景村水文站水位流量關(guān)系人工定線與SHDP5.0 軟件定線對(duì)比分析

王占峰

（咸陽(yáng)水文水資源勘測(cè)中心，陜西 咸陽(yáng) 712025）

1 概況

1.1 測(cè)站基本情況

景村水文站位于陜西省咸陽(yáng)市彬縣新堡子鄉(xiāng)景村，為涇河中游干流控制站，屬?lài)?guó)家重要水文站。該站設(shè)立于1934年9 月，最初名為亭口水文站，1963年3 月更名為景村水文站，集水面積40281 km2，距河口里程189 km，距彬縣縣城約4 km。承擔(dān)著為國(guó)家防總、黃委、陜西省防汛抗旱指揮部、咸陽(yáng)市、西安市、渭南市及彬縣防辦等防汛決策部門(mén)水情報(bào)汛任務(wù)。收集涇河流域基本水文資料，掌握涇河水沙量變化規(guī)律，為綜合開(kāi)發(fā)利用涇河流域水資源提供科學(xué)依據(jù)，為東莊水庫(kù)建設(shè)、涇河中下游地區(qū)防汛減災(zāi)提供水文信息和服務(wù)。本次分析資料采用水文年鑒刊印成果，資料可靠性、一致性、代表性均經(jīng)過(guò)審查。

1.2 流域概況

涇河為渭河第二大支流，發(fā)源于寧夏六盤(pán)山東麓，向東流經(jīng)平?jīng)觥艽ㄓ跅罴移哼M(jìn)入陜西長(zhǎng)武縣，再經(jīng)政平、亭口、彬縣、涇陽(yáng)于高陵縣陳家灘匯入渭河。涇河全長(zhǎng)455.1 km，流域面積45421 km2，陜西省境內(nèi)河長(zhǎng)275.3 km，流域面積9236 km2，河道平均比降2.47‰，主要支流有馬連河、蒲河、納河、黑河等。涇河多年平均徑流量為21.40 億m3,其中陜西省境內(nèi)6.02 億m3。

涇河流域形狀呈扇形，流域內(nèi)屬黃頭丘陵溝壑區(qū)，約占控制面積的56%，分布在甘肅省環(huán)縣、華池的大部分、靈臺(tái)南部及平?jīng)龀缧艝|南部；黃頭高原溝壑區(qū)約占控制面積的30%，分布在甘肅省的慶陽(yáng)、合水、鎮(zhèn)原、寧縣、正寧、涇川的大部分及平?jīng)?、靈臺(tái)、崇信的北部和陜西省的長(zhǎng)武、彬縣大部分；土石山區(qū)約占控制面積的14%，分布在子午嶺六盤(pán)山、關(guān)山等地。由于地形陡峻，且洪水多由暴雨形成，洪水暴漲暴落，水土流失嚴(yán)重，洪水期含沙量大。

1.3 測(cè)驗(yàn)斷面情況

景村水文站測(cè)驗(yàn)河段較順直，兩岸均為黃土崖，復(fù)式河槽，河床上層為沙礫卵石、下層為紅膠泥，沖淤變化明顯?；緮嗝嫔嫌?00 m、下游400 m 處，均有彎道?；舅邤嗝婕媪魉賰x測(cè)流斷面及浮標(biāo)中斷面，上下浮標(biāo)斷面間距200 m，基本斷面架設(shè)單主索閉口式吊箱纜道1 座，跨度300 m，用于流量、泥沙測(cè)驗(yàn)。

2 分析目的和采用方法

景村水文站2019年全年實(shí)測(cè)流量90 次，采用LS25-3A流速儀、電波流速儀施測(cè)。實(shí)測(cè)最大流量508 m3/s；最小流量15.8 m3/s，流量測(cè)次能夠滿(mǎn)足水位流量關(guān)系整編定線。全年采用臨時(shí)曲線法定線，與歷年趨勢(shì)一致，符合測(cè)站特性，高低水均無(wú)延長(zhǎng)?，F(xiàn)選用2019年景村站流量實(shí)測(cè)點(diǎn)，分別采用手工點(diǎn)繪水位流量關(guān)系線和整編軟件繪制水位流量關(guān)系線進(jìn)行推流。對(duì)兩種方法計(jì)算出的月徑流、年徑流進(jìn)行對(duì)比分析。為優(yōu)化定線工作方式，提高定線精度，做好水文資料“日清月結(jié)、即時(shí)整編”的時(shí)效性要求，奠定基礎(chǔ)，分析手工定線與SHDP5.0 軟件定線推流很有必要。

2.1 河道流量資料整編工作主要包括的內(nèi)容

①編制實(shí)測(cè)流量成果表和實(shí)測(cè)大斷面成果表；②繪制水位流量、水位面積、水位流速關(guān)系曲線；③水位流量關(guān)系曲線分析和三種檢驗(yàn)；④數(shù)據(jù)整理；⑤整編逐日平均流量表及洪水水文要素摘錄表；⑥繪制逐時(shí)逐日平均流量過(guò)程線；⑦單站合理性檢查；⑧編制河道流量資料整編說(shuō)明書(shū)。

