%)應(yīng)為中水期;

Z'M(50%)＞Z＞Z'M(90%)應(yīng)為低水期;

Z≤Z'M(90%)應(yīng)為枯水期;

1.3.2 由流量確定

Q≥Q'M(10%)應(yīng)為高水期;

Q'M(10%)＞Q≥Q'M(50%)應(yīng)為中水期;

Q'M(50%)＞Q＞Q'M(90%)應(yīng)為低水期。

Q≤Q'M(90%)應(yīng)為枯水期;

2 實(shí)例

2.1 資料的選取

本文選取嫩江干流多布庫(kù)爾河松嶺(二)站，該站屬于二類精度站。松嶺(二)站集水面積為3 094 km2。實(shí)測(cè)資料系列超過(guò)20 a，但該站在1991年7月進(jìn)行了斷面遷移(上遷1 000 m)，為了使水位系列具有良好的代表性，筆者在進(jìn)行頻率計(jì)算選取典型年時(shí)是以遷移斷面后資料系列進(jìn)行計(jì)算的，因?yàn)閿嗝嫖恢貌煌皇遣荒馨匆粋€(gè)系列計(jì)算。

2.2 統(tǒng)計(jì)參數(shù)的確定

參照1.1和1.2的要求，把該站1992～2008年汛期總水量和1972～2008年流量特征值分別進(jìn)行統(tǒng)計(jì)計(jì)算，并且繪制頻率曲線圖。通過(guò)適線擬合出理論頻率曲線，確定離差系數(shù)Cv、偏態(tài)系數(shù)Cs和均值。

2.3 高、中、低枯水的確定

根據(jù)確定的參數(shù)值，可以計(jì)算出相應(yīng)不同頻率的高、中、低水位級(jí)或流量級(jí)的設(shè)計(jì)值。

2.3.1 按水位級(jí)確定

1)首先根據(jù)松嶺(二)站自1992～2008年汛期總水量Wf計(jì)算頻率和繪制頻率曲線，當(dāng)頻率p為10%、50%、90%時(shí)其對(duì)應(yīng)的汛期徑流量的相應(yīng)年份為豐、平、枯水典型年。通過(guò)計(jì)算所選取的典型年分別為:頻率p為10%(1993年)為豐水年、頻率p為50%(1999年)為平水年、頻率p為90%(2005年)為枯水年。

2)根據(jù)所選取的3個(gè)典型年的汛期逐日最高水位Z'M計(jì)算頻率和繪制頻率曲線，當(dāng)頻率p為10%、50%、90%時(shí)，其對(duì)應(yīng)的水位為高、中、低水位，通過(guò)計(jì)算本站水位級(jí)劃分4個(gè)時(shí)期如下:

Z≥100.44 m為高水期;100.44 m＞Z≥99.85 m為中水期;99.85m＞Z≥99.21m為低水期。

2.3.2 按流量級(jí)確定

表1 流量理論頻率曲線參數(shù)值表

表2 流量頻率設(shè)計(jì)值表 m3/s

表3 由設(shè)計(jì)流量推算水位與直接水位設(shè)計(jì)值比較

由表2查得流量設(shè)計(jì)值成果如下:

確定高、中、低水范圍請(qǐng)參見(jiàn)上節(jié)1.3.2部分。

2.4 成果分析

流量轉(zhuǎn)化為水位進(jìn)行對(duì)照，一般來(lái)說(shuō)，水位與流量可以通過(guò)二者的關(guān)系相互推算。用水位推算流量，可與流量方法比較;也可用流量去推算水位，再與水位方法相比較。通常選用后者比較方便。根據(jù)松嶺(二)站近5年水位流量綜合關(guān)系曲線，由流量查出對(duì)應(yīng)的水位值，作為設(shè)計(jì)值，并與典型年法計(jì)算結(jié)果相比較，詳見(jiàn)表3。

表3中設(shè)計(jì)流量推算的水位是根據(jù)2003—2007年水位流量綜合曲線查得。通過(guò)比較發(fā)現(xiàn):采用流量設(shè)計(jì)值較采用典型年法設(shè)計(jì)值小得多，偏小的原因:①東北地區(qū)河流冰期時(shí)間較長(zhǎng)，低水部分水位變化較慢，而流量變化較快，因而水位與流量關(guān)系不好;②水流的天然條件易遭水利工程筑壩、抽水、采沙等人工破壞和天然河流沖刷破壞，另外近年來(lái)水流受斷面橫比降影響很大，流向偏角達(dá)70°左右，使水位流量關(guān)系曲線有逐年向右移的趨勢(shì)，表現(xiàn)在當(dāng)流量不變時(shí)，相應(yīng)的水位下降;當(dāng)水位不變時(shí)，流量有逐年偏大趨勢(shì)。

3 結(jié)論

利用實(shí)測(cè)資料進(jìn)行頻率計(jì)算，尋找高、中、低水位級(jí)，本文采用的兩種方法計(jì)算結(jié)果差別較大。通過(guò)對(duì)比分析及查找原因，筆者認(rèn)為松嶺(二)站高、中、低水位級(jí)劃分采用典型年法更為準(zhǔn)確，而且此方法符合《河流流量測(cè)驗(yàn)規(guī)范》。

[1] 中華人民共和國(guó)水利部.SL34—92水文站網(wǎng)規(guī)劃技術(shù)導(dǎo)則[S].北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，1992.

[2] 嚴(yán)義順.水文測(cè)驗(yàn)學(xué)[M].北京:水利電力出版社，1984.