柴庄水文站测站特性分析.pdf

2023 年 9 月第 3 期2023 年 9 月Soil and Water Conservation Science and Technology in Shanxi山西水土保持科技No.3Sep.2023高水中水低水枯水12058.5，12022.3，58.522.3阴 试验研究1柴庄站简介柴庄站建于 1956 年，为汾河下游控制站，集水面积为 33 932 km2，主河槽断面为 U 型，水位接近404.60 m 时左岸开始出槽，受上游水利工程及灌溉引水影响，近 20 年洪水没有溢出主河槽，河床组成为细沙、砂砾石、基岩。断面附近河道纵比降为1.30译，水面比降为 0.333耀0.633译，测验河道基本顺直，上游 100 m 处有一弯道，顺直段长约 400 m，主河槽宽 77.1 m，洪水涨落平缓，属典型盆地平原区河流。柴庄实测最大流量为 2 450 m3/s，重现期为百年一遇，实测多年平均径流量为 5.193 亿 m3（1994-2016 年），根据 河流流量测验规范（GB50179-2015）流量级划分方法，柴庄站高、中、低枯水对应流量见表 11。表 1柴庄站流量级划分单位：m3/s柴庄水文站测站特性分析王琛琛（山西省水文水资源勘测总站，山西 太原 030001）摘要：通过 1994-2016 年水文资料分析柴庄站测站特性，结果表明，汾河上游赵城站与支流东庄站控制了柴庄站 81.8%的径流量，柴庄站多年平均径流量主要分布在 7耀10 月，占全年 60.6%。柴庄站断面年际间冲淤变化较大，1994-2016 年间总趋势为逐年下切，至 2011 年断面已接近基岩，2011 年以前断面年内冲淤变化较大，以涨冲落淤为主，但全年总趋势为冲刷，2011 年后年内冲淤基本平衡，年际变化较小。1994耀2016 年间柴庄站水位流量关系线逐渐由全年多条发展为全年 1 条。柴庄站 2011耀2016 年水位流量关系曲线符合合并定线要求。关键词：柴庄水文站；测站特性；冲淤变化；水位流量关系曲线中图分类号：P336文献标识码：C文章编号：1008-0120（2023）03-0039-04Characteristic Analysis of Hydrology Station in ChaizhuangWang Chenchen渊Shanxi Hydrology and Water Resources Survey Station袁Taiyuan袁Shanxi 030001袁China冤Abstract:Based on the hydrological data from 1994 to 2016袁the characteristics of measuring stations atChaizhuang Station are analyzed.The results show that Zhaocheng Station and Dongzhuang Station袁a tributary of theupperreachesofFenheRiver袁control81.8%oftherunoffofChaizhuangStation.TheannualaveragerunoffofChaizhuangStation ismainlydistributedfromJulytoOctober袁accounting for 60.6%of the whole year.From1994 to 2016袁the generaltrend of erosion and deposition in thesection of Chaizhuang Station wasdownward year by year袁and by 2011袁the sectionwas close to the bedrock.Before 2011袁the annual erosion and deposition of the section changed greatly袁dominated byswelling袁erosion and deposition袁but the general trend of the whole year was erosion袁and after 2011袁the annual erosionanddepositionwerebasicallybalanced袁withlittleinter-annualchange.From1994to2016袁thewaterlevelanddischargerelationship lines of Chaizhuang Station gradually developed from many in the whole year to one in the whole