陸屋水文站懸移質(zhì)輸沙率間測分析

肖大遠，鄧建明

（廣西沿海水文中心欽北區(qū)水文中心站，廣西 欽州 535000；2.廣西沿海水文中心 廣西 欽州 535000）

1 陸屋站以上流域基本情況

欽江是于廣西沿海諸河之一，地處亞熱帶，植被豐富，盛行熱帶氣旋。陸屋水文站位于廣西沿海欽江的中游，1953年設(shè)站，集水面積1400 km2，控制河長98.0 km，年均徑深1000 mm，屬二類精度站；斷面比較穩(wěn)定，無水生植物生長，主流擺動不大，測驗河段順直?；緮嗝嫔嫌渭s500 m處是舊州河匯入干流的匯入口，干流上游約700 m 處建有閘壩一座，2005年在閘壩右岸加建水輪機發(fā)電站。該發(fā)電站是目前欽江唯一的流量和含沙量控制站。陸屋站以上較大的支流有煙墩河、那隆河、舊州河、大平河等，上游68 km處有靈東水庫，水庫控制流域面積為145 km2。

2 泥沙測驗概況

陸屋水文站1954年起開展流量測驗項目，1956年起開展懸移質(zhì)輸沙率和含沙量測驗項目，基本測流斷面與輸沙測量斷面重合。輸沙率與流量同步測驗。1956-1966年因新設(shè)站原因，平均每年輸沙采樣測驗次數(shù)多達42次，垂線取樣方法為橫式選點法和瓶式積深法混合使用，測次分布、測點垂線分布比較隨意，經(jīng)精簡分析，1967-1974年及1976年停止斷沙測驗，1975年后，斷面輸沙測驗取樣位置固定分布在起點距為 15.0、20.0、25.0、35.0、45.0、55.0、65.0 m 處，單樣含沙量取樣位置固定在20.0，45.0 m，取樣采用瓶式采樣器雙程積深法施測。同時每年的斷面輸沙采樣測驗也減少到10次左右，1990年以后每年斷面輸沙采樣測驗次數(shù)不少于7次。

相應單沙測驗與輸沙率測驗取樣方法一致，一般在開始和結(jié)束輸沙取樣時各取樣一次，沙樣處理為烘干法，用1/10 000 光學天平和電子分析天平稱量干沙重。單樣含沙量的測驗視斷面含沙量大小而定，汛期（4～9月）每日8：00取單沙一次，非汛期一般2～5 d 取樣一次，洪水期相應增加測次，以能控制住斷面來沙變化為準。

采用積深法測定垂線平均含沙量，并用流速面積法測流時，斷面輸沙率及斷面平均含沙量分別下列公式計算：

式中：Qs為斷面輸沙率kg/s；Csm1，Csm2……Csmn為各取樣垂線的垂線平均含沙量，kg/m3；q1、q2……qn為以取樣垂線分界的部分流量，m3/s；為斷面平均含沙量，kg/m3；Q為斷面流量，m3/s。

3 輸沙率間測分析

3.1 資料的選用

陸屋水文站從1956年開始測單、斷沙，1956-1966年輸沙資料沒有經(jīng)過精簡分析，垂線取樣方法為橫式選點法和瓶式積深法混合使用，根據(jù)水流實際情況確定測點位置，1967-1974年及1976年只測單沙，停測斷沙，1975-2012年采樣方式為瓶式采樣器積深，至2012年底止，實有輸沙成果資料系列49年?？紤]到資料的連續(xù)性和一致性，選取1977-2012年共36年共298份實測資料作為間測分析資料。

3.2 輸沙率間測可行性分析

《河流懸移質(zhì)泥沙測驗規(guī)范》（GB/T50159-2015）（以下簡稱《規(guī)范》）第8.1.4條規(guī)定：二、三類站當有5-10年以上的資料證明，實測斷面平均含沙量變幅占歷年變幅的70%以上，水位變幅占歷年水位變幅的80%以上時，可實行間測。

陸屋站實測歷史最大斷面平均含沙量為1981年5月11日出現(xiàn)的3.36 kg/m3，實測最小斷面平均含沙量為1956年12月25日出現(xiàn)的0.001 kg/m3。選用資料系列年限期內(nèi)最大斷面平均含沙量為3.36 kg/m3，最小斷面平均含沙量為0.026 kg/m3。實測最大輸沙率相應的單樣含沙量變幅占歷年單樣含沙量變幅的93%，達到了70%以上的要求。

