水流含沙量與其他水文要素相關(guān)關(guān)系探討

陳德明

（長(zhǎng)江下游水文水資源勘測(cè)局，南京 210011）

1 資料收集

（1）氣象觀測(cè)：觀測(cè)站址為頭門(mén)島附近，建立了一個(gè)臨時(shí)氣象觀測(cè)站，觀測(cè)的主要內(nèi)容有風(fēng)速、氣壓、溫度、濕度、降雨、雷暴及霧況。

（2）潮位觀測(cè)：頭門(mén)島水域，觀測(cè)連續(xù)潮位。

（3）波浪觀測(cè)：局波型、波高、周期與相應(yīng)的波向、波譜。

（4）在碼頭位置布置一條垂線，采用人工取樣。自2009年8月17日至10月21日，每天7∶00、12∶00、16∶00進(jìn)行含沙量取樣分析。每次采集層次為三層，即為垂線實(shí)測(cè)水深的表層（距水面0．5m）、0．6水深、底層（距水底0．5 m），每層水樣容積都為1 000ml。

介于該海域?yàn)榕_(tái)風(fēng)多發(fā)季節(jié)，在資料收集過(guò)程中，發(fā)生過(guò)臺(tái)風(fēng)，在大風(fēng)天后加密取樣觀測(cè)，即10月8日和9日增加10∶00和14∶00取樣。

在取樣點(diǎn)位置距底層1m位置放置OBS，進(jìn)行同步泥沙連續(xù)觀測(cè)，自2009年8月17日至11月7日，每小時(shí)自動(dòng)采集數(shù)據(jù)一次。

2 資料處理及分析

2．1 含沙量及其他要素影響分析

含沙量分析采用烘干稱(chēng)重法，量積誤差不超過(guò)5‰，稱(chēng)重采用萬(wàn)分之一。

含沙量水樣是用自然沉淀法使其濃縮，沒(méi)有任何凝聚劑來(lái)加速沉淀。澄清的程度，決定極細(xì)的顆粒絕大部分沉淀到底部，抽出之清水中所含泥沙重量小于總沙重的2%，即認(rèn)為沉淀的時(shí)間已經(jīng)夠了。根據(jù)規(guī)范要求，水樣至少沉淀5天以上。主要步驟：（1）烘干濾紙并稱(chēng)重標(biāo)定；（2）量水樣容積；（3）沉淀濃縮水樣；（4）過(guò)濾洗鹽（5次以上）；（5）洗鹽后的濾紙烘干（100～110℃）、冷卻；（6）稱(chēng)紙沙重；（7）計(jì)算含沙量、編制成果表和繪制相關(guān)圖表。

烘干后的沙樣，應(yīng)及時(shí)移入干燥器中冷卻至室溫稱(chēng)重，并用下式計(jì)算各測(cè)點(diǎn)水樣的含沙量：

式中，Cs—某水樣的含沙量（kg／m3）；W2—紙沙重（g）；W1—紙重（g）；Vs—水樣體積（mL）。

垂線平均含沙量采用測(cè)點(diǎn)的算術(shù)平均來(lái)計(jì)算。

2．1．1 與潮位、氣象、波浪的對(duì)應(yīng)分析

（1）與潮位潮型對(duì)應(yīng)關(guān)系。

根據(jù)定點(diǎn)含沙量觀測(cè)成果和潮位站的潮位觀測(cè)成果，繪制的過(guò)程線見(jiàn)圖1和圖2。

圖1 2009年8月17日至9月17日各層含沙量及潮位變化過(guò)程線

圖2 2009年9月18日至10月21日各層含沙量及潮位變化過(guò)程線

從2009年8月17日至10月21日人工垂線取樣的各層含沙量及潮位變化過(guò)程線中，可以看出含沙量大小與潮位大小有關(guān)，即潮位在大潮時(shí)含沙量則大。泥沙主要來(lái)自椒江及臺(tái)州灣沿岸灘涂。

對(duì)定點(diǎn)含沙量觀測(cè)數(shù)據(jù)分潮型對(duì)其進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，各潮型均按3天統(tǒng)計(jì)，具體的統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 垂線測(cè)點(diǎn)含沙量特征值統(tǒng)計(jì)表

根據(jù)定點(diǎn)含沙量觀測(cè)成果及頭門(mén)氣象站的2小時(shí)平均風(fēng)速觀測(cè)成果，繪制的過(guò)程線見(jiàn)圖3和圖4。

