论文部分内容阅读
1 海委引滦局乌龙矶水文站 河北承德 067400；
2 海委引滦局水文水质监测中心 河北唐山 064309
摘要：本文基于实测资料，总结了乌龙矶站各水文要素的一般规律。通过对基本断面演变的分析及断流水位推求，探讨了测站水文泥沙特性及规律，并对今后测验工作开展提出了建设性意见。
关键词：水文特性；断面演变；断流水位；水沙特性；乌龙矶站
1 概况
乌龙矶水文站位于河北省承德县境内、滦河干流中游，控制流域面积30100Km2。上有伊逊河、武烈河、老牛河等支流汇入，下有柳河、瀑河等支流入汇。该站始建于1983年，作为潘家口水库在滦河干流上的入库控制站，也是国家首批重点水文站，承担着滦河干流水文测验及向潘家口水库和国家防总报汛的重要职责。测验任务包括降水、蒸发、水位、流量、水温、冰凌、悬移质输沙率等项目。
2 基本水文特性
2.1 降水
乌龙矶站多年（1985～2013）平均降水量578.7mm，其中最大年份可达885.8mm（1990年），而最旱的年份仅有338.7mm（2002年），二者相差达2.6倍。降水多集中于七、八两月，占到全年的50%以上；其次是六月份，占近18%。最大日降水量165.4mm（1994年7月12日）。最大日降水常发生于七月中、下旬，其次，发生于八月份的机会也较多。多年平均降水日数67天。
2.2 蒸发
乌龙矶站多年（1985～2013）平均蒸发量946.5mm，最大年蒸发量1219.0mm（1996年），最小年蒸发量759.3mm（2007年）。蒸发量最大的月份为四、五月份，最小的月份为十二、一月份。最大日蒸发量可达17.4mm（1996年5月15日）。结冰期，一般初冰多在十一月初，终冰多在三月底。
2.3 水位
乌龙矶站水位测验采用假定基面，校核水准点高程为15.00m。历史最高洪水位10.49m（1994年7月13日），最低枯水位3.09m（1992年6月1日）。多年（1984～2013）平均水位3.76m。年最高水位多出现于七月下旬至八月中旬，最低水位多出现于五、六月份。封冻期，一般封冻在十二月中旬，解冻在二月下旬。
2.4 流量
该站在畅流期具有稳定的水位～流量关系，其关系线呈单一曲线。冰期推流则依时序点绘实测流量点，直接连接各点为过程线，即采用连实测流量过程线法。多年（1984～2013）平均流量30.3 m3/s。历史最大洪峰流量5720m3/s（1994年7月13日）。在基本断面采用流速仪法测得的最大流量为1440 m3/s（1992年8月4日），相应测次平均流速3.06 m/s，最大测点（水面）流速5.06 m/s。
1999～2004年连续六年的枯水年，使该站流量出现历史最小值0.30m3/s（2001年6月6日）。尤其是2002年，全年最大流量仅38.5m3/s，为建站以来所仅有。
2.5 径流量
乌龙矶站多年（1984～2013）平均年径流量9.365亿m3，径流量Cv值0.67。表1是径流量年内各月所占权重分布情况。由表可见，径流量集中在七、八两月，占全年径流量的45%以上。最枯的月份为一、二、五月。其中，一、二月份适逢稳定封冻期；五月份则为产、
汇流较少而沿河灌溉引水高峰期。
图1为径流量年际变化柱状图。由图可见，年径流量大致呈现连丰连枯的特征。1990～1998年的九年间，年径流量均超过（或接近）10亿m3；而1999～2013年的十五年间，年径流量均不足10亿m3，其中2000年仅2.96亿m3，为建站以来最枯年份。
3 基本断面演变
乌龙矶站基本断面由主河槽和右岸滩地两部分组成。其中，主河槽宽约120m，为卵石夹沙河床。滩地宽300余m，水流漫滩机会较少，滩地常年种植有农作物。左岸陡壁下有当地村民兴修的灌渠，自断面所在河段上游引水入渠，渠内流量最大时可达19.1m3/s（实测值）。
表2为该站基本断面特征值年际变化情况统计。由表可知，河床年际间冲淤变化不大，河床平均高程以及河底最低点高程变幅均较小，未呈现明显的淤高或刷深趋势（见图2），具有稳定的河相关系。
