計(jì)算分析法確定懸移質(zhì)單沙取樣垂線位置

時(shí)鐵彬，張敬東，王子成

（吉林省水文水資源局白城分局，吉林白城137000）

計(jì)算分析法確定懸移質(zhì)單沙取樣垂線位置

時(shí)鐵彬，張敬東，王子成

（吉林省水文水資源局白城分局，吉林白城137000）

對(duì)于懸移質(zhì)單沙取樣垂線位置的確定，通常是選取幾次能代表各級(jí)水位、各級(jí)含沙量的輸沙率資料，繪制垂線平均含沙量與斷面平均含沙量比值的橫向分布圖，在圖上選擇其值最為集中，且等于1處，作為懸移質(zhì)單沙取樣垂線位置。有的站斷面含沙量分布較均勻，或在某個(gè)區(qū)域分布較均勻，其集中的垂線在所設(shè)垂線中會(huì)有多條出現(xiàn)，僅憑肉眼在圖上難以準(zhǔn)確找出比值最集中而且在1附近的垂線。文中對(duì)這個(gè)問題加以探討，并推薦一種分析的方法。

分析法；懸移質(zhì)單沙；取樣垂線；確定位置

1 緒論

斷面比較穩(wěn)定且主流擺動(dòng)不大的站，懸移質(zhì)輸沙率的測(cè)驗(yàn)，采用單斷沙關(guān)系法進(jìn)行輸沙率的測(cè)驗(yàn)和整編，即在斷面上選取一或兩條固定的懸移質(zhì)單沙取樣垂線，建立垂線平均含沙量與斷面平均含沙量的關(guān)系，通過實(shí)測(cè)單沙過程，得到斷面平均含沙量的變化。

對(duì)于懸移質(zhì)單沙取樣垂線的確定，《河流懸移質(zhì)泥沙測(cè)驗(yàn)規(guī)范》已作了定性規(guī)定：通常是選取幾次能代表各級(jí)水位、各級(jí)含沙量的輸沙率資料，繪制垂線平均含沙量與斷面平均含沙量比值Csm/Cs的橫向分布圖，在圖上選擇Csm/Cs值最為集中，且等于1處，作為懸移質(zhì)單沙取樣垂線的位置。有的站斷面含沙量分布較均勻，或在某個(gè)區(qū)域分布較均勻，這樣就會(huì)產(chǎn)生Csm/Cs集中的垂線在所設(shè)垂線中有多條出現(xiàn)，有時(shí)僅憑肉眼在圖上就難以準(zhǔn)確找出比值最集中而且在1附近的垂線。這里介紹一種定量分析方法，以快速準(zhǔn)確地找到最佳的單沙取樣垂線。

2 單沙取樣垂線位置的選擇

實(shí)際工作中經(jīng)常采用標(biāo)準(zhǔn)差來表示一組數(shù)據(jù)相對(duì)于真值的偏離程度。因?yàn)檎嬷祵?shí)際上是不可知的，所以通常采用多次測(cè)量數(shù)據(jù)的平均值代替真值。在水位流量關(guān)系的定線和檢驗(yàn)時(shí)，一般以水位流量關(guān)系線上查得的流量作為真值，來計(jì)算實(shí)測(cè)流量的標(biāo)準(zhǔn)差，確定測(cè)點(diǎn)的測(cè)驗(yàn)精度。同樣，在單沙取樣垂線位置的分析確定時(shí)，可以用斷面平均含沙量作為真值，分析和計(jì)算每條單沙取樣垂線的平均含沙量與斷面平均含沙量的偏離程度。偏離程度越小，垂線平均含沙量與斷面平均含沙量越接近，取樣垂線的代表性越好。而垂線平均含沙量與斷面平均含沙量越接近，也就是垂線平均含沙量與斷面平均含沙量的比值越接近1。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)差的定義，設(shè)y2為垂線平均含沙量與斷面平均含沙量的比Csm/Cs值與1相減后的差值乘方后得到的均值，則y為垂線平均含沙量相對(duì)于斷面平均含沙量的樣本標(biāo)準(zhǔn)差。y的計(jì)算公式為：