year.ThewaterlevelanddischargecurvesofChaizhuangStationfrom2011to2016meettherequirementsofcombinedalignment.Keywords:Chaizhuang Hydrology Station曰Station characteristics曰Erosion and deposition change曰Relation curveofwaterlevelanddischarge收稿日期：2023-07-15窑39窑2023 年第 3 期山西水土保持科技2柴庄水文站来水情况分析柴庄站位于山西省襄汾县南贾镇上鲁村，距离汾河上游赵城站 95 km，区间共有 18 条汾河一级支流，较大的河流包括段纯河、团柏河、涝河、交口河、南涧河、豁都峪、洪安涧河等，其中支流洪安涧河上设有东庄水文站，其余支流均没有设水文站。赵城站和东庄站控制了柴庄站 87.4%的集水面积，按径流量统计，赵城站和东庄站控制了柴庄站的 81.8%径流量，柴庄站多年平均月径流量（1994-2016 年）年内分配见图 1，可以看出，柴庄站多年平均径流量主要分布在 7耀10 月，占全年的 60.6%，主汛期 7、8 月份径流量占全年的 35.4%。图 1柴庄站多年平均月径流量年内分配3柴庄站断面冲淤变化分析3.1断面年际变化分析柴庄站断面年际间变化较大，1994-2016 年间总趋势为断面逐年下切，至 2011 年已接近基岩，1994-2007 年与 2010-2016 年间下切幅度较为平均，2007-2008 年与 2009-2010 年间断面下切幅度很大，其中 2007-2008 年间最大下切达 3.05 m，2009-2010 年间最大下切达 0.64 m，图 2 为 1994-2016 年实测大断面比较图，可以看出，断面在 1994-2007 年间，低水均有分流，2005 年前断面右岸基本以冲刷为主，左岸则冲淤交替变化，2005 年后断面均表现为冲刷，2007 年前主河槽断面形状为 W 型，即左右岸附近较低，断面中间部分较左右岸附近略高。断面下切是由断面上下游挖沙及洪水冲刷导致，其中断面挖沙是主要原因，上世纪 90 年以来，随着经济建设的快速发展，河道采沙日趋严重，至 2010 年左右，河道泥沙已采掘殆尽，断面也基本接近基岩。2007-2008 与 2009-2010 年间并未发生较大洪水，断面下切幅度较大主要是由当时采沙较其他年份严重所致。图 2柴庄站 1994-2016 年实测大断面比较图3.2断面年内变化分析不同年份断面年内冲淤变化不尽相同，根据1994-2016 年资料分析，柴庄站断面年内变化主要分为两个阶段，2011 年以前，断面年内冲淤变化较大，以涨冲落淤为主，亦有涨淤落冲，但年内总趋势为冲刷，2011 年后断面年内冲淤变化包括涨冲落淤、涨淤落冲和不冲不淤，年内冲淤基本平衡，年际变化较小，以 2016 年“7.19”洪水实测断面为例，该场次洪水包括两个连续洪峰，洪水过程见图 3，其中58、65、66、71、77 为不同时间实测流量测次。图 3柴庄站 2016 年“7.19”洪水过程表 2 为柴庄站2016 年“7.19”洪水水位与断面面积统计，可以看出，第一个洪峰中 58 测次到 65 测次时同水位对应的断面面积增加，表现为涨冲落淤；第二个洪峰中 66 测次到 71 测次时同水位对应的断面面积减少，表现为涨淤落冲。出现这种情况是由于第二个洪峰时洪峰与沙峰过程不一致导致的。第二个沙峰的峰顶在 71 测次之前出现，到 71 测次时含沙量已经开始下降，此时虽然流量大但仍然表现为淤积，到 77 测次时含沙量已经很小了，但流速仍然较大，所以此时断面表现为冲刷。窑40窑2023 年 9 月表 2柴庄站 2016 年“7.19”洪水水位与断面面积统计4水位流量关系分析根据 1994-2016 年资料分析，柴庄站水位流量关系发展分为三个阶段，1994-2007 年为第一阶段，该阶段全年有多条水位流量关系曲线，有部分相邻关系线过渡时表现为绳套关系；2008-2010 年为第二阶段，该阶段全年有 2耀3 条关系曲线；2011-2016 年为第三阶段，该阶段全年有 1 条关系曲线。根据 河流流量测验规范 规定的水位与面积关系点偏离关系曲线在依3%范围内，测流断面为河床稳定，柴庄站断面属不稳定河床1，2007 年以前断面基本为宽浅型，且低水有分流，形不成河槽控制，受断面冲淤影响，水位流量关系表现为多条单一线或绳套，2007 年以后，主河槽受河道挖沙影响下切较大，断面逐渐向窄深型发展，2007-2010 年间水位流量关系已基本没有绳套了，全年仅有 2耀3 条关系曲线，这一阶段测验河段控制条件受断面控制逐渐显现，2011 年后主河槽下切接近基岩，但受含沙影响，仍有冲淤变化，测验河段控制条件受河槽和断面共同控制，水位流量关系基本达到全年一条单一线。