河相系数的表达式为：
ζ=B1/2/H
式中，B为河宽（m），H为平均水深（m）。从表2中可以看出，平均河底高程以及河槽宽年际间变化不大。这就决定了断面河相系数是一个比较稳定的值。漫滩流量下的水位取为
7.0m，由图2查得相应河宽为144m，并计算得平均水深为2.37m。则该断面河相系数为：
注：表中各年河槽宽依照当年大断面实测点据在两岸高程由陡变而渐变（或由渐变而陡变）的转折点处的起点距之差而定。
在无实测点据的低水部分，需对水位～流量关系曲线进行延长，以推求低水部分流量。这时，须先确定断流水位【1】以用做控制点，然后顺曲线趋势延长至该点。如图3所示，实线部分是某年水位流量关系低水部分的放大曲线，在图中选取A（Ga，Qa）、C（Gc，Qc）二点，其中，Ga、Gc，Qa、Qc分别代表A、C二点的水位和流量值，Ga=3.95m，Qa=54.0 m3/s，Gc=3.64m，Qc=20.0 m3/s。另在图中选取B（Gb，Qb）点，Gb、Qb代表B点水位、流量值，并使Qb满足下式：
Qb=（Qa· Qc）1/2 （1）
将Qa、Qc值代入式（1），求得Qb=32.9m3/s。从图中查得相应的水位值Gb=3.78m。
采用下式计算断流水位Z值：
Z=（Ga· Gc-Gb2）/（Ga+Gc-2Gb） （2） 用式（2）求得Z=2.99m。即断流水位为2.99m。
相应年份大断面最低点高程为2.34m，实测最低水位为3.09m，断流水位介于二者之间，表明计算结果是合理的。以此断流水位为终点，将水位～流量关系曲线延长至此，见图中虚线部分（曲线下部）。由此，便可编制完整的水位～流量关系表了。
图3 低水延长法推求断流水位示意图
5 水沙特性
表3是乌龙矶站一次洪水的水位、流量过程。由表中可见，流量由几百秒立米陡增至5000m3/s，历时仅约10h。洪峰水位10.49m，涨幅达6m，体现了山区河流洪水来势猛、涨幅快的特点。以1994年7月中旬的一场洪水为例，其一日洪量达到3.612亿m3，三日洪量6.018亿m3，七日洪量7.398亿m3。可见，一场洪水的洪量，主要集中在最大三日内。水面流速可达5.0m/s以上，显现出峰高、量大、流急的特点。
另从该站历年实测流量成果可以看出，虽然流速大小与水位高低存在一般的线性关系，即大流速对应高水位，但就某一年而言，最大测点流速和最大断面平均流速则可能发生在不同的测次。如1997年，实测最大测点流速4.91m/s，相应测次的水位为7.50m；而当年最大断面平均流速3.20m/s，则发生在水位为6.33m的测次。
1980～1990年代，乌龙矶站曾开展悬移质输沙率测验，取得了若干测次的单、断沙测验成果，后因滦河水系连续发生枯水年份而停测。在双对数坐标纸上点绘该站单、断沙关系曲线，大致呈一45°斜线。按规范要求，一类站单断沙关系线的比例系数在0.95～1.05之间【2】。当单沙能够代表断面平均含沙量时，则输沙率测验即可简化为单沙测验与流量测验。乌龙矶站单、断沙关系满足这一要求，因此，在进行洪水输沙率测验时，可将单沙测验结果作为断面平均含沙量参与计算，以缩短测验历时。
6 结语
乌龙矶站做为首批国家重点水文站，建站30年来，为工程管理运用积累了大量翔实的第一手资料。同时，做为干流控制站和基本水文站，具备实施《测站任务书》中规定的全部测验任务的能力。因此，乌龙矶站应加强全断面流量控制测验，并在做好日常水文测验的同时，继续开展悬移质输沙率测验，为水库沙量平衡计算提供重要依据。
参考文献：
【1】湖北省水利学校，《水文资料整编》，水利电力出版社，北京，1979.11；
【2】中华人民共和国水利部，《河流悬移质泥沙测验规范》，中国计划出版社，北京，2007.5；
【3】【4】水利电力部水利司，《水文测验手册》，水利电力出版社，北京，1983.8；
【5】刘光文，《水文分析与计算》，水利电力出版社，北京，1989.11。
作者简介：
柳铁忠（1963-），男，河北衡水人，在职陆地水文专业中专学历，技师，长期从事河道水文测验工作。