河道流量資料整編工作的主要內(nèi)容也是沒(méi)有實(shí)現(xiàn)SHDP5.0 軟件定線前進(jìn)行流量資料整編必須要做好的主要環(huán)節(jié)，并且這些環(huán)節(jié)在進(jìn)行過(guò)程中是相互關(guān)聯(lián)、交叉進(jìn)行的，在應(yīng)用SHDP5.0 軟件資料整編定線后繪制的水位流量、水位面積、水位流速關(guān)系曲線、水位流量關(guān)系曲線分析檢驗(yàn)、數(shù)據(jù)分析整理都由程序來(lái)完成。因此SHDP5.0 軟件定線的應(yīng)用是水文資料整編工作一次質(zhì)的飛躍。

2.2 繪制水位流量關(guān)系線推流要求及方法步驟

采用臨時(shí)曲線法手工點(diǎn)繪2019年景村水文站水位流量關(guān)系圖，推求流量，計(jì)算年徑流。曲線不反曲、不交叉三種檢驗(yàn)合格符合規(guī)范規(guī)定。

2.3 水位流量關(guān)系繪制要求

（1）以同一級(jí)水位為縱坐標(biāo)，自左至右，依次以流量、面積、流速為橫坐標(biāo)點(diǎn)繪于坐標(biāo)紙上。選用適當(dāng)比例，使水位流量、水位面積、水位流速關(guān)系曲線分別與橫坐標(biāo)成450、600、600 的交角，且三條曲線互補(bǔ)相交。

（2）流量變幅較大，測(cè)次較多，水位流量關(guān)系點(diǎn)子分布散亂的，可分期點(diǎn)繪關(guān)系圖，再繪制一張總圖。

（3）水位流量關(guān)系曲線下部，讀數(shù)誤差超過(guò)2.5%的部分，應(yīng)另繪放大圖，流量很小時(shí)應(yīng)適當(dāng)放寬。

（4）年底年尾水位流量應(yīng)和上下年數(shù)據(jù)銜接。

2.4 手工繪制水位流量關(guān)系圖方法步驟

（1）水位流量比例在米格紙上設(shè)置1cm 代表流量為1、2、5 倍數(shù)，減少人工讀數(shù)誤差。

（2）人工繪制要求定線人員熟練運(yùn)用“曲線條、大刀”等繪圖工具，根據(jù)測(cè)站特性初步繪制水位流量關(guān)系線，樣條曲線通過(guò)點(diǎn)群中心、連續(xù)光滑、過(guò)渡自然、不允許出現(xiàn)反曲現(xiàn)象，沒(méi)有特殊情況應(yīng)不相交，還需與歷年趨勢(shì)一致原則。

（3）分析確定相對(duì)穩(wěn)定時(shí)段和關(guān)系點(diǎn)分組，分別定出各穩(wěn)定時(shí)段內(nèi)的水位流量關(guān)系曲線。根據(jù)測(cè)點(diǎn)繪制好總圖曲線后，讀取曲線數(shù)據(jù)，按照放大圖坐標(biāo)比例轉(zhuǎn)換到放大圖上，精確地讀出水位流量數(shù)據(jù)后逐級(jí)進(jìn)行放大。

（4）根據(jù)《水文資料整編規(guī)范》（SL 247-2012）要求，臨時(shí)曲線實(shí)測(cè)點(diǎn)10 次以上，應(yīng)做符號(hào)檢驗(yàn)、實(shí)現(xiàn)檢驗(yàn)、偏離檢驗(yàn)?？词欠窈细窕蚪咏细?，如果標(biāo)椎差相差較多應(yīng)調(diào)整曲線或重新劃分。

（5）所繪制的三種關(guān)系曲線，應(yīng)互相對(duì)照，使在曲線上查讀的各級(jí)水位的流量應(yīng)等于相應(yīng)的面積與流速的乘積，其偏差不應(yīng)超過(guò)±3%。

2.5 采用SHDP5.0 繪制水位流量關(guān)系圖方法步驟

（1）首先需要將水位觀測(cè)數(shù)據(jù)和實(shí)測(cè)流量等數(shù)據(jù)錄入整編系統(tǒng)，并錄入基本控制信息。

（2）進(jìn)入關(guān)系曲線定線后，新建水位流量關(guān)系曲線。若本站是單一線，可自動(dòng)默認(rèn)曲線類(lèi)型為單一線而自動(dòng)生成水位流量關(guān)系曲線；若非單一線，需要根據(jù)實(shí)際情況勾選曲線類(lèi)型為繩套或多曲線。再根據(jù)需要設(shè)置推流時(shí)段（若已經(jīng)確定推流時(shí)段，未確定可不填入）及起止時(shí)間，即可進(jìn)入定線主界面。