以2016 年为例，图 4 为柴庄站 2016 年两次实测大断面水位、面积关系，通过全年两次实测大断面数据（1 月1 日、9 月 4 日）比较，受含沙量影响，断面全年仍有冲淤变化，最大冲淤变化主要在低水部分，两次断面面积相对误差达 15.1%，高水部分最大相对误差仅2.4%，尽管低水部分冲淤变化幅度较大，但全年水位流量关系曲线只有 1 条，可以看出，低水部分河槽控制较好，能抵消断面冲淤变化影响，中高水时河槽顺直段长度与河宽比值逐渐减小，河槽控制减弱，此时断面面积随水位增加，冲淤变幅变小，断面控制成为主要控制条件。5水位流量关系曲线合并定线分析自 2011 年开始，柴庄站水位流量关系基本为全年一条单一线，按水文巡测规范（SL195-2015）第4.5.4 条规定，各相邻年份的水位流量关系曲线之间的最大偏离高水不超过 8.0%，中水不超过 10.0%即可并线处理3。柴庄站 2011-2016 年水位流量关系曲线之间最大偏离高水为 7.1%，中水为 8.3%，符合合并定线要求，通过公式（1）数学模型多项式方程分别对 2011-2016 年实测流量资料的水位、流量进行曲线拟合，按规范规定结合本站特性，定综合线时主要采用流量大于 11 m3/s 时测点，并以标准差和系统误差作控制，各年水位流量关系曲线及综合线拟合公式、定线误差详见表 3，图 5 为各年水位流量关系曲线及综合线，柴庄站 2011-2016 年综合线多项式系数见表 3，曲线标准差为 5.2%，系统误差为-0.2%，满足规范对标准差不大于 5.5%，系统误差不大于 2.0%的定线要求。Q=a0+a1Ze+a2Ze2+anZ3n（1）式中：a0、a1、a2、an系数；Ze水位与一常数之差。图 5柴庄站 2011-2016 年水位流量关系6结论（1）柴庄站来水主要由汾河上游赵城站和区间18 条河流来水组成，其中赵城站和东庄站控制了柴庄站 81.8%的径流量，柴庄站多年平均径流量主要分布在 7耀10 月，占全年的 60.6%，主汛期 78 月径流统计测次不同水位下的面积/m2400.0 m401.0 m401.5 m587.8553.079.36518.262.489.5667.8149.375.8713.9743.468.2778.5455.681.7图 4柴庄站 2016 年实测大断面水位面积关系王琛琛柴庄水文站测站特性分析窑41窑2023 年第 3 期山西水土保持科技201189a07520011.35863048a289.56459115245.3%0.1%a1-46111.8141149786a3-0.0532128271201268a0131761738.254467a22416.71347610575.5%0.3%a1-977450.061847582a3-1.99149801922013103a0-100601086.331383a2-1921.30217588235.4%-0.1%a1761509.366476629a31.6157137724201491a0661928276.281569a212280.53865400612.6%-0.2%a1-4938314.47512818a3-10.1795102350201546a0322229760.276371a25948.99073649102.6%-0.4%a1-2398146.4095585a3-4.9189016798201696a02824447.90689368a217.70614638134.5%0.3%a1-14143.62439668322011-2016437a0206357350.329489a23788.45267288695.2%-0.2%a1-1531518.66557444a3-3.1234734842年份测点数拟合公式系数标准差系统误差量占全年的 35.4%。（2）柴庄站断面年际间冲淤变化较大，1994-2016年间总趋势为断面逐年下切，其中 2007-2008 年与2009-2010 年间断面下切幅度最大，至 2011 年断面已接近基岩，年内冲淤变化不同年份不尽相同，1994-2016 年间可分为两个阶段，2011 年以前断面年内冲淤变化较大，以涨冲落淤为主，但年内总趋势为冲刷，2011 后年内冲淤基本平衡，年际变化较小。（3）1994-2016 年间柴庄站水位流量关系发展可分为三个阶段，1994-2007 年全年有多个水位流量关系曲线，有部分相邻关系线过渡时表现为绳套关系，2008-2010 年全年有 2耀3 条关系曲线，已无绳套关系，2011-2016 年全年为 1 条关系曲线。（4）柴庄站 2011-2016 年水位流量关系曲线间高水最大偏离 7.1%，中水为 8.3%，符合合并定线要求，综合线曲线标准差为 5.2%，系统误差为-0.2%，满足规范定线要求。参考文献1 水利部水文局.GB50179-2015 河流流量测验规范S.北京：中国计划出版社，2016.2 水利部水文局.SL195-2015 水文巡测规范S.北京：中国水利水电出版社，2016.作者简介王琛琛（1990-）：女，工程师；主要从事水文测验、测报方面的研究；E-mail：表 3各年实测水位流量关系曲线拟合及误差统计窑42窑