南寬坪水文站懸移質輸沙率單值化分析

盧 煒

（陜西省商洛水文水資源勘測局，陜西 商洛 726000）

0 引言

水文勘測是國民經濟建設中，水資源開發利用的前端工作，是對水資源水量、輸沙量等全面開展監測研究，面對經濟社會日益發展，水文工作也面臨相應的機遇與挑戰，需要開展更多新的項目監測，如：水質、旱情等新的監測項目，傳統項目已不能滿足人們對水資源的需求，在人員、經費不變的基礎上增加新的監測項目，就必須對現有的測驗項目進行精簡分析，在保證質量不降的情況下，采用間測、巡測的方式開展水文測驗。本次主要針對南寬坪水文站輸沙率測驗進行分析，通過單沙代替斷沙的測驗方式，減少工作量，以便騰出人力物力開展新的測驗項目，滿足經濟社會發展需求。

1 流域概況

1）基本情況

南寬坪站建于1959年1月，控制面積3936平方公里，河流245.7公里，河流平均比降5.9‰，距河口96.7公里。金錢河是漢江一級支流。屬國家重要站，水位、流量屬二類站，泥沙測驗精度為三類水文站。觀測項目有水位、流量、泥沙、泥顆、降水量、蒸發、水質等。積累水文資料57站年。

金錢河是漢江一級支流，發源于陜西省商洛市柞水縣境內的秦嶺南麓東段，由西南向東北流經柞水、山陽，在湖北鄖西縣的夾河匯入漢江，全長245.7 km，境內河道平均比降5.9‰，東以鵲嶺為界，西以小嶺為界，流域內近年植被較好，氣候四季分明，具有顯著的氣候特征，多年平均氣溫在13.1℃，無霜期207天，多年平均降雨量為783 mm；歷史調查最大洪峰流量為4500 m3/s（1964 年），實測最大為 3830 m3/s(1998.8.15)，最小流量 1.25 m3/s（1995.6）,實測最大含沙量是 91 kg／m3(1959.8.27),多年平均徑流量10.1*108M3,多年輸沙量為216萬噸，多年平均蒸發量為1107.3 mm,河流特性受斷面沖淤變化影響，水位、流量關系較為復雜。

2）水沙特性

金錢河流域大部分都是山連山，只有河道兩旁經河流沖積形成部分川道，上世紀六、七十年代由于大量毀林造田造成水土流失。自建站以來，只有1959年出現最大含沙量90 kg/m3。由于開林造田，此后1998年8月15日發生建站以來最大洪水，洪峰流量達3830 m3/s,最大含沙量為40.2 kg/m3,2010年7月17日出現最大單沙32.6 kg/m3,主要來沙發生在汛期5月～10月，一般年初第一場洪水含沙較大，主要峰次含沙也較大，出現洪峰越大含沙也越大。近年由于退耕還林工程的不斷實施完善，含沙量明顯變小，年輸沙量也逐漸趨于穩定。

2 懸移質輸沙測驗方法及歷年單斷沙關系

南寬坪水文站懸移質單沙、斷沙監測從1959年開始，一直延續至今，中間因河道設施水毀有三年斷沙停測，含沙資料相對連續可靠，含沙量采用固定垂線起點距20 m，積深法取樣，輸沙率測驗采用斷面均勻布設垂線，一般間隔10 m取樣一個，一次輸沙測驗一般取7條～14條垂線，每條垂線均采用積深法取樣，輸沙測驗，單沙一般在開始、中間、結束取三個沙樣，取平均值為該次單沙。

單斷沙關系線一般為45度線，有個別年份，因漲水次數較少，測取輸沙測次較少，定不成單斷沙關系線，采用近似法（按45度線）整編。

3 單斷沙關系分析

3.1 資料選取

依據《河道懸移質泥沙測驗規范》[1]第8.1.4條規定:“二、三類站當有5年～10年以上資料證明，實測輸沙率的沙量變幅占歷年變幅70%以上，水位變幅占歷年水位變幅80%以上，即可進行輸沙率間測分析”。根據南寬坪站近幾年實際情況，單斷沙關系一直較為穩定，且為45度單一線，因此可進行輸沙率單值化分析。現選取2002年～2015年南寬坪水文站14年單斷沙資料建立一條綜合曲線，實測輸沙率資料102次，輸沙率測驗方法為斷面均勻布設垂線，垂線取沙為積深法，單沙位置一致，取樣方法一致。

