涂 盟，鄒 舟，曾憲虎，高建明，黃長紅

（長江中游水文水資源勘測局，武漢 430012）

1 引 言

河流泥沙測驗是水文測驗主要項目之一，泛指流域和水體中泥沙隨水流運動的形式、數(shù)量及其演變過程的觀察和測量，主要包括懸移質輸沙率、推移質輸沙率、河床質測定以及泥沙顆粒級配的分析。根據(jù)現(xiàn)在相關技術規(guī)定，各河流控制斷面懸移質輸沙率測驗必須與流量測驗同步進行，以求得斷面平均含沙量。雖然我局目前含沙量測驗有多種方法，但是由于各測站沒有在線間測儀器，測次只能根據(jù)經(jīng)驗進行布置，特別是在搶測沙峰時期，導致流量測次明顯偏多，生產(chǎn)成本增加。在保證泥沙測驗與資料整編滿足《河流懸移質泥沙測驗規(guī)范》與《水文資料整編規(guī)范》規(guī)定的精度前提下，開展懸移質輸沙率與流量異步測驗分析，優(yōu)化流量測次，節(jié)約生產(chǎn)成本是可能的。下面以洞庭湖區(qū)南縣（羅文窖）站所收集的多年懸移質輸沙率資料為依據(jù)，對河流懸移質輸沙率與流量異步測驗進行分析。

2 南縣（羅文窖）站和測驗河段及附近河流概況

南縣（羅文窖）站位于洞庭湖區(qū)藕池河（北支），于1947年設立，經(jīng)過1955年、1980年、1987年3次遷移后，最后改名為南縣（羅文窖）站。

南縣（羅文窖）站雖然為常年觀測站，正常年份5月底通流，10月底斷流。2009年以前流量按連時序法布置測次。在長江水文大力提倡水文測驗方式方法技術創(chuàng)新精神指導下，2008年洞勘隊組織人員對該站流量進行了單值化分析，其分析方案經(jīng)上級技術部門審批后，于2009年投產(chǎn)。

南縣（羅文窖）站是控制藕池河（北支）的水、沙進入東洞庭的國家基本水文站，屬二類流量、泥沙精度站。藕池河全長約91km，自江波渡以下分為兩支，在本站上游約1km處九斤麻匯合，在南縣城關下游1km的魚尾洲，又分中、北二支，中支注入南洞庭湖，1978年堵死，1983年人工決壩，此后汛期又恢復通流。2000年冬，再次修筑沱江大堤將中支沱江入口堵死，并修筑引水涵閘（上壩），使得藕池河（北支）水、沙不經(jīng)過藕池河（中支）而直接輸入東洞庭。2001年冬，藕池河（北支）進行河道整治及堤防護岸，原斷面右岸上游350m處一伸向河心的磯頭被削去。低水時期基本水尺斷面流向不再呈S型，測驗河段順直，測流斷面在基本水尺斷面下游215m，河床由細砂組成，斷面有一定沖淤變化。南縣（羅文窖）水文站位置如圖1所示。

圖1 南縣（羅文窖）水文站位置示意圖

本分析根據(jù)《河流懸移質泥沙測驗規(guī)范》第3.1.1條規(guī)定：采用不同懸移質輸沙率測驗方法測定斷面平均含沙量，均必須符合部份流量加權原理和精度要求。

3 分析目的

南縣（羅文窖）站駐守地距測驗斷面有3km左右，正常情況下從駐守地開船出發(fā)完成一次測驗過程回到駐守地所需時間3h左右，遇到特殊水情（漂浮物多、流速大）時，時長達4h。該站測驗斷面水位漲落變化頻繁，水、沙變化不同步的時段增多。懸移質輸沙率與流量同步施測，勢必會造成測驗歷時過長，測驗工作量增加，斷面平均含沙量變化過程不易抓到，降低了單次懸移質輸沙率測驗精度，是存在的問題之一；其二、該站從2009年開始流量按單一線布置測次，僅從流量測次布置情況來看，通流期內布測20個測點就能滿足整編定線要求，但每年由于搶測沙峰，至少要多測流量20多次，增加測驗成本；其三、將來要采用ADCP進行橫渡法測流，實際上已經(jīng)造成了流量和懸移質輸沙率測驗的不同步。因此，懸移質輸沙率和流量異步施測，可以大大縮短測驗歷時，減少外業(yè)測驗工作量，提高單次輸沙測驗成果的代表性，尤其是在搶測沙峰期間，可以提高單次輸沙測驗成果精度，同時還為流量和含沙量快速監(jiān)測等新儀器的使用做好相關技術準備。在控制測驗方式能達到成果精度要求的前提下，改變測驗方式方法提高測驗精度是水文現(xiàn)代化建設的需要，也是水文測驗技術發(fā)展的必然趨勢。

