孫 穎

(盤山縣農(nóng)業(yè)水利事務(wù)服務(wù)中心，遼寧 盤山 124000)

0 引 言

阜新地區(qū)屬于水土流失較為嚴(yán)重的區(qū)域，區(qū)域多年平均含沙量在10kg/m3-150kg/m3之間。河道斷面含沙量測(cè)驗(yàn)主要通過布設(shè)測(cè)沙垂線，在各垂線位置采樣分析垂線含沙量，在按照各測(cè)沙垂線之間的面積采樣面積包圍法進(jìn)行斷面平均含沙量的計(jì)算[1-2]。按照河道泥沙測(cè)驗(yàn)規(guī)范要求，當(dāng)水面寬度在100m以上，需要布設(shè)10-15條測(cè)沙垂線進(jìn)行斷面含沙量的測(cè)驗(yàn)，這種方式下對(duì)于多沙河流測(cè)驗(yàn)任務(wù)要求較高，存在時(shí)效性不夠、自動(dòng)化水平低的局限和問題[3]。近些年來，許多水文測(cè)驗(yàn)工作者從實(shí)際出發(fā)，對(duì)河道含沙量測(cè)驗(yàn)精簡(jiǎn)方式進(jìn)行了探討，這些研究成果大都得出一個(gè)結(jié)論，即為河道斷面平均含沙量高于某一個(gè)固定值時(shí)，采用測(cè)沙垂線精簡(jiǎn)方式很難滿足含沙量測(cè)驗(yàn)的精度要求。此外，一些學(xué)者采用OBS-3A濁度儀，通過輔助觀測(cè)的方式，來實(shí)現(xiàn)河段斷面含沙量的測(cè)沙垂線精簡(jiǎn)。這種精簡(jiǎn)新方式可實(shí)現(xiàn)斷面含沙量測(cè)驗(yàn)次數(shù)的精簡(jiǎn)，也可實(shí)現(xiàn)部分?jǐn)嗝婧沉康淖詣?dòng)監(jiān)測(cè)[4-6]。為此文章以阜新地區(qū)多沙河流為研究實(shí)例，探討借助OBS-3A濁度儀下阜新地區(qū)多沙河流測(cè)沙垂線精簡(jiǎn)方式，從而提高區(qū)域含沙量測(cè)驗(yàn)的效率。

1 測(cè)站概況

韓家杖子水文站位于繞陽(yáng)河上游，該斷面以上流域內(nèi)包括阜蒙縣的務(wù)歡池鎮(zhèn)、建設(shè)鎮(zhèn)、塔營(yíng)子鄉(xiāng)、平安地鎮(zhèn)，彰武縣的哈爾套鎮(zhèn)和四堡子鎮(zhèn)部分地區(qū)。流域面積為693 km2。斷面以上河長(zhǎng)為42 km，全長(zhǎng)240 km，至河口距離為198 km，河道比降2‰左右。流域地理位置為E121°43′20″-122°08′05″，N42°12′05″-42°33′10″。測(cè)驗(yàn)河段順直長(zhǎng)約800m，枯水時(shí)形成分流，流心不定，洪水時(shí)比降大水流急，中水水面寬220m左右，水位達(dá)111.6m時(shí)左岸跑灘，灘地寬度可達(dá)250m，洪水時(shí)測(cè)驗(yàn)操作困難，對(duì)成果精度有影響?；舅邤嗝嫔嫌?00m左岸有四道河匯入，洪水時(shí)產(chǎn)生橫比降。基本水尺斷面下游700m為彎道，對(duì)高水起控制作用。左岸為沙壤土緩坡，右岸為巖石陡坡。河床為細(xì)沙組成，洪水時(shí)漲沖落淤，沖淤變化較大[7-9]。多年斷面平均含沙量為11.07kg/m3，歷年斷面最大含沙量124kg/m3。2019年本站最大斷面平均含沙量為130kg/m3，本年平均含沙量為27.8kg/m3。

2 精度評(píng)價(jià)方法

2.1 精簡(jiǎn)方法

各采樣點(diǎn)依次位于垂線各測(cè)點(diǎn)，在每個(gè)垂線監(jiān)測(cè)點(diǎn)至少保持80s的觀測(cè)時(shí)間，保證數(shù)據(jù)采集的時(shí)效性和準(zhǔn)確性。從2017年7月至8月下旬，進(jìn)行對(duì)比觀測(cè)試驗(yàn)60次，試驗(yàn)觀測(cè)含沙量在11.5g/m3-14.9g/m3之間，對(duì)整個(gè)年份韓家杖子水文站斷面含沙量進(jìn)行基本涵蓋。比測(cè)試驗(yàn)代表性較高，分布較為均勻。

2.2 精度評(píng)價(jià)指標(biāo)

對(duì)比觀測(cè)主要是分析精簡(jiǎn)組合方式下的含沙量和傳統(tǒng)方式下觀測(cè)的斷面實(shí)測(cè)含沙量之間精度，主要采用系統(tǒng)誤差、隨機(jī)不確定度以及標(biāo)準(zhǔn)差三個(gè)指標(biāo)作為比測(cè)試驗(yàn)的精度評(píng)價(jià)指標(biāo)，各指標(biāo)計(jì)算方程分別為：

1)系統(tǒng)誤差

△N=∑[(Csi-Csci)/Csi]/(n-2)