時段內的實測懸移質輸沙率的沙量變幅和歷年懸移質輸沙率的沙量變幅、實測水位變幅和歷年水位變幅的關系見表1、表 2。

表1 懸移質輸沙率的沙量變幅分析

表2 水位變幅分析

表1、2說明：1959年出現最大含沙量90 kg/m3，屬開山造田所致，1998年出現建站實測最大流量，最大水位、含沙可查，因而在分析水位、沙量變幅從1998年算起，自1998年至今18年來，因退耕還林效果顯著沒有出現大的沙量，因而最大含沙不在統計范疇；1998年水位最高498.44 m，最低492.40 m，出現最大含沙量40.2 kg/m3，2000年最高水位497.57 m，最大含沙量21.8 kg/m3，2010年最高水位496.68 m,最大含沙量32.6 kg/m3，最低水位492.34 m,期間最高水位為498.44 m，最低水位為492.34 m。

由表1、表2可知懸移質輸沙率的沙幅占歷年沙幅的81.1%＞70%，水位變幅占歷年水位變幅85.7%＞80%，達到了《河道懸移質泥沙測驗規范》[1]第8.1.4條規定:“二、三類站當有5年～10年以上資料證明，實測輸沙率的沙量變幅占歷年變幅70%以上，水位變幅占歷年水位變幅80%以上，即可實行輸沙率間測要求。

3.2 資料分析

3.2.1 歷年綜合單斷沙關系線分析

將南寬坪站2002年～2015年的單斷沙資料根據《河道懸移質泥沙測驗規范》[1]第8.1.4條規定，懸移質輸沙率和相應單樣含沙量實測成果按沙量級分為五組，即含沙量小于5 kg/m3、5 kg/m3～10 kg/m3、10kg/m3～20 kg/m3、20kg/m3～30 kg/m3、30 以上五組，用各組平均值繪制綜合單斷沙關系圖，見圖1。

圖1 南寬坪水文站單斷沙關系圖

3.2.2 單斷沙關系線檢驗

關系線經過三項檢驗，精度均達到規范規定的精度要求，見表3。

表3 南寬坪站綜合單斷沙關系線檢驗

根據《水文資料整編規范》[2]第3.3.4推求斷沙方法，單一線要求，單斷沙關系點較密集且分布成帶狀，關系點無明顯偏離，即可定為單一線推求斷沙。經分析南寬坪站2002年～2015年14年間點繪的綜合單斷沙關系線呈45度線，符合規范規定。

3.2.3 歷年點子距綜合線偏離分析

將2002年～2015年實測點子點繪到一張圖上，經與綜合45度線對比，點子基本均勻分布在45度線兩邊，相對誤差超過10%的只有一點，占比重不到1%，也就是超過10%外包線的只有一次，全部點子均沒有超過15%外包線，符合單一線定線要求，見圖2。

圖2 南寬坪站歷年單斷沙關系總圖

4 結論及建議

經對南寬坪水文站近2002年～2015年14站年單斷沙關系分析，實測輸沙率的沙量變幅占歷年變幅70%以上，水位變幅占歷年水位變幅80%以上，關系呈45度單一線，符合輸沙測驗精簡分析要求，今后可直接用單沙代替斷沙，停止輸沙率測驗。

通過分析，南寬坪水文站單位含沙量已能代替斷面含沙量，滿足輸沙率測驗要求，但是如果發生以下大的變化時要及時恢復輸沙率測驗，進行比對。1）特大洪水，造成斷面發生變化，影響含沙量的測驗的；2）水文測驗上下游建設大型水利工程影響斷面含沙量測驗的；通過單斷沙測驗比對單沙與斷沙沒有明顯變化的可以繼續采用單沙代替斷沙，如果發生大的變化，單沙與斷沙不一致時，要及時恢復輸沙率測驗。