4 懸移質輸沙率測驗情況

南縣（羅文窖）站懸移質輸沙率測驗常規(guī)測驗是在測流斷面起點距70m、100m、130m、160m、190m、220m、250m、280m、315m等9條固定線上進行，根據(jù)水位變化情況，其中5～9條固定線按垂線混合法取樣，并同時施測垂線平均流速，采用流量加權法計算輸沙率求斷面平均含沙量。該站單斷沙關系較好，而且比較穩(wěn)定。

5 資料的選用

本次分析選用2008～2010年的實測懸移質輸沙率資料。

在測驗斷面較穩(wěn)定、河床沖淤變化不大，垂線平均流速橫向分布曲線在各水位級基本一致，懸沙測驗垂線位置保持固定的情況下，則以取樣垂線分界的各部分流量占單次總流量的權重系數(shù)在各水位級、各測次應當是基本一致的，然而這樣的情形在天然河道極其少見。南縣（羅文窖）站測驗斷面河床為細沙組成，河床為梯形斷面，河道有一定沖淤變化。水位～流量關系主要受洪水漲落影響和回水頂托影響，懸移質輸沙根據(jù)水位變化情況，采用5～9條固定垂線進行測驗。選用該站2008～2010年共61次懸移質輸沙率及流量測驗資料（因為三峽運行后對洞庭湖洪水有顯著的調控作用，近幾年南縣（羅文窖）水位在35.00m以上時間不長，且只有3次懸移質輸沙率測驗資料，為保證分析成果可靠性，所以本次分析只統(tǒng)計水位在35.00m以下的情況），分別計算各測次相鄰取樣垂線間的部分流量占該測次總流量的權重系數(shù)。

通過對計算結果進行分析，單次流量各部分權重系數(shù)，與流量測驗時的起點距定位、斷面沖淤變化、水深和垂線平均流速的測量精度有關。因此相同取樣垂線數(shù)各測次相同取樣垂線間的部分流量權重系數(shù)不穩(wěn)定，系數(shù)隨水位級不同而變化，根據(jù)斷面輸沙率和平均含沙量的計算公式所知，利用部分流量權重系數(shù)法推算斷面平均含沙量的誤差大小主要與部分流量權重系數(shù)的精度有關。通過對該站近3年實測懸移質輸沙率取樣垂線一致實測資料進行分組，再計算各組相同垂線間流量權重均值，作為該組垂線間部份流量權重系數(shù)，其結果見表1。

表1 南縣（羅文窖）站懸移質輸沙率測驗垂線間部分流量權重系數(shù)表

6 平均含沙量測驗精度評估

根據(jù)表1不同取樣垂線組分析出的流量權重系數(shù)成果，利用南縣（羅文窖）站2006～2010年實測年份的110次懸移質輸沙率測驗資料，分別采用該組取樣垂線一致相同取樣垂線間流量權重系數(shù)推算斷面平均含沙量，并與實測的斷面平均含沙量進行誤差分析計算，結果見表2。

表2 南縣（羅文窖）站懸移質輸沙異步測驗推算斷面含沙量成果誤差統(tǒng)計表

從表2誤差統(tǒng)計數(shù)據(jù)可以看出，推算的斷面平均含沙量值與實測值誤差較小，其系統(tǒng)誤差、標準差、隨機不確定度均在規(guī)范規(guī)定的允許范圍內，而且各年相對誤差在±3%以內的測次均達到90%以上，最大絕對誤差為0.009kg／m3，沒有參與垂線間流量權重系數(shù)分析的2006、2007年所推算斷面平均含沙量，最大相對誤差為－3.03，絕對誤差為0.009，相對誤差小于3%的頻率達到97%?？梢?，采用部分流量權重系數(shù)法所推算斷面平均含沙量的測驗精度較高。

7 結 論

用部分流量權重系數(shù)法推算斷面平均含沙量，其理論原理充分，在南縣（羅文窖）站運用測驗精度較高，作為南縣（羅文窖）站懸移質輸沙率測驗方法的一種補充，在水沙變化不同步、斷面含沙量變化急劇時可以有效地增加懸移質輸沙率測次，更好地抓測含沙量變化過程，提高懸移質輸沙率測驗精度，同時為ADCP投產(chǎn)后的懸移質輸沙率測驗找到了一種新的方法。本次分析懸移輸沙率與流量異步測驗方案可以投產(chǎn)使用。但由于受上游水電工程的影響，洞庭湖區(qū)水沙特性有可能發(fā)生變化，在日常測驗工作中每年要根據(jù)沙量級，適時用實測懸移質輸沙率測驗資料對該方案的測驗精度進行驗證，如發(fā)現(xiàn)有變化趨勢，應及時重新分析，確定各懸沙取樣垂線間部分流量權重系數(shù)，以保證水文資料成果精度。

［1］SL195－97，水文巡測規(guī)范［S］.

［2］SL247－1999，水文資料整編規(guī)范［S］.

［3］GB50159－92，河流懸移質泥沙測驗規(guī)范［S］.