(1)

2)標(biāo)準(zhǔn)差

(2)

3)隨機(jī)不確定度

(3)

(4)

3 精簡(jiǎn)分析結(jié)果

3.1 測(cè)沙垂線布置

在韓家杖子水文站水文站測(cè)驗(yàn)斷面上、中、下各布設(shè)三個(gè)觀測(cè)斷面，各觀測(cè)斷面起點(diǎn)距見表1，并在各觀測(cè)斷面同一位置布設(shè)6條測(cè)沙垂線，測(cè)沙垂線的具體位置見表2。

表1 對(duì)比觀測(cè)斷面起點(diǎn)距范圍

3.2 測(cè)沙垂線精簡(jiǎn)組合方式分析

對(duì)不同測(cè)沙垂線的精簡(jiǎn)組合方式下的含沙量進(jìn)行率定分析，分析精簡(jiǎn)前后的含沙量測(cè)驗(yàn)值的相關(guān)系數(shù)，分析結(jié)果如表3所示。

表2 測(cè)沙垂線分布情況

表3 測(cè)沙垂線精簡(jiǎn)組合后的相關(guān)系數(shù)分析

從精簡(jiǎn)后的測(cè)沙垂線可知，各測(cè)沙垂線精簡(jiǎn)組合方式下的相關(guān)系數(shù)在0.43-0.59之間，按照相關(guān)系數(shù)的高度組合，選取相關(guān)系數(shù)較高的三種測(cè)沙垂線精簡(jiǎn)組合方式作為韓家杖子水文站的測(cè)沙垂線精簡(jiǎn)組合方式，測(cè)沙垂線精簡(jiǎn)后的方式為S2、S5、S3，按照河道泥沙測(cè)驗(yàn)規(guī)范要求，韓家杖子水文站水面寬度在100m以上，按照寬深比要求，需要布設(shè)8條以上測(cè)沙垂線才可滿足泥沙測(cè)驗(yàn)的精度要求，但是通過對(duì)比觀測(cè)試驗(yàn)分析，采用3條測(cè)沙垂線組合方式下也可滿足一定的含沙量測(cè)驗(yàn)要求，為此選擇三組相關(guān)系數(shù)較高的測(cè)沙垂線組合方式作為韓家杖子水文站的測(cè)驗(yàn)方式[10-12]。

3.3 精簡(jiǎn)后測(cè)驗(yàn)精度分析

基于上述線性關(guān)系可推算斷面含沙量，結(jié)合實(shí)測(cè)含沙量進(jìn)行精度對(duì)比分析，檢驗(yàn)推算的含沙量是否滿足測(cè)驗(yàn)精度要求。對(duì)測(cè)沙垂線精簡(jiǎn)后額推求精度進(jìn)行評(píng)定，評(píng)定結(jié)果如表4所示。

表4 韓家杖子水文站各測(cè)沙垂線的含沙量比測(cè)精度分析結(jié)果

從韓家杖子水文站測(cè)沙垂線精簡(jiǎn)后的精度評(píng)定組合可看出，測(cè)沙垂線的符號(hào)檢驗(yàn)精度均可達(dá)到合格要求，按照河道泥沙測(cè)驗(yàn)規(guī)范要求，當(dāng)符號(hào)檢驗(yàn)值高于0.3，基本就可達(dá)到合格水平。適線檢驗(yàn)主要檢驗(yàn)精簡(jiǎn)方式下含沙量的變化穩(wěn)定性，從適線檢驗(yàn)結(jié)果可看出，測(cè)沙垂線精簡(jiǎn)方式下適線檢驗(yàn)值均在±2.0范圍呢，適線檢驗(yàn)值越小，表示穩(wěn)定性越高。從隨機(jī)不確定度可看出，各測(cè)沙垂線精簡(jiǎn)方式下隨機(jī)不確定值在2.0左右，滿足河道泥沙測(cè)驗(yàn)規(guī)范要求的隨機(jī)不確定在±2.0的要求范圍內(nèi)。從標(biāo)準(zhǔn)差和系統(tǒng)誤差可看出，各測(cè)沙垂線精簡(jiǎn)方式下的標(biāo)準(zhǔn)差和系統(tǒng)誤差均在±10%以內(nèi)，采用測(cè)沙垂線精簡(jiǎn)組合方式下的標(biāo)準(zhǔn)差和系統(tǒng)誤差可滿足誤差要求。通過精度分析，采用測(cè)沙垂線精簡(jiǎn)方式下基本可滿足河道泥沙測(cè)驗(yàn)的要求，但是當(dāng)含沙量高于20km/m3，為控制好沙峰變化，還需要加密觀測(cè)次數(shù)，從而提高含沙量的測(cè)驗(yàn)精度[13-15]。

4 結(jié) 論

1)通過精簡(jiǎn)組合方式，韓家杖子水文站分別在起點(diǎn)距為30m、60m以及110m布設(shè)三條測(cè)沙垂線即可滿足含沙量的測(cè)定精度要求，可有效提高測(cè)沙時(shí)效性；

2)在汛期含沙量高于20kg/m3時(shí)，精簡(jiǎn)方式下不能有效控制沙峰變化過程，因此需要加密觀測(cè)次數(shù)，從而覆蓋整個(gè)沙峰的變化過程。