2 海委引滦局水文水质监测中心 河北唐山 064309
摘要：本文基于实测资料，总结了乌龙矶站各水文要素的一般规律。通过对基本断面演变的分析及断流水位推求，探讨了测站水文泥沙特性及规律，并对今后测验工作开展提出了建设性意见。
关键词：水文特性；断面演变；断流水位；水沙特性；乌龙矶站
1 概况
乌龙矶水文站位于河北省承德县境内、滦河干流中游，控制流域面积30100Km2。上有伊逊河、武烈河、老牛河等支流汇入，下有柳河、瀑河等支流入汇。该站始建于1983年，作为潘家口水库在滦河干流上的入库控制站，也是国家首批重点水文站，承担着滦河干流水文测验及向潘家口水库和国家防总报汛的重要职责。测验任务包括降水、蒸发、水位、流量、水温、冰凌、悬移质输沙率等项目。
2 基本水文特性
2.1 降水
乌龙矶站多年（1985～2013）平均降水量578.7mm，其中最大年份可达885.8mm（1990年），而最旱的年份仅有338.7mm（2002年），二者相差达2.6倍。降水多集中于七、八两月，占到全年的50%以上；其次是六月份，占近18%。最大日降水量165.4mm（1994年7月12日）。最大日降水常发生于七月中、下旬，其次，发生于八月份的机会也较多。多年平均降水日数67天。
2.2 蒸发
乌龙矶站多年（1985～2013）平均蒸发量946.5mm，最大年蒸发量1219.0mm（1996年），最小年蒸发量759.3mm（2007年）。蒸发量最大的月份为四、五月份，最小的月份为十二、一月份。最大日蒸发量可达17.4mm（1996年5月15日）。结冰期，一般初冰多在十一月初，终冰多在三月底。
2.3 水位
乌龙矶站水位测验采用假定基面，校核水准点高程为15.00m。历史最高洪水位10.49m（1994年7月13日），最低枯水位3.09m（1992年6月1日）。多年（1984～2013）平均水位3.76m。年最高水位多出现于七月下旬至八月中旬，最低水位多出现于五、六月份。封冻期，一般封冻在十二月中旬，解冻在二月下旬。
2.4 流量
该站在畅流期具有稳定的水位～流量关系，其关系线呈单一曲线。冰期推流则依时序点绘实测流量点，直接连接各点为过程线，即采用连实测流量过程线法。多年（1984～2013）平均流量30.3 m3/s。历史最大洪峰流量5720m3/s（1994年7月13日）。在基本断面采用流速仪法测得的最大流量为1440 m3/s（1992年8月4日），相应测次平均流速3.06 m/s，最大测点（水面）流速5.06 m/s。
1999～2004年连续六年的枯水年，使该站流量出现历史最小值0.30m3/s（2001年6月6日）。尤其是2002年，全年最大流量仅38.5m3/s，为建站以来所仅有。
2.5 径流量
乌龙矶站多年（1984～2013）平均年径流量9.365亿m3，径流量Cv值0.67。表1是径流量年内各月所占权重分布情况。由表可见，径流量集中在七、八两月，占全年径流量的45%以上。最枯的月份为一、二、五月。其中，一、二月份适逢稳定封冻期；五月份则为产、
汇流较少而沿河灌溉引水高峰期。
图1为径流量年际变化柱状图。由图可见，年径流量大致呈现连丰连枯的特征。1990～1998年的九年间，年径流量均超过（或接近）10亿m3；而1999～2013年的十五年间，年径流量均不足10亿m3，其中2000年仅2.96亿m3，为建站以来最枯年份。
3 基本断面演变
乌龙矶站基本断面由主河槽和右岸滩地两部分组成。其中，主河槽宽约120m，为卵石夹沙河床。滩地宽300余m，水流漫滩机会较少，滩地常年种植有农作物。左岸陡壁下有当地村民兴修的灌渠，自断面所在河段上游引水入渠，渠内流量最大时可达19.1m3/s（实测值）。
表2为该站基本断面特征值年际变化情况统计。由表可知，河床年际间冲淤变化不大，河床平均高程以及河底最低点高程变幅均较小，未呈现明显的淤高或刷深趋势（见图2），具有稳定的河相关系。
河相系数的表达式为：
