張紅宇

（遼寧省營口水文局，遼寧 營口 115003）

隨著水文測驗技術(shù)的不斷發(fā)展， 水文測驗先進儀器也在許多流域得到推廣和應(yīng)用。水文測驗主要包含降水、水位、蒸發(fā)、流量、泥沙的監(jiān)測，其中降水、水位、蒸發(fā)已逐步實現(xiàn)自動觀測［1］。 近些年來，對于流量的自動監(jiān)測得到不斷發(fā)展，如ADCP［2］、電波雷達(dá)［3］等先進儀器已在國內(nèi)許多流域得到應(yīng)用［4-8］。 但對于泥沙自動測驗的起步較晚，當(dāng)前，濁度儀通過對河流水體濁度進行觀測，建立濁度和含沙量關(guān)系，對斷面含沙量推求，在一些流域水文測站的含沙量測驗中得到應(yīng)用［9-15］，通過測驗應(yīng)用表明河流水體中的濁度和含沙量具有一定的相關(guān)性，當(dāng)河流含沙量較低時，該儀器可以實現(xiàn)斷面含沙量的監(jiān)測，但是水體濁度較大時，很難建立濁度值和含沙量的相關(guān)關(guān)系，因此濁度儀的適用性不高。為探討濁度儀在營口地區(qū)含沙量自動監(jiān)測的適用性， 本文采用對比觀測試驗方式，對濁度儀的適用性進行探討。 研究成果對營口地區(qū)河道含沙量測驗方式的改革和創(chuàng)新具有一定參考意義。

1 測站概況

望寶山站于1959年1月1日建站， 由遼寧省水利電力局領(lǐng)導(dǎo)，站類為水文站；2013年11月由遼寧省水文局領(lǐng)導(dǎo)。 該站位于遼寧省蓋州市團甸鎮(zhèn)，東經(jīng)122°28′，北緯40°26′。按水文站網(wǎng)規(guī)劃原則確定為區(qū)域代表站，屬于國家基本站。 本站凍結(jié)基面為假定基面。流量測驗精度為二類，泥沙測驗精度為三類。本站測驗河段順直長度500m。 河流上游多由山丘和風(fēng)化巖組成，雨洪時水流挾帶泥沙較多。測驗河段主槽和灘地由細(xì)沙和卵石組成，沖淤變化較大。水位流量關(guān)系不穩(wěn)定，多采用臨時曲線法推流。 本站測報項目：水位、流量、單沙、水質(zhì)監(jiān)測、冰情、降水、蒸發(fā)、比降、水情發(fā)報、 普通測量、 水文調(diào)查等。 本站流域面積1070km2，距河口距離30km。 測驗河段南岸是暖泉鎮(zhèn)后紅村的樹林和苞米承包地。 測驗河段北岸是團甸鎮(zhèn)賈屯村。 距本站基本斷面上游400m處有一座后紅大橋。 本站主要的測洪手段是纜道、浮標(biāo)和比降。 水文站上游有大（二）型石門水庫一座，三道嶺、周家中型水庫兩座，?。ㄒ唬┬退畮於婪恳蛔?/p>

2 精度評價方法

2.1 精簡方法

每個采樣點依次布設(shè)在垂線上的每個測點上，垂線上的每個監(jiān)測點的觀測時間應(yīng)保持在60s以上，以確保數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確性和及時性。 2020年7月至8月下旬，開展60次含沙量對比觀測試驗，觀測含沙量的范圍在0.02～0.1kg/m3之間，基本覆蓋望寶山水文站斷面的年含沙量， 比測試驗分析含沙量具有較高的代表性，分布更均勻。

2.2 精度評價指標(biāo)

主要是通過分析簡化組合法和傳統(tǒng)方法所測得的含沙量的準(zhǔn)確性， 比較測試的準(zhǔn)確性評估指標(biāo)主要包括3個指標(biāo)，即系統(tǒng)誤差，隨機不確定性和標(biāo)準(zhǔn)偏差，每個指標(biāo)的計算公式如下：

（1）系統(tǒng)誤差

（2）標(biāo)準(zhǔn)差

（3）隨機不確定度

式中 ΔN為系統(tǒng)誤差；Csi和Csci分別為第i次所推求的含沙量值（kg/m3）和測得的含沙量值（kg/m3）；n為測點分布的總數(shù)；Se為測得的采樣點含沙量的標(biāo)準(zhǔn)偏差；X′Cs為95%置信水平下的隨機不確定度；XCs為75%置信水平下的隨機不確定度。

