道縣（二）水文站輸沙率測驗方式分析

羅小玲，賀雪梅

（永州水文水資源勘測中心，湖南 永州 425000）

1 測站情況

道縣（二）水文站[以下簡稱道縣（二）站]位于瀟水中游，屬國家重要站，流量為一類精度站，泥沙為二類精度站。于2014 年底由原道縣水文站下遷至道縣道江鎮(zhèn)濱河路村，東經(jīng)111°35′，北緯25°31′，與原站斷面距離為3.7 km，兩斷面間無支流匯入，集水面積為5 634 km2，比原站集水面積增加21 km2。上游約85 km 處有涔天河水庫（壩址控制流域面積2 466 km2，占該站集水面積的43.8%），下游約65 km 處建有雙牌水庫。水情變化受上、下游水利工程影響，當下游雙牌水庫水位達166.50 m（吳淞基面）時，回水頂托影響本站水位變化，上游涔天河水庫閘門啟閉也影響本站水位變化。

測驗河段順直長約500 m,河床由砂卵石、巖石組成，右岸部分有少量淤泥，河床較穩(wěn)定。斷面呈“U”形，斷面下游約1 200 m 處有一彎道，高水時可形成斷面控制。基本水尺斷面兼流速儀測流斷面，流向與基本斷面垂直，河床比較穩(wěn)定，正常水面寬在150 m 左右，河道水流較集中，主流位置在左岸，低枯水時右岸有死水。水位達172 m 時，右岸開始漫灘，最大漫灘寬度達80 m。洪水主要由降雨產(chǎn)生，洪水漲勢較平緩，峰型適中，河道含沙量不大，沙峰與洪峰有一定的相應性。

根據(jù)湖南省水文水資源勘測局水文監(jiān)測處，湘水文測便字[2015]第35 號文件批復：道縣（二）站泥沙單樣取樣位置、斷面輸沙取樣垂線優(yōu)化分析，從2016 年1 月1 日起輸沙取樣垂線由原10 條調(diào)整為6 條，具體起點距：19 m、40 m、60 m、80 m、120 m、140 m。測驗方法為橫式6/18 選點法，即：取樣工具為橫式采樣器，每根取沙垂線在其相對水深0.2、0.6、0.8 處各取1 000 mL 水樣。單沙取樣垂線由10 條調(diào)整為1 條，測驗方法為固定一線三點混合法，即：在起點距40 m 的測沙垂線，相對水深0.2、0.6、0.8 三點各取1 000 mL 水樣，然后按1∶1∶1 混合。

2 間測分析

2.1 資料選取

道縣（二）站有2015—2021 年實測懸移質(zhì)輸沙率資料共118 次，其中2015 年30 次、2016 年17 次、2017年14 次、2018 年16 次、2019 年16 次，2020 年14 次，2021 年11 次。

由于涔天河水庫擴建工程于2016 年12 月30 日下閘蓄水，通過該站的輸沙率明顯減少，2017 年及以后的懸移質(zhì)輸沙率資料與之前的資料不再屬于同一個系列，故本次分析資料為2017—2021 年5 年的實測懸移質(zhì)輸沙率資料，共計71 次，包含了高、中、低各級泥沙，具有較好的代表性,資料統(tǒng)計情況見表1。歷年最大斷面平均含沙量為0.821 kg/m3，歷年最小斷面平均含沙量為0 kg/m3，歷年最高水位為170.97 m，歷年最低水位為164.75 m；實測最大斷面含沙量為0.806 kg/m3，最小斷面含沙量為0.008 kg/m3，實測斷面含沙量變幅為0.798 kg/m3，實測最高水位為170.93 m，實測最低水位為165.57 m，實測水位變幅為5.36 m。實測斷面平均含沙量變幅占歷年斷面含沙量變幅的97.2%，大于70%，相應水位變幅占歷年水位變幅的86.2%，大于80%，符合《河流懸移質(zhì)泥沙測驗規(guī)范》（GB/T 50159-2015）的間測分析要求。