ζ=B1/2/H
式中，B为河宽（m），H为平均水深（m）。从表2中可以看出，平均河底高程以及河槽宽年际间变化不大。这就决定了断面河相系数是一个比较稳定的值。漫滩流量下的水位取为
7.0m，由图2查得相应河宽为144m，并计算得平均水深为2.37m。则该断面河相系数为：
注：表中各年河槽宽依照当年大断面实测点据在两岸高程由陡变而渐变（或由渐变而陡变）的转折点处的起点距之差而定。
在无实测点据的低水部分，需对水位～流量关系曲线进行延长，以推求低水部分流量。这时，须先确定断流水位【1】以用做控制点，然后顺曲线趋势延长至该点。如图3所示，实线部分是某年水位流量关系低水部分的放大曲线，在图中选取A（Ga，Qa）、C（Gc，Qc）二点，其中，Ga、Gc，Qa、Qc分别代表A、C二点的水位和流量值，Ga=3.95m，Qa=54.0 m3/s，Gc=3.64m，Qc=20.0 m3/s。另在图中选取B（Gb，Qb）点，Gb、Qb代表B点水位、流量值，并使Qb满足下式：
Qb=（Qa· Qc）1/2 （1）
将Qa、Qc值代入式（1），求得Qb=32.9m3/s。从图中查得相应的水位值Gb=3.78m。
采用下式计算断流水位Z值：
Z=（Ga· Gc-Gb2）/（Ga+Gc-2Gb） （2） 用式（2）求得Z=2.99m。即断流水位为2.99m。
相应年份大断面最低点高程为2.34m，实测最低水位为3.09m，断流水位介于二者之间，表明计算结果是合理的。以此断流水位为终点，将水位～流量关系曲线延长至此，见图中虚线部分（曲线下部）。由此，便可编制完整的水位～流量关系表了。
图3 低水延长法推求断流水位示意图
5 水沙特性
表3是乌龙矶站一次洪水的水位、流量过程。由表中可见，流量由几百秒立米陡增至5000m3/s，历时仅约10h。洪峰水位10.49m，涨幅达6m，体现了山区河流洪水来势猛、涨幅快的特点。以1994年7月中旬的一场洪水为例，其一日洪量达到3.612亿m3，三日洪量6.018亿m3，七日洪量7.398亿m3。可见，一场洪水的洪量，主要集中在最大三日内。水面流速可达5.0m/s以上，显现出峰高、量大、流急的特点。
另从该站历年实测流量成果可以看出，虽然流速大小与水位高低存在一般的线性关系，即大流速对应高水位，但就某一年而言，最大测点流速和最大断面平均流速则可能发生在不同的测次。如1997年，实测最大测点流速4.91m/s，相应测次的水位为7.50m；而当年最大断面平均流速3.20m/s，则发生在水位为6.33m的测次。
1980～1990年代，乌龙矶站曾开展悬移质输沙率测验，取得了若干测次的单、断沙测验成果，后因滦河水系连续发生枯水年份而停测。在双对数坐标纸上点绘该站单、断沙关系曲线，大致呈一45°斜线。按规范要求，一类站单断沙关系线的比例系数在0.95～1.05之间【2】。当单沙能够代表断面平均含沙量时，则输沙率测验即可简化为单沙测验与流量测验。乌龙矶站单、断沙关系满足这一要求，因此，在进行洪水输沙率测验时，可将单沙测验结果作为断面平均含沙量参与计算，以缩短测验历时。
6 结语
乌龙矶站做为首批国家重点水文站，建站30年来，为工程管理运用积累了大量翔实的第一手资料。同时，做为干流控制站和基本水文站，具备实施《测站任务书》中规定的全部测验任务的能力。因此，乌龙矶站应加强全断面流量控制测验，并在做好日常水文测验的同时，继续开展悬移质输沙率测验，为水库沙量平衡计算提供重要依据。
参考文献：
【1】湖北省水利学校，《水文资料整编》，水利电力出版社，北京，1979.11；
【2】中华人民共和国水利部，《河流悬移质泥沙测验规范》，中国计划出版社，北京，2007.5；
【3】【4】水利电力部水利司，《水文测验手册》，水利电力出版社，北京，1983.8；
【5】刘光文，《水文分析与计算》，水利电力出版社，北京，1989.11。
作者简介：
柳铁忠（1963-），男，河北衡水人，在职陆地水文专业中专学历，技师，长期从事河道水文测验工作。