3 精度分析結(jié)果

3.1 測沙垂線布置

在望寶山水文站選取上、中、下各布設(shè)3個測驗斷面，各測驗斷面的起點距如表1，并在各測驗斷面同一位置布設(shè)6條施測含沙量垂線，分布情況如表2。

表1 對比觀測測驗斷面起點距

表2 含沙量垂線分布情況

3.2 轉(zhuǎn)換方程分析

對不同測沙垂線建立濁度值和含沙量的相關(guān)方程， 并將濁度儀推求的含沙量和傳統(tǒng)人工觀測的含沙量進行相關(guān)性分析，結(jié)果如表3。

表3 濁度儀和含沙量轉(zhuǎn)換率定公式分析結(jié)果

在每次含沙量測量布設(shè)垂線的相同位置同時進行比較測驗， 在相同位置將濁度儀和人工監(jiān)測的含沙量進行相關(guān)轉(zhuǎn)換方程的率定， 從率定分析結(jié)果可看出，濁度值和斷面含沙量具有較好的相關(guān)性，這主要是因為當(dāng)河流水體含沙量小于一定量值時， 河流水體的濁度和含沙量具有較好的相關(guān)性。 對比觀測分析時斷面含沙量均低于0.3kg/m3，而此時營口水文站斷面含沙量和濁度值具有較好的相關(guān)性， 相關(guān)系數(shù)總體在0.45以上，具有較好的相關(guān)性。 通過建立的各條測沙垂線的含沙量和濁度值的轉(zhuǎn)換率定公式即可以對斷面的含沙量進行推求。

3.3 對比觀測精度分析

基于上述線性關(guān)系可推算斷面含沙量， 結(jié)合實測含沙量進行精度對比分析， 檢驗采用濁度儀推算的含沙量是否滿足測驗精度要求。 對濁度儀推求精度進行評定，評定結(jié)果如表4。

表4 望寶山水文站各測沙垂線的含沙量比測精度分析

根據(jù)上述線性關(guān)系，可以推求出望寶山站測驗斷面的含沙量， 并可以對比測得的含沙量的準(zhǔn)確性，以分析濁度儀計算出的含沙量是否滿足精度要求，對濁度計的估計精度進行了評估，其分析結(jié)果如表4。

結(jié)合各測沙垂線建立的濁度儀和含沙量轉(zhuǎn)換方程進行了6組對比觀測試驗，對采用濁度儀推求的斷面含沙量和傳統(tǒng)人工觀測的含沙量進行精度的平度。河流泥沙測驗規(guī)范需要對符合、適線及隨機不確定度進行檢驗，并統(tǒng)計其標(biāo)準(zhǔn)差和系統(tǒng)誤差，按照河道泥沙測驗規(guī)范要求，當(dāng)符號檢驗值低于0.6即為合格，從各組對比觀測值可看出，符合檢驗值在0.6以下，均通過檢驗達(dá)到合格要求。適線檢驗主要對含沙量測定垂線進行判定， 當(dāng)適線檢驗值在±1.0以內(nèi)均可通過適線檢驗，從各適線檢驗值可看出，適線檢驗值均在±1.0以內(nèi)，達(dá)到免檢和合格要求。 從各組測沙垂線隨機不確定度分析結(jié)果可看出， 隨機不確定度在1.17～1.63之間， 表明各組測沙垂線含沙量和濁度儀推求的斷面含沙量之間無系統(tǒng)偏差。 從檢驗標(biāo)準(zhǔn)差可看出，6組對比觀測試驗采用濁度儀推求的斷面含沙量和各測沙垂線含沙量之間的標(biāo)準(zhǔn)差低于15%，達(dá)到河流泥沙測驗規(guī)范要求的20%的誤差范圍要求。 從系統(tǒng)誤差可看出， 各測沙垂線系統(tǒng)誤差低于±20%，滿足系統(tǒng)誤差的精度要求。

4 結(jié)語

（1）望寶山水文站斷面含沙量和濁度值具有較好的相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)總體在0.45以上，具有較好的相關(guān)性。 通過建立的各條測沙垂線的含沙量和濁度值的轉(zhuǎn)換率定公式即可對斷面的含沙量進行推求。

（2）為能較好的建立含沙量和濁度的相關(guān)方程，建議在比測試驗時將觀測次數(shù)安排在10～20次左右，并均勻分布測沙垂線， 一般對比觀測的測沙垂線不少于5～6條。

（3）本文未探討水體濁度值對于濁度儀觀測精度的影響，在后續(xù)研究中還應(yīng)重點探討水體濁度值的適用范圍。