從圖中可以看出：大含沙量均發(fā)生在大風(fēng)天及大風(fēng)天后，風(fēng)浪大對(duì)含沙量也有影響，如10月6日至10月10日，受當(dāng)年第17號(hào)強(qiáng)臺(tái)風(fēng)“芭瑪”和18號(hào)強(qiáng)臺(tái)風(fēng)“茉莉”的雙重影響，頭門(mén)島海域有9～10級(jí)偏北大風(fēng)，故含沙量測(cè)到最大值1．442kg／m3。

圖3 2009年8月17日至9月17日各層含沙量及風(fēng)速變化過(guò)程線

圖4 2009年9月18日至10月21日各層含沙量及風(fēng)速變化過(guò)程線

（3）與波浪的對(duì)應(yīng)分析。

根據(jù)定點(diǎn)含沙量觀測(cè)成果及頭門(mén)南側(cè)B2波浪的H1／10波高成果，繪制的過(guò)程線見(jiàn)圖5和圖6。

從圖中可以看出，大含沙量均發(fā)生在波高較大的時(shí)期，如10月7日至9日、9月5日至7日、9月18日至20日等，這也與該段時(shí)間風(fēng)速較大有關(guān)。

圖5 2009年8月17日至9月17日各層含沙量及波浪變化過(guò)程線

從表1可以看出，含沙量的最大值一般均發(fā)生在大潮期間，最小值一般發(fā)生在小潮期間。

（2）與風(fēng)速的對(duì)應(yīng)分析。

圖6 2009年9月18日至10月21日各層含沙量及波浪變化過(guò)程線

2．2 OBS數(shù)據(jù)整理與分析

2．2．1 OBS采集數(shù)據(jù)

OBS進(jìn)行同步泥沙連續(xù)觀測(cè)，將OBS安放在人工取樣位置距海底1m處，設(shè)定為每小時(shí)采集數(shù)據(jù)一次，觀測(cè)時(shí)間為8月17日至11月7日。中間共取出讀取數(shù)據(jù)4段次，分別為：8月17日至8月20日、8月20日至9月16日、9月16日至10月15日、10月15日至11月7日。具體的觀測(cè)成果見(jiàn)表2。

表2 OBS采集與人工取樣成果表

2．2．2 OBS采集與人工取樣成果

在OBS采集與人工取樣過(guò)程線中，OBS采集的數(shù)據(jù)與人工取樣觀測(cè)的數(shù)據(jù)相對(duì)關(guān)系基本一致，見(jiàn)圖7。

圖7 OBS采集與人工取樣過(guò)程線

2．2．3 關(guān)系率定

（1）OBS采集與人工取樣相關(guān)。

應(yīng)用表2的成果建立兩者的相關(guān)關(guān)系，求得相關(guān)曲線如圖8，相關(guān)系數(shù)為：R2＝0．9247，說(shuō)明OBS每小時(shí)連續(xù)采集的數(shù)據(jù)，具有一定的可靠性和代表性。相關(guān)公式為：

圖8 OBS采集與人工取樣曲線

式中，y為含沙量（kg／m3）；x為OBS采集數(shù)據(jù)（NTU）。

（2）OBS數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為含沙量。

利用公式y(tǒng)＝9E－05x－2．8215，將OBS采集數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為含沙量供分析參考，具體的成果見(jiàn)表1。

由表1數(shù)據(jù)可知，轉(zhuǎn)換的含沙量平均為0．281 kg／m3，最小為0．092kg／m3，因海生物或其他原因等影響采集的最大濁度為65535，因而最大值不具代表性。

3 總 結(jié)

（1）本項(xiàng)目人工含沙量觀測(cè)為2009年8月15日至10月21日，共202次計(jì)606點(diǎn)；OBS觀測(cè)時(shí)間為2009年8月17日至11月7日，計(jì)1977時(shí)次。

（2）人工含沙量觀測(cè)中，最大含沙量為1．442 kg／m3，發(fā)生10月8日12點(diǎn)的底層（茉莉臺(tái)風(fēng)影響），最小含沙量為0．006kg／m3，發(fā)生9月1日7點(diǎn)的表層，表、中、底三層的平均含沙量為：0．086kg／m3、0．103kg／m3、0．137kg／m3。

（3）OBS含沙量過(guò)程與人工觀測(cè)過(guò)程基本相似，但因海生物附著等影響會(huì)出現(xiàn)個(gè)別擬合值偏大現(xiàn)象，數(shù)據(jù)可供分析研究參考。

（4）人工取樣分析與OBS自動(dòng)測(cè)沙之間有較強(qiáng)的關(guān)聯(lián)，在不同的區(qū)域可能有不同的對(duì)應(yīng)關(guān)系，這需要進(jìn)行率定。