陸屋站實測歷史最高水位和最低水位分別為32.01、19.50 m（85 基面，以下水位均采用85 基面），選用資料系列年限期內(nèi)最高水位和最低水位分別為29.75、19.52 m。實測最大輸沙率相應的水位占歷年水位變幅的81.7%，符合規(guī)范規(guī)定的水位變幅達到80%以上的要求。

經(jīng)分析可知，陸屋站滿足實行間測的條件，可進行間測輸沙率分析。

3.3 懸移質(zhì)輸沙率間測分析

3.3.1 單斷沙關(guān)系

根據(jù)《規(guī)范》第8.2.4 條有關(guān)規(guī)定，將1977-2012年36年間的298份實測輸沙率資料，按含沙量級數(shù)分成40個組，分組計算斷面平均含沙量的均值和相應單位含沙量的均值，計算結(jié)果見表1，用各組平均值繪制，繪制單斷沙關(guān)系相關(guān)圖（見圖1）。從圖1中可以看出，單斷沙關(guān)系為直線，相關(guān)系數(shù)R2=0.9 996，說明相關(guān)非常好，綜合單斷沙關(guān)系換算系數(shù)K（直線斜率）為1.0 005，與算術(shù)平均法求得的綜合單斷沙關(guān)系換算系數(shù)1.00基本相同。故采用1.00作綜合單斷沙關(guān)系換算系數(shù)，即為一條通過原點斜率為1.00 的直線（45°角）。曲線最大相應單沙為3.36 kg/m3，歷年實測最大單沙為3.41 kg/m3，曲線向上延長1.49%，符合允許延長范圍。40個單斷沙關(guān)系點均分布在20%外包線內(nèi)。

表1 陸屋水文站實測輸沙率

圖1 陸屋水文站單斷沙關(guān)系綜合曲線

3.3.2 曲線精度檢驗

對歷年綜合40 個關(guān)系點子的3 個曲線檢驗歷年曲線定線精度，檢驗結(jié)果見表2，結(jié)果達到《規(guī)范》規(guī)定的精度要求，可認為定線正確。

表2 曲線精度檢驗結(jié)果

3.3.3 單斷沙關(guān)系換算系數(shù)誤差分析

《規(guī)范》第8.2.4條規(guī)定，將各年單斷沙關(guān)系線點繪于歷年綜合單斷沙關(guān)系曲線圖上，當各年關(guān)系線偏離綜合線的最大值在±5%以內(nèi)時，可實行間測。陸屋站1977-2012年在水文資料整編中所采用的單斷沙關(guān)系換算系數(shù)統(tǒng)計見表3。從表3 可以看出，1977-2012年各年泥沙資料整編所采用的單斷沙關(guān)系換算系數(shù)，與歷年資料綜合率定的單斷沙關(guān)系換算系數(shù)1.00 相比，最大相對誤差為-4.0%，滿足《規(guī)范》要求（≤±5%）。

表3 陸屋站單斷沙關(guān)系換算系數(shù)誤差分析

序號 年份 整編換算系數(shù) 綜合換算系數(shù) 相對誤差/%19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 0.96 0.98 0.98 0.99 1.00 1.02 1.00 0.98 0.98 1.00 1.01 1.02 0.98 1.01 1.00 1.00 1.01 1.01 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00-4.0-2.0-2.0-1.0 0.0 2.0 0-2.0-2.0 0 1.0 2.0-2.0 1.0 0 0 1.0 1.0

4 結(jié)語

綜上所述，陸屋站滿足《規(guī)范》要求的輸沙率間測規(guī)定，完全能夠?qū)嵭袘乙瀑|(zhì)輸沙率間測，間測期間可只測單位含沙量，并可以用綜合率定的單斷沙關(guān)系換算系數(shù)1.00 進行泥沙資料整編。筆者提出如下建議：

（1）今后該站的懸移質(zhì)輸沙率測驗布置為停3年施測1年，以達到減輕水文測驗工作，減少水文經(jīng)費投入的目的。

（2）停測年份用歷年綜合線整編資料，單斷沙關(guān)系換算系數(shù)為1.00。

（3）停測年份，當出現(xiàn)29.00 m以上高水水位或當斷面發(fā)生較大沖淤變化，單樣位置處在不穩(wěn)定期時，應及時恢復輸沙率測驗。施測頻次應根據(jù)水情、沙情布置且不少于12次/年（目前該站任務書規(guī)定每年輸沙采樣不得少于7次），并及時檢驗單樣位置的穩(wěn)定情況。

（4）當水利工程措施等人類活動顯著影響導致斷面來沙量發(fā)生明顯變化時，應及時恢復輸沙率測驗。

（5）在泥沙采樣以及處理過程中，應嚴格按有關(guān)規(guī)范操作，以保證資料成果的準確性。