（益陽(yáng)水文水資源勘測(cè)局益陽(yáng)市413002）

桃江（二）水文站泥沙單斷關(guān)系分析

沈根孫 何江元

（益陽(yáng)水文水資源勘測(cè)局益陽(yáng)市413002）

桃江（二）水文站為資水干流控制站，水文測(cè)驗(yàn)任務(wù)繁重，特別是泥沙測(cè)驗(yàn)任務(wù)大，文章根據(jù)《河流懸移質(zhì)泥沙測(cè)驗(yàn)規(guī)范》(GB50159-92)的要求，推求桃江（二）水文站的單沙和斷沙關(guān)系，并進(jìn)行關(guān)系線檢驗(yàn)和誤差、精度分析，同時(shí)對(duì)桃江（二）水文站泥沙特征值進(jìn)行精度檢驗(yàn)分析，為桃江（二）站水文的泥沙間測(cè)方案提供技術(shù)支持。

泥沙單斷關(guān)系相關(guān)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(shè)立，1944年2月停測(cè)，1947年9月恢復(fù)，1949年5月停測(cè)，1951年1月1日恢復(fù)至今。2003年下半年經(jīng)國(guó)家防總和省水利廳及湖南省水文局批準(zhǔn)，將桃江水文站測(cè)驗(yàn)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(dòng)工興建，2005年1月1日正式開(kāi)始降水、水位、流量、泥沙、水溫、蒸發(fā)和蒸發(fā)輔助項(xiàng)目等項(xiàng)目測(cè)驗(yàn)至今。

桃江（二）水文站，位于桃江縣桃花江鎮(zhèn)園藝場(chǎng)，東經(jīng)112°07′，北緯28°32′，集水面積26748km2。桃江（二）水文站泥沙測(cè)驗(yàn)項(xiàng)目為一類站，實(shí)際開(kāi)展泥沙測(cè)驗(yàn)采用二類站標(biāo)準(zhǔn)施測(cè)。

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(diǎn)距235.0m，用橫式采樣器采樣，取樣方法為“固定一線兩點(diǎn)混合”。洪水過(guò)程取樣主要控制其轉(zhuǎn)折變化，能夠推算日平均輸沙率為原則，全年輸沙測(cè)次一般不少于15次。

桃江（二）水文站于2005年開(kāi)始泥沙測(cè)驗(yàn)，至2014年共有10年泥沙資料。2005～2014年共有171次輸沙測(cè)驗(yàn)，測(cè)次最多為2005年，輸沙測(cè)次32次；測(cè)次最少為2009年和2011年，輸沙測(cè)次均為10次。桃江（二）水文站輸沙測(cè)驗(yàn)情況見(jiàn)表1。

表1 桃江(二)水文站輸沙測(cè)驗(yàn)情況表

（2）單斷沙關(guān)系系數(shù)。在2005～2014年共10年的泥沙資料系列中，單斷沙關(guān)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(guān)系系數(shù)為1.000，說(shuō)明桃江（二）水文站單斷沙關(guān)系穩(wěn)定良好。桃江（二）水文站各年單斷沙關(guān)系系數(shù)見(jiàn)表2。

表2 桃江(二)水文站各年單斷沙關(guān)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(jiàn)表3。

表3 桃江(二)水文站年輸沙總量情況表萬(wàn)t

2 歷年綜合單斷關(guān)系分析

2.1 泥沙分級(jí)

根據(jù)規(guī)范要求，將歷年斷面含沙量和相應(yīng)單樣含沙量實(shí)測(cè)成果，按沙量級(jí)分成若干個(gè)組，用各組平均值繪制歷年綜合單斷沙關(guān)系線。2005～2014年共有171次輸沙測(cè)驗(yàn)，根據(jù)斷沙數(shù)據(jù)由小到大排列，進(jìn)行分級(jí)，共分為22個(gè)等級(jí)，分級(jí)情況見(jiàn)下表4。

表4 桃江(二)水文站泥沙分級(jí)表kg/m3

2.2 相關(guān)關(guān)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(jí)數(shù)據(jù)，計(jì)算其相關(guān)系數(shù)，相關(guān)系數(shù)計(jì)算公式如下：

式中ρ——相關(guān)系數(shù)；

W單——單沙（kg/m3）；

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

2.3 歷年綜合單斷關(guān)系線確定

將22個(gè)分級(jí)的平均斷沙和平均單沙點(diǎn)繪在圖上，繪制一條直線。理論上，單斷沙關(guān)系線是過(guò)原點(diǎn)的直線，確定單斷沙關(guān)系系數(shù)為1.001，如附圖所示。

附圖桃江(二)水文站單斷沙關(guān)系圖

3 單斷關(guān)系檢驗(yàn)及誤差精度分析

3.1 單斷關(guān)系檢驗(yàn)

根據(jù)規(guī)范要求，單斷沙關(guān)系配線需經(jīng)過(guò)三線檢驗(yàn)（符號(hào)檢驗(yàn)、適線檢驗(yàn)、偏離系數(shù)檢驗(yàn)）和定線精度分析。關(guān)系線檢驗(yàn)和定線精度計(jì)算采用南方片資料整編程序計(jì)算，結(jié)果如表5。

表5 桃江(二)水文站單斷沙關(guān)系檢驗(yàn)成果表

從表5可以看出，桃江（二）水文站歷年綜合單斷沙關(guān)系配線通過(guò)了三線檢驗(yàn)，并且標(biāo)準(zhǔn)差為3.5%，隨機(jī)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(guān)系與各年單斷關(guān)系誤差分析

在2005～2014年共10年的泥沙資料系列中，單斷關(guān)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(jì)算各年關(guān)系線偏離綜合線相對(duì)誤差，見(jiàn)表6。

從表6可知，各年關(guān)系線偏離綜合線相對(duì)誤差的最大值為0.40%，小于5%，歷年單斷沙關(guān)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(guān)系進(jìn)行整編。

表6 各年關(guān)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(guān)系線，對(duì)2005～2014年共10年的泥沙資料進(jìn)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(yàn)和誤差分析均符合規(guī)范要求，相對(duì)偏差最大為-0.7%，成果見(jiàn)表7。

表7 桃江(二)水文站歷年綜合單斷沙關(guān)系整編和各年原整編成果檢驗(yàn)表

5 基本結(jié)論

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

（2）桃江（二）水文站歷年綜合單斷關(guān)系配線通過(guò)了三線檢驗(yàn)，單斷關(guān)系系數(shù)為1.001，并且標(biāo)準(zhǔn)差= 3.5%，隨機(jī)不確定度=7.0%，系統(tǒng)誤差=-0.7%，最大相對(duì)偏差=-9.82%，定線滿足規(guī)范要求。

（3）桃江（二）水文站各年關(guān)系線偏離綜合線相對(duì)誤差的最大值為0.40%，小于5%，說(shuō)明桃江（二）站泥沙資料可利用歷年單斷沙關(guān)系線整編。測(cè)驗(yàn)可實(shí)施間測(cè)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(duì)偏差最大為-0.7%，泥沙可以實(shí)施間測(cè)方案。

2017-03-21）

沈根孫（1974-），男，江西新干人，大學(xué)本科，高級(jí)工程師，長(zhǎng)期從事水文基礎(chǔ)測(cè)驗(yàn)、水文情報(bào)預(yù)報(bào)、水文分析研究和水資源開(kāi)發(fā)利用保護(hù)等工作，手機(jī)：15073720728。