榆樹溝水文站輸沙率與流量異步施測法分析

張錦輝

摘要在懸移質輸沙率與流量異步施測法基本原理分析的基礎上，根據河流特性建立了多年綜合及相鄰流量測次累積面積百分數與累積流量百分數相關曲線法不同的部分流量權重系數借用方案。經實測資料檢驗，輸沙率與流量異步施測法的計算誤差符合《河流懸移質泥沙測驗規范》精度要求，能滿足懸移質泥沙測驗的需求。

關鍵詞輸沙率與泥沙測驗；異步施測；榆樹溝水文站

中圖分類號K928.4文獻標識碼A文章編號 1007-5739（2009）06-0289-01

1問題的提出

河流懸移質輸沙率測驗的主要目的是為了比較精確地確定斷面平均含沙量，以滿足在河流測驗斷面處測定不同時段不同粒徑范圍的懸移質輸沙量及其特征值。目前懸移質輸沙率測驗方法可分為同時測流與不同時測流兩大類。

與流量同時施測是我國多年來一直沿用的傳統的懸移質輸沙率測驗方式，這種測驗方法不僅工作量大，而且在測驗期間，常因測驗時間長、水位變化大，而影響單次測驗成果的代表性。特別是對于干旱區的山溪性河流，暴雨洪水陡漲陡落，水位變化十分急劇，傳統的輸沙率測驗十分困難。

懸移質輸沙率與流量異步施測法是依據部分流量加權原理，不需要同時測流，而直接通過測點含沙量、借用測點位置流速權重系數及部分流量權重系數，計算斷面平均含沙量[1]。該方法不僅可大幅度縮短測驗時間，減少測驗工作量，提高單次測驗成果的代表性，而且能保證一定的測驗精度以滿足生產需要，從而為適應水文體制改革、開展泥沙巡測工作打下堅實的基礎。

2輸沙率與流量異步施測法原理分析

根據懸移質輸沙率測驗目的及《河流懸移質泥沙測驗規范》要求，懸移質輸沙率測驗必須符合部分流量加權原測點數；v為測點流速；qi為第i部分流量；Q為斷面流量；Ki為第i部分流量權重系數；kj為測點位置權重系數（一、二、三點法：kj均取1；五點法：kj分別取1，3，3，2，1）；?濁j為測點位置流速權重系數。

測驗斷面的穩定性是影響部分流量權重系數借用方案建立及其精度的主要因素。筆者根據榆樹溝水文站河流斷面沖淤特性，建立不同的部分流量權重系數借用方案，并對所建立方案進行檢驗。

3.1多年綜合ΣAi/A~Σqi/Q相關曲線法

該方法主要適用于測驗河段沖淤變化較小且累計面積百分數與累計流量百分數相關關系較穩定的測站。以榆樹溝水文站為例。

3.1.1方案的建立。分析所用的資料系榆樹溝水文站1996~2005年實測流量及懸移質輸沙率資料。首先，在每一年實測資料中選取分布各級流量的10次實測流量及懸移質輸沙率資料，計算累計面積百分數與累計流量百分數，點繪相關關系圖，確定當年的綜合相關線；其次，將各年綜合ΣAi/A~Σqi/Q相關線，點繪于同一張圖上，通過點群中心，確定多年綜合ΣAi/A~Σqi/Q相關線。

3.1.2方案的檢驗。采用上述部分流量權重系數借用方案，對榆樹溝水文站1996~2005年所有105次實測輸沙率資料進行重新計算。以原實測斷面平均含沙量為近似真值，對計算斷面平均含沙量進行相關分析和誤差分析，經分析統計，其相關系數為0.9 990，其最大絕對誤差為0.15，最大相對誤差為0.082，系統誤差為0.1，相對標準差為0.024，不確定度

為0.045，其相對標準差、系統誤差、不確定度均符合《規范》中的精度要求[2]。經分析，說明在榆樹溝水文站采用多年綜合流量測次ΣAi/A~Σqi/Q相關曲線法建立的部分流量權重系數借用方案是可行的。

3.2相鄰流量測次ΣAi/A~Σqi/Q相關曲線法

由于受斷面沖淤變化的影響，測驗斷面沖淤變化較大的測站，累計面積百分數與累計流量百分數相關關系不太穩定，故對于沖淤變化較大的測站，應采用相鄰流量測次ΣAi/A~Σqi/Q相關曲線法，建立部分流量權重系數借用方案。以榆樹溝水文站為例。

3.2.1方案的建立。選擇與輸沙率測驗相鄰的1~2次具有實測斷面資料的流量測次，計算累計面積百分數與累計流量百分數，并點繪相關關系圖，確定相關關系線，即可作為該次輸沙率測驗的部分流量權重系數借用方案。此次分析用榆樹溝水文站1996~2005年實測資料，對10年間所有105次實測輸沙率資料，采用相鄰流量測次ΣAi/A~Σqi/Q相關曲線法，建立了部分流量權重系數借用方案重新計算。

3.2.2方案的檢驗。以原實測斷面平均含沙量為近似真值，對計算斷面平均含沙量進行相關分析和誤差分析，其相關系數為0.996 2，其最大絕對誤差為0.42，最大相對誤差為0.15，系統誤差為0.2，相對標準差為0.046，不確定度為0.085，其相對標準差、系統誤差、不確定度均符合《規范》中的精度要求，經分析說明在榆樹溝水文站，采用相鄰流量測次ΣAi/A~Σqi/Q相關曲線法建立的部分流量權重系數借用方案是可行的。

4結語

懸移質輸沙率與流量異步施測法是一種不需同步測流，而直接通過測點含沙量進行斷面平均含沙量的懸移質輸沙率測驗方法。它改變了傳統輸沙率測驗時必須同步施測流量的方式，為懸移質輸沙率測驗提供了新的施測方法。

河流懸移質輸沙率與流量異步施測法可以增加懸移質斷沙測次，為采用斷沙過程線法進行泥沙資料整編提供了條件，也為進一步開展泥沙巡測工作創造了新的方法。應開展應用懸移質輸沙率與流量異步施測法，以適應水文體制改革的需要。

5參考文獻

[1]齊斌，馬文進，任小鳳.黃河中游測區輸沙率與流量異步施測法分析[J].水文，2002，2（32）：32-35.

[2] 中華人民共和國水利部.河流懸移質泥沙測驗規范GB50159-92[S].北京：中國標準出版社，2008.