式中：Ci——某條垂線第i次測(cè)量的垂線平均含沙量與該次斷面平均含沙量的比值；N——數(shù)據(jù)的個(gè)數(shù)。

3 單沙取樣垂線位置的分析

以白城地區(qū)的鎮(zhèn)西水文站為例。鎮(zhèn)西水文站位于本區(qū)內(nèi)洮兒河最上游段，集水面積18 462 km2，至河口距離48 km。測(cè)驗(yàn)項(xiàng)目有水位、流量、泥沙、降水、水質(zhì)，屬于二類泥沙站。河道測(cè)流測(cè)沙斷面近似于“U”形。輸沙率測(cè)驗(yàn)采用橫式采樣器取沙，在這里僅選主槽的5條取樣垂線，因?yàn)橹鞑蹆?nèi)的垂線具有很好的代表性。起點(diǎn)距分別是30 m、40 m、50 m、70 m、90 m。選擇能代表各級(jí)水位、各級(jí)含沙量的輸沙率資料，點(diǎn)繪各次垂線平均含沙量與斷面平均含沙量的關(guān)系圖（圖略），可發(fā)現(xiàn)每條垂線的平均含沙量與斷面平均含沙量都有較好的關(guān)系，而且隨著水位的級(jí)不同，含沙量的級(jí)別也不同，兩者的相關(guān)關(guān)系無明顯的轉(zhuǎn)折變化。

根據(jù)《河流懸移質(zhì)泥沙測(cè)驗(yàn)規(guī)范》，繪制各條垂線平均含沙量與斷面平均含沙量的比值橫向分布圖（圖略）。各條垂線平均含沙量與斷面平均含沙量的比值大都集中在0.93～1.07之間。起點(diǎn)距30 m、50 m、90 m垂線的比值比略松散；垂線點(diǎn)偏離略遠(yuǎn)些；起點(diǎn)距40 m、70 m垂線的比值相對(duì)于其它垂線較為集中。但哪條垂線的比值是最集中而且最接近1，用肉眼看很難準(zhǔn)確找出更好的位置，采用公式（1）對(duì)各條垂線的值進(jìn)行計(jì)算（因篇幅關(guān)系，計(jì)算過程略），計(jì)算結(jié)果如下表1。

從表1中可知，起點(diǎn)距40 m垂線的值最小，僅為0.057。也就是說，這條垂線的平均含沙量與斷面平均含沙量最接近，垂線具有的代表性最好。

4 單沙取樣垂線位置的確定

為檢驗(yàn)計(jì)算結(jié)果，點(diǎn)繪值最小、次小垂線（分別為起點(diǎn)距40 m、70 m）的單斷沙關(guān)系圖（圖略），定出的關(guān)系線通過了符號(hào)檢驗(yàn)、適線檢驗(yàn)、偏離數(shù)值檢驗(yàn)，關(guān)系系數(shù)為1.07，0.93，均符合《河流懸移質(zhì)泥沙測(cè)驗(yàn)規(guī)范》的規(guī)定。二類泥沙站的單斷沙關(guān)系系數(shù)應(yīng)在0.93～1.07之間，但是，起點(diǎn)距40 m的垂線值更小，關(guān)系系數(shù)更接近于1。因此鎮(zhèn)西水文站確定起點(diǎn)距40 m、70 m為該站懸移質(zhì)單沙取樣垂線位置。

表1 各取樣垂線的值計(jì)算表

5 結(jié)論

綜合上述討論結(jié)果可以看出，用計(jì)算分析法確定懸移質(zhì)單沙取樣位置，在斷面上較多垂線產(chǎn)生Csm/Cs都比較集中的情況時(shí)，比用繪制垂線平均含沙量與斷面平均含沙量比值的Csm/Cs橫向分布圖確定的懸移質(zhì)單沙取樣位置更精確。

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2016-05-20