桃江（二）水文站泥沙單斷關系分析

（益陽水文水資源勘測局益陽市413002）

桃江（二）水文站泥沙單斷關系分析

沈根孫 何江元

（益陽水文水資源勘測局益陽市413002）

桃江（二）水文站為資水干流控制站，水文測驗任務繁重，特別是泥沙測驗任務大，文章根據(jù)《河流懸移質泥沙測驗規(guī)范》(GB50159-92)的要求，推求桃江（二）水文站的單沙和斷沙關系，并進行關系線檢驗和誤差、精度分析，同時對桃江（二）水文站泥沙特征值進行精度檢驗分析，為桃江（二）站水文的泥沙間測方案提供技術支持。

泥沙單斷關系相關系數(shù)誤差精度

1 基本情況

1.1 桃江（二）水文站概況

桃江水文站于1941年6月9日設立，1944年2月停測，1947年9月恢復，1949年5月停測，1951年1月1日恢復至今。2003年下半年經(jīng)國家防總和省水利廳及湖南省水文局批準，將桃江水文站測驗斷面下遷3.2km，更名為桃江（二）水文站。桃江（二）水文站于2003年11月動工興建，2005年1月1日正式開始降水、水位、流量、泥沙、水溫、蒸發(fā)和蒸發(fā)輔助項目等項目測驗至今。

桃江（二）水文站，位于桃江縣桃花江鎮(zhèn)園藝場，東經(jīng)112°07′，北緯28°32′，集水面積26748km2。桃江（二）水文站泥沙測驗項目為一類站，實際開展泥沙測驗采用二類站標準施測。

1.2 資料系列

（1）泥沙資料。桃江（二）水文站單沙的取樣位置在起點距235.0m，用橫式采樣器采樣，取樣方法為“固定一線兩點混合”。洪水過程取樣主要控制其轉折變化，能夠推算日平均輸沙率為原則，全年輸沙測次一般不少于15次。

桃江（二）水文站于2005年開始泥沙測驗，至2014年共有10年泥沙資料。2005～2014年共有171次輸沙測驗，測次最多為2005年，輸沙測次32次；測次最少為2009年和2011年，輸沙測次均為10次。桃江（二）水文站輸沙測驗情況見表1。

表1 桃江(二)水文站輸沙測驗情況表

（2）單斷沙關系系數(shù)。在2005～2014年共10年的泥沙資料系列中，單斷沙關系系數(shù)最大是2010年為1.005，最小是2008年為0.998；有2005年、2006年、2007年、2009年、2012年、2014年共6年的單斷沙關系系數(shù)為1.000，說明桃江（二）水文站單斷沙關系穩(wěn)定良好。桃江（二）水文站各年單斷沙關系系數(shù)見表2。

表2 桃江(二)水文站各年單斷沙關系系數(shù)情況表

（3）年輸沙總量。在2005～2014年共10年的泥沙資料系列中，最大年輸沙量87.0×104t，發(fā)生年份2005年；最小年輸沙量2.47×104t，發(fā)生年份2009年。桃江（二）水文站年輸沙總量情況見表3。

表3 桃江(二)水文站年輸沙總量情況表萬t

2 歷年綜合單斷關系分析

2.1 泥沙分級

根據(jù)規(guī)范要求，將歷年斷面含沙量和相應單樣含沙量實測成果，按沙量級分成若干個組，用各組平均值繪制歷年綜合單斷沙關系線。2005～2014年共有171次輸沙測驗，根據(jù)斷沙數(shù)據(jù)由小到大排列，進行分級，共分為22個等級，分級情況見下表4。

表4 桃江(二)水文站泥沙分級表kg/m3

2.2 相關關系分析

根據(jù)桃江（二）水文站單沙和斷沙2005年和2014年共22組分級數(shù)據(jù)，計算其相關系數(shù)，相關系數(shù)計算公式如下：

式中ρ——相關系數(shù)；

W單——單沙（kg/m3）；

W斷——斷沙（kg/m3）。經(jīng)計算，桃江（二）水文站單斷沙的相關系數(shù)為0.9973，具有良好的線性關系。

2.3 歷年綜合單斷關系線確定

將22個分級的平均斷沙和平均單沙點繪在圖上，繪制一條直線。理論上，單斷沙關系線是過原點的直線，確定單斷沙關系系數(shù)為1.001，如附圖所示。

附圖桃江(二)水文站單斷沙關系圖

3 單斷關系檢驗及誤差精度分析

3.1 單斷關系檢驗

根據(jù)規(guī)范要求，單斷沙關系配線需經(jīng)過三線檢驗（符號檢驗、適線檢驗、偏離系數(shù)檢驗）和定線精度分析。關系線檢驗和定線精度計算采用南方片資料整編程序計算，結果如表5。

表5 桃江(二)水文站單斷沙關系檢驗成果表

從表5可以看出，桃江（二）水文站歷年綜合單斷沙關系配線通過了三線檢驗，并且標準差為3.5%，隨機不確定度為7.0%，系統(tǒng)誤差為-0.7%，定線滿足規(guī)范要求。

3.2 歷年綜合單斷關系與各年單斷關系誤差分析

在2005～2014年共10年的泥沙資料系列中，單斷關系系數(shù)最大是2010年為1.005，最小是2008年為0.998。

由上式可分別計算各年關系線偏離綜合線相對誤差，見表6。

從表6可知，各年關系線偏離綜合線相對誤差的最大值為0.40%，小于5%，歷年單斷沙關系綜合線滿足規(guī)范要求，桃江（二）水文站泥沙資料可以采用歷年單斷沙關系進行整編。

表6 各年關系線偏離綜合線誤差表

4 年輸沙總量誤差和精度分析

利用綜合關系線，對2005～2014年共10年的泥沙資料進行整編，分析年輸沙總量的綜合線整編成果和原整編成果誤差，三線檢驗和誤差分析均符合規(guī)范要求，相對偏差最大為-0.7%，成果見表7。

表7 桃江(二)水文站歷年綜合單斷沙關系整編和各年原整編成果檢驗表

5 基本結論

（1）桃江（二）水文站2005～2014年共有10年泥沙資料，且泥沙測驗為二類站，滿足進行泥沙監(jiān)測方案分析的前提條件。

（2）桃江（二）水文站歷年綜合單斷關系配線通過了三線檢驗，單斷關系系數(shù)為1.001，并且標準差= 3.5%，隨機不確定度=7.0%，系統(tǒng)誤差=-0.7%，最大相對偏差=-9.82%，定線滿足規(guī)范要求。

（3）桃江（二）水文站各年關系線偏離綜合線相對誤差的最大值為0.40%，小于5%，說明桃江（二）站泥沙資料可利用歷年單斷沙關系線整編。測驗可實施間測方案。

（4）桃江（二）水文站用歷年綜合線推求各年的年輸沙總量，相對偏差最大為-0.7%，泥沙可以實施間測方案。

2017-03-21）

沈根孫（1974-），男，江西新干人，大學本科，高級工程師，長期從事水文基礎測驗、水文情報預報、水文分析研究和水資源開發(fā)利用保護等工作，手機：15073720728。