（3）通過(guò)圖形管理可以方便關(guān)系曲線圖形顯示、查看的功能。能實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)縮放、實(shí)時(shí)平移、窗口放大、線形繪制及改線、對(duì)象選擇、對(duì)象刪除等一般的圖形管理操作。此方法定線可靈活運(yùn)用鼠標(biāo)完全代替“曲線條、大刀”等傳統(tǒng)繪圖工具。根據(jù)測(cè)站特性初步繪制水位流量關(guān)系線，樣條曲線通過(guò)點(diǎn)群中心、連續(xù)光滑、過(guò)渡自然、不允許出現(xiàn)反曲現(xiàn)象，沒(méi)有特殊情況應(yīng)不相交。

（4）分別定出各穩(wěn)定時(shí)段內(nèi)的水位流量關(guān)系曲線，分析確定相對(duì)穩(wěn)定推流時(shí)段和關(guān)系點(diǎn)分組，通過(guò)曲線時(shí)段編輯窗口錄入曲線推流時(shí)段信息。

水位流量關(guān)系曲線繪制后，其相對(duì)應(yīng)的曲線節(jié)點(diǎn)將會(huì)自動(dòng)生成。如需調(diào)整個(gè)別節(jié)點(diǎn)可通過(guò)移動(dòng)、微調(diào)、接點(diǎn)增加和節(jié)點(diǎn)加密等方式進(jìn)行編輯。

（5）對(duì)于多條推流曲線的連時(shí)序法（繩套）Z-Q 關(guān)系曲線，具有曲線合并、曲線拆分、部分重疊等功能，并提供輔助定線窗體，顯示相關(guān)輔助曲線，能實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)、計(jì)算并顯示實(shí)測(cè)點(diǎn)相對(duì)誤差、三線檢驗(yàn)誤差、相關(guān)計(jì)算誤差、節(jié)點(diǎn)、實(shí)測(cè)點(diǎn)和關(guān)系線等信息，供定線操作參考。

（6）多曲線定線僅需編輯一張總圖即可，無(wú)需人工讀取曲線水位流量數(shù)據(jù)后再逐級(jí)繪制放大圖。

（7）將編輯的關(guān)系曲線存入數(shù)據(jù)庫(kù)，并在數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)部進(jìn)行復(fù)制和轉(zhuǎn)換。

（8）能根據(jù)資料整編需要，指定任意比例、任意圖幅大小的打印輸出。為了實(shí)現(xiàn)數(shù)字圖形的通用性，實(shí)現(xiàn)了AutoCAD圖形格式轉(zhuǎn)出。可以對(duì)調(diào)整設(shè)置好的打印圖形按比例轉(zhuǎn)換成dxf 圖形格式，可以在AutoCAD 圖形管理平臺(tái)上顯示、打印圖形。

3 數(shù)據(jù)精度對(duì)比分析

3.1 采用手工繪制的水位流量關(guān)系圖

圖1 手工繪制1 線

圖2 手工繪制2 線

圖3 手工繪制3 線

3.2 采用SHDP5.0 軟件繪制的水位流量關(guān)系圖

圖4 采用SHDP5.0 軟件繪制的水位流量關(guān)系圖

3.3 采用手工繪制的水位流量推求的數(shù)據(jù)值

3.4 采用SHDP5.0 軟件繪制的水位流量推求的數(shù)據(jù)值

表2 涇河景村站逐日平均流量表（年份：2019；測(cè)站編碼：41 200900；流量：(m3/s)；集水面積：40281km2）

3.5 兩種方法繪制的水位流量推求的年徑流數(shù)據(jù)值分析

經(jīng)過(guò)對(duì)景村水文站2019年水流沙資料采用兩種定線方法推流計(jì)算，手工點(diǎn)繪的水位流量關(guān)系圖推求的年徑流為12.82×108m3、最大流量522 m3/s、最小流量14.4 m3/s、平均流量40.6 m3/s；采用SHDP5.0 繪制水位流量關(guān)系圖推求的年徑流為12.81×108m3、最大流量524 m3/s、最小流量14.9 m3/s、平均流量40.6 m3/s，兩種方法最后的徑流量相差1.0×106m3水量，誤差可以忽略不計(jì)、最大流量誤差不到1%也可以忽略不計(jì)。成果符合規(guī)范要求，滿(mǎn)足定線要求。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)實(shí)際的資料數(shù)據(jù)對(duì)比計(jì)算，采用SHDP5.0 軟件定線滿(mǎn)足“即時(shí)整編、日清月結(jié)”的時(shí)效性要求，SHDP5.0 軟件定線推流無(wú)需人工讀取流量節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)、無(wú)需放大圖；曲線光滑、點(diǎn)繪準(zhǔn)確、數(shù)據(jù)傳輸便利、便于審查改正；極大地提高了定線技術(shù)水平和質(zhì)量。目前采用SHDP5.0 軟件定線在該地區(qū)水文測(cè)站已推廣應(yīng)用。