表1 2017—2021 年實測單斷沙情況統(tǒng)計表 kg/m3

2.2 單斷沙關(guān)系分析

2.2.1 單斷沙關(guān)系檢驗內(nèi)容與指標

根據(jù)《水文資料整編規(guī)范》（SL/T 247-2020）要求，單斷沙關(guān)系線為單一線、使用時間較長的臨時線，且測點在10 個及以上的均進行符號檢驗、適線檢驗、偏離數(shù)值檢驗、標準差、隨機不確定度和系統(tǒng)誤差計算。隨機不確定度和系統(tǒng)誤差的指標見表2。

表2 單斷沙關(guān)系定線精度指標表

2.2.2 單斷沙關(guān)系檢驗成果

1）各年單斷沙關(guān)系及其檢驗成果。2017—2021年各年的單斷沙關(guān)系線均為單一線，比例系數(shù)K 值也均為1.00，關(guān)系線均經(jīng)過三項檢驗，各指標均符合整編規(guī)范要求。三項檢驗和隨機不確定度與系統(tǒng)誤差計算成果見表3，單斷沙關(guān)系圖詳見圖1～圖5。

圖1 2017 年單斷沙關(guān)系圖

圖2 2018 年單斷沙關(guān)系圖

圖3 2019 年單斷沙關(guān)系圖

圖4 2020 年單斷沙關(guān)系圖

圖5 2021 年單斷沙關(guān)系圖

表3 2017—2021 年單斷沙關(guān)系三項檢驗成果表

2） 多年綜合單斷沙關(guān)系及其檢驗成果。將2017—2021 年71 次實測斷面含沙量與相應單樣含沙量點繪在總圖上，以單樣含沙量為縱坐標，斷面含沙量為橫坐標。單斷沙關(guān)系總圖詳見圖6。單斷沙關(guān)系總圖同時進行三項檢驗，三項檢驗情況詳見表4。

圖6 2017—2021 年單斷沙關(guān)系總圖

由圖6 可知，道縣（二）站2017—2021 年綜合單斷沙關(guān)系線為單一線，比例系數(shù)K 值為1.00。由表4 可知，道縣（二）站2017—2021 年綜合單斷沙關(guān)系線符號檢驗合格，適線檢驗免檢，偏離數(shù)值檢驗合格，隨機不確定度為3.8%，小于20%，系統(tǒng)誤差不超過3%，各指標均符合整編規(guī)范要求。

2.3 誤差分析

采用2017—2021 年綜合單斷沙關(guān)系線對2017—2021 年泥沙進行整編。然后采用綜合單斷沙關(guān)系線整編成果分別與2017—2021 年各年單斷沙關(guān)系線整編成果進行誤差分析計算，其中日平均含沙量資料較多，其誤差計算每年隨機抽取5 天，共25 天，包括了各級含沙量，誤差均為0，誤差計算結(jié)果詳見表5；月平均含沙量誤差和年平均含沙量誤差也均為0，誤差計算結(jié)果詳見表6。

3 結(jié) 論

道縣（二）水文站泥沙為二類精度站，2017—2021年5 年實測斷面含沙量變幅為0.798 kg/m3，占歷年斷面含沙量變幅0.821 kg/m3的97.2%；水位變幅5.36 m，占歷年水位變幅6.22 m 的86.2%；2017—2021 年綜合單斷沙關(guān)系線為單一線，關(guān)系系數(shù)K值為1.00，三項檢驗合格，隨機不確定度為3.8%，小于20%，系統(tǒng)誤差為-0.4%，不超過3%；采用綜合單斷沙關(guān)系線整編的成果與2017—2021年各年單斷沙關(guān)系線整編的成果進行誤差計算，日平均含沙量誤差、月平均含沙量誤差和年平均含沙量誤差均為0。根據(jù)《河流懸移質(zhì)泥沙測驗規(guī)范》（GB/T 50159-2015）的規(guī)定：有5 年以上資料證明，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，可實行間測。因此，建議將道縣（二）水文站輸沙率測驗方式由常測改為間測（每4 年校測1 年），間測期間只測單樣含沙量，采用歷年綜合單斷沙關(guān)系系數(shù)（K=1.00）進行整編。