1 概述 应城（二）水文站位于应城市城中区大富水左岸（113°19′～113°45′，30°43′～31°08′），集水面积1360km2，汉北河区域代表站，国家基本水文站。测验项目有水位、雨量、流量、水质、墒情、地下水等，于1961年12月建站。测验河段顺直较规则，为人工开挖河槽，两岸由大堤控制，无岔流、串沟、逆流，总宽166m，主河槽约77.0m，由壤土、砂壤土组成，河底平均高程20.80m，水位在28.00m以上时两岸均漫滩，河滩上植杨树林，基上1400m有铁路桥，基下250m有公路桥，低水受上游八斗山电站发电影响，常年受汉北河水位变化影响，水位流量关系复杂。 1.1 水文测验 水位观测方法采用自记观测备有人工校测，自记水位采用固态存储仪器记录，人工观测是直接观读水尺。水位观测设施设备：WFH-2型岸式自记水位台、基本水尺断面兼流速仪测流断面、比降水尺、基本水准点、校核水准点等。本站流量测验设施设备：水文缆道、水文测验铅鱼及新测流仪器ADCP测流设备。 1.2 资料整编 本站水位流量关系低水时受上游水库蓄水，各工矿企业提水，筑坝等因素影响，中高水时受洪水涨落、水库泄洪、下游闸门启闭及洪水顶托等因素影响，关系线很不稳定。流量整编采用连时序法定线推流，线与线之间自然过渡。 2 测站控制及糙率分析 2.1 断面特性分析 本站选取了2004～2015年近12年的大断面资料，以及1997年丰水年份大断面资料。选用各年份大断面资料1次，共选取了13次大断面资料进行分析。 （1）横断面图比较法。将各次大断面成果采用不同的符号点绘河底高程沿横断面分布图，以便分析断面横向冲淤部位和冲淤变化程度。1997年丰水年，径流较大，河床冲刷影响较大，河底高程变化较明显。其他年份河床稳定，有冲有淤，属于局部小范围、不经常性冲淤，影响小，断面稳定。 （2）切线比较法。绘制历年大断面水位～面积关系，并通过点群中心绘出水位～面积综合关系线。计算各年（次）水位面积关系线与综合线各级水位的面积相对偏差。从历年水位与面积关系曲线及断面稳定程度±3%和±6%的外包线看，低水除1997年变幅达3.5%外，其他年份变幅均在±3%以内、中高水变幅均较小，呈密集的单一线，均在±3%以内，水位～面积关系曲线稳定。 （3）冲淤过程线法。通过2004～2015年实测大断面资料，计算各年各测次断面平均高程，并点绘平均河底高程过程线图。除2004～2006年因测点布设原因，断面平均高程有较大变化，其他年份测点变化不大时，可以看出，河床均只是受洪水涨落因素影响，交替冲淤，断面变化不大，河床稳定。 （4）同水位过程线法。在高、中、低水分别选固定水位值，低水选择23.00m,中水选择27.00m，高水选择31.00m具有代表性的水位级，其各年该水位对应的面积变化相对偏差绘制过程图。该站低水河道断面受局部、不经常性冲淤影响，低水、中高水河道断面相对偏离百分数绝对值小于3%，断面稳定。从年际间变化看冲淤主要发生在中高水，属于不经常性冲淤，整体河床没有发生较大变化。 分析结论：通过以上几种方法的分析，可以看出本站河道断面年际变化较小，除1997年河床冲刷较大以外，其余年份河床冲淤交替，河床稳定，断面变化对水位流量关系的影响程度相对较小。 2.2 糙率分析 本站选取了1983年、1990年、1991年、1997年、1998年丰水年作为样本数据进行分析。按测站任务书要求，本站水位处于26.50m以上时进行比降观测，收集糙率资料。所选年份超过该水位的测次相对较多，分析序列相对较长，代表性较好。 本次分析总共选取实测流量123次，其中1983年高水13次；1983年中水9次；1990年高水7次、中水1次；1991年高水17次，中水2次；1997年高水6次，中水13次；1998年高水43次，中水12次。其中1997年6月7日出现大洪水，实测最大流量1890m3/s，相应水位32.56m，比降为2.48×10-4，糙率为0.028。 2.3 水位流量关系研究分析 应城（二）站水位流量关系受多重因素影响，历年来采用连时序法定线推流。2016年应城站于下游设立新断面，启用新水尺组、新测流缆道进行水位、流量测验，老断面水位同步观测，为探索落差指数法进行定线推流收集到了第一手的原始资料，具备水位流量关系单值化分析的可能性。 本次水位流量关系分析系列为2016年超历史洪水的原始资料，收集流量测次为63次，本次单值化分析采用2016年资料，实测流量26次，水位变幅26.54～33.48m。