橋頭水文站單樣位置分析

哈春光

【摘要】通過對橋頭水文站4年（2012～2015年）輸沙率觀測資料進行分析，確定了單樣含沙量的取樣位置，判斷不同水位流量級沙量變化，并進行了誤差評定，為及時搶測沙峰，提高斷面平均含沙量及輸沙率的測驗精度提供依據。

【關鍵詞】橋頭水文站；單樣位置；分析

1、基本情況

1.1測站概況

橋頭水文站地處黃河流域湟水水系左岸一級支流北川河上，位于青海省大通縣橋頭鎮，地理坐標位于東經101°41′，北緯36°56′。海拔2438m，集水面積2774km2，至河源117.6km，至河口距離36.6km，河道平均比降10.5‰。

橋頭站為區域代表站，屬國家重要水文站、中央報汛站。二類流量泥沙測驗精度站。

1.2流域概況

北川河位于湟水河干流北岸，是湟水河的一級支流，黃河二級支流，發源于青海省大通縣回族土族自治縣開甫托山峽，流域面積3371平方公里，流程154公里，自北向南流入西寧市區，其上有3條支流，分別為寶庫河、黑林河和東峽河，三河匯合后為北川河。

1.3測驗斷面情況

測驗河段順直，兩岸為鋼筋混泥土防洪墻。基本水尺斷面上游400m左岸有東峽河匯入，上游190m有公路橋一座，下游150m有石山泵站進水閘及攔水壩，大洪水時對水位有一定的頂托，但影響不大。河床由砂礫石組成，沖淤變化不大，高水控制良好。

2.資料的來源及分析依據

2.1資料來源

選取了橋頭水文站2012～2015年共46次實測輸沙測驗資料進行整理，最后選取32次最具代表性的實測資料進行分析。

2.2分析依據

根據《河流懸移質泥沙測驗規范》（GB50159—92）單沙取樣位置的分析規定：

第7.6.1條采用單斷沙關系的站，取得30次以上的各種水流條件下的輸沙率資料后，可進行單樣取樣位置的分析。

第7.6.2條斷面比較穩定，主流擺動不大的站，應選擇幾次能代表各級水位、各級含沙量的輸沙率資料，繪制垂線平均含沙量與斷面平均含沙量的比值（Csm/Cs均值）橫向分布圖，在圖上選擇Csm/Cs均值最為集中，且等于1處，確定一條或兩條垂線，作為單樣取樣位置，由此建立單斷沙關系曲線，進行統計分析，二、三類站相對標準差不應大于10%。

第7.1.1條中公式：Cs=Ws/V進行計算。

式中Ws—水樣干沙重（kg）

V—水樣容重（m3）

Cs—測點含沙量（kg/m3）

由于受測驗條件的約束，無法采用多點法測沙，因此表中各條垂線平均含沙量均采用0.6一點法測得的測點含沙量直接代替。斷面平均含沙量由如下公式計算得出：

Cs=QS/Q

而斷面輸沙率采用流量加權法公式進行計算。

QS=Csm1qo+（Csm1+Csm2）q1/2+（Csm2+Csm3）q2/2+（Csm3+Csm4）q3/2+…+（Csmn-1+Csmn）qn-1/2+Csmnqn

式中QS——斷面輸沙率（kg/s）

Csm1、Csm2、Csm3…Csmn—各取樣垂線平均含沙量（kg/m3）

qo、q1、q2…qn—取樣垂線分界間部分流量（m3/s）

Cs—斷面平均含沙量（kg/m3）

Q—斷面流量（m3/s）

3、單沙取樣位置的分析

3.1單斷沙比值橫向分布分析

單沙取樣的垂線位置，應根據含沙量的橫向分布情況來擬定。因此，選擇單沙取樣位置的標準是各種情況下該處的垂線含沙量與斷面平均含沙量的比值穩定，若該比值接近于1的垂線或區間則是最理想的單沙垂線取樣位置。

表中數據根據以下公式計算

K=CSm/`CS

式中K—系數

CSm—第i條垂線平均含沙量（kg/m3）

CS—斷面平均含沙量（kg/m3）

以斷面起點距為橫坐標，Csm/`Cs系數為縱坐標，點繪單斷沙比值橫向分布圖1。

由單斷沙比值橫向分布圖1可看出，15.0m處垂線是單斷沙比值最接近于1的垂線，所以15.0m垂線處取樣，算得其值來代表斷面平均含沙量則具有很好的代表性。

3.2單斷沙相關性分析

按照實測到的32份輸沙率資料，繪制起點距10.0m、15.0m和25.0m垂線的單樣含沙量與斷面平均含沙量的相關圖，見圖2～圖4。

通過以上相關法分析，其斷面起點距10.0m、15.0m和25.0m垂線的單樣含沙量與斷面平均含沙量關系均良好。

3.3斷沙關系曲線分析及檢驗

以起點距15.0m處單沙平均值代表單樣含沙量為縱坐標，以斷面平均含沙量為橫坐標，點繪單斷沙關系圖，得出一條經過原點、通過點群中心的45°直線，直線斜率K=1.000，符合二類泥沙站的定線精度。

再以單樣平均含沙量為基礎算得線上斷面平均含沙量，由南方片整匯編軟件對單斷沙關系曲線進行三線檢驗得到，相對標準差為2.3%，隨機不確度為4.6%，系統誤差為-0.3，且符號檢驗、適線檢驗、偏離數值檢驗等三種檢驗均合格

由單沙～斷沙關系曲線檢驗計算表看出，對此單斷沙關系曲線三種檢驗均合格。各項指標均滿足SL247—1999《水文資料整編規范》2.3.4條2.4.1.5條之技術規定。這充分說明橋頭（五）站泥沙測驗中，在起點距15.0m處取樣取其值作為單樣含沙量建立單—斷沙關系是最具代表性的。

4、分析結論

由橋頭（五）水文站實測泥沙資料分析知：在15.0m處取樣其值作為單樣位置平均含沙量來推算斷面平均含沙量，是極為理想的，也是最具代表性的。

參考文獻：

[1]SL247—1999水文資料整編規范[S].北京：水利水電出版社，2000.

[2]青海省水文水資源勘測局.橋頭水文站泥沙觀測資料（2012～2015年）