大富水河跨汉宜公路（S107）处河道呈大弯道形，河床正中央长度通过实地测量方法确定取新老测流断面间河道正中央处距离为准，实地测量进行校核，以减少测量误差。最终确定河道正中央处距离为2042m。 通过对照两站水位及落差变化趋势，可以看出本次样本数据最低水位26.54m，最高水位33.48m，各水位级均有测点分布，测点数据未出现倒落差现像，样本数据分布较合理。 3 水位流量关系研究分析 2016年应城站在下游2km设立新断面，测流缆道进行测验，老断面水位同步观测，为探索落差指数法收集到了原始资料，具备水位流量关系单值化分析的可能性。 3.1 资料选用 本次水位流量关系分析系列为2016年超历史洪水的原始资料，收集流量测次为63次，本次单值化分析采用2016年资料，实测流量26次，水位变幅26.54～33.48m。通过点绘新老断面水位过程线对照两站水位及落差变化趋势，样本数据分布较合理。本站属于平原性河流，流速较小时，水位落差值非常小，接近于0，已超过水尺校准偏差值，故新老断面同时水位落差数据仅适用于中、高水及流量较大时使用。 3.2 分析方法 应城（二）站测验河段顺直，断面稳定，但水位流量关系受多重因素影响，历年来采用连时序法定线推流，水位流量关系线复杂多变，因此选用落差指数法来分析研究，探索单值化的可能性。 落差指数法是根据落差法的基本公式来进行整编的，由 q= 式中，Q1、Q2是同水位不同落差的流量，m3/s；Z上、Z下是上、下断面同时水位；△Z1、△Z2是与Q1、Q2相应的落差，m。其中，β是落差指数；q是流量与落差β次方之比。 在同水位下，Q/（△Z）β为一常数，即Q/（△Z）β是水位的单值函数，Q/（△Z）β=f（z）为单一关系。在率定Q/（△Z）β=f（z）的关系曲线时，由于z、Q、△Z都为实测值，关键是“β”值的求解。落差指数法是通过试算，根据标准差最小原则来优选β值。 3.3 具体方法 用实测流量Qi及相应水位Zi和落差△Zi来率定落差指数β和Z～Q/（△Z）β关系曲线。根据《水文资料整编规范》（SL 247—2012）落差指数β一般取值范围为0.20～0.80，经分析本站采用β=0.34、0.35、0.36、0.37、0.38、0.39、0.40、0.41、0.42、0.43、0.44、0.45进行试算，每假设一β值，由实测流量及相应落差可计算qi，点绘一条zi-qi关系线，然后计算关系点偏离关系线的标准差Sei，由此可得到落差指数与标准差的关系，见表所示：在123次样本系列中，采用标准差检验样本数据，公式如下： Se=[1/（n-2）∑（（qi-qci）/qci）2]1/2 式中，Se是实测点标准差；qi是第i次流量（作为单值化处理的单一线中第i次校正流量）；qci是第i次实测流量对应单一线上的流量；n是测点总数。 通过应城（二）站落差指数法落差指数与标准差关系表可点绘落差指数β与标准差Se关系图。分析出最小的标准差Se=4.25%，此时的Se再与《水文资料整编规范》（SL 247—2012）规定的水力因数型方法定线标准比较，符合规定标准，则此时的β=0.39和Z-Q/（△Z）β关系曲线即为所求，如图1所示。 图1 4 分析结论与研究 4.1 分析结论 根据《水文资料整编规范》规定：采用水力因素法定线精度指标为：二类精度水文站：系统误差±3%，标准差±8%。分析Z-Q/（△Z）β关系线（β=0.39），其系统误差为-0.07，标准差为4.25%，且三种检验均已通过，此次分析成果符合规范要求。 4.2 研究思考 中高水水位在26.50～33.80m采用落差指数法Z-Q/（△Z）β关系线（β=0.39）定线推流，经分析计算，其精度满足SL 195-2015水文巡测规范要求，可采用该方法进行推流。 综上所述，在天然河道用落差指数法通过辅助断面解决受综合因素影响的水位流量关系单值化的问题适宜，可供研究借鉴和使用。 参考文献 [1]湖北省水利厅．湖北河流集．2002. [2]中华人民共和国水利部．水文巡测规范（SL195-2015）[S]． [3]朱晓原，张留柱，姚永熙．水文测验实用手册[M]．中国水利水电出版社． [4] 中华人民共和国水利部．水文资料整编规范（SL247-2012）[S]． 
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收稿日期：2017-10-09
作者简介：黄俊雄，供职于湖北省孝感市水文水资源勘测局。
