尖山站懸移質(zhì)泥沙測驗問題的探討

鄒銘盛

摘 要：在懸移質(zhì)泥沙測驗中使用間測法不僅可以提高測驗的效率和準(zhǔn)確度，還可以節(jié)約人力、物力和財力。通過對五華縣尖山站的輸沙率測驗進(jìn)行間測分析，為相關(guān)工作人員提供一些參考。

關(guān)鍵詞：尖山站；懸移質(zhì)泥沙；間測法；水位

中圖分類號：TV149.1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2095-6835（2014）11-0144-02

懸移質(zhì)就是懸浮在水中隨水流移動的泥沙。懸移質(zhì)輸沙率測驗包括對斷面輸沙率的測驗和對單位水樣含沙量（簡稱單沙）測驗。在水文、水質(zhì)正常情況下，使用間測法不僅能夠大幅度地縮短測驗時間和工作強(qiáng)度，還能得到準(zhǔn)確的測驗結(jié)果?？梢哉f，這種測量方法為泥沙巡測乃至整個水文體制的創(chuàng)新性改革打下了堅實的基礎(chǔ)。

1 流域概況

五華縣境內(nèi)的河流屬梅江水系，處于韓江流域的干流——梅江的上游。境內(nèi)河溪眾多，溪澗縱橫，水力資源豐富。琴江，古稱右別溪，發(fā)源于紫金縣南嶺武頓山，沿蓮花山北麓自西南向東北，從龍村鎮(zhèn)吉祥村入境稱南琴江，經(jīng)龍村、梅林鎮(zhèn)，于梅林鎮(zhèn)琴口流入北琴江，其河床平均比降為1.10%.尖山站位于梅江上游的五華縣梅林鎮(zhèn)尖山村，集水面積為1 578 km2。

1.1 設(shè)站目的

尖山站設(shè)立于1958-06，是為收集梅江上游區(qū)域的水文資料并對其進(jìn)行水質(zhì)監(jiān)測和防洪預(yù)報而設(shè)立的，屬于區(qū)域代表站，為二類精度水文站。觀測項目主要有水位、流量、泥沙、降水量和水質(zhì)等。

1.2 測驗河段情況

測驗河段上、下游較順直，長度大約為500 m，斷面下游200 m處河道向右彎曲。河流在中、高水位時無漫灘，但當(dāng)水位高出20 m時，右岸斷面上游尖山村的山坳會有水面寬度約為30 m的分流。低水位時，測驗河段會露出沙灘，并有可能會出現(xiàn)串溝、斜流、橫比降等現(xiàn)象。測流斷面上游150 m處有一座公路橋，橋長200 m，寬8 m。測驗河段的河床較為穩(wěn)定，從近8年來斷面的平均河底高程記錄來看，河底的高程變化不大，年際變化只有0.2 m左右。該站基本水尺斷面與測流斷面為同一斷面，主流偏于左岸，流向與斷面垂直。

1.3 測站控制條件

尖山站位于梅江上游，屬于河槽控制。測驗河段比較順直，河床為沙質(zhì)河床，且較穩(wěn)定。兩岸生長著稀少的雜草和小灌木。河流在中、高水位時無漫灘。

2 懸移質(zhì)輸沙率測驗方式的基本原理

河流懸移質(zhì)泥沙測驗的相關(guān)規(guī)范性文件中明確指出：在采用不同的懸移質(zhì)輸沙率測驗方法測驗河流某一流域斷面的平均含沙量時，測驗方法必須符合流量加權(quán)的相關(guān)原理和滿足測驗數(shù)據(jù)精度的相關(guān)要求。相關(guān)規(guī)范規(guī)定這些基本要求的原因主要可以歸納為以下兩個方面：①時段輸沙量的測驗要求輸沙率的測驗方法與流域斷面平均含沙量的測驗原理相吻合；②大量的實踐表明，要想在懸移質(zhì)輸沙率測驗過程中得出與斷面輸沙率相對應(yīng)的斷面平均含沙量，就必須選擇向量加權(quán)法作為整個懸移質(zhì)輸沙率測驗方法中的基本運算方式。

3 斷面平均含沙量計算數(shù)學(xué)模型

計算斷面平均含沙量的數(shù)學(xué)模型是根據(jù)測站特性、精度要求和設(shè)備條件等情況確定的。無論采用哪種懸移質(zhì)輸沙率測驗方法來測定斷面平均含沙量，都必須符合部分流量加權(quán)原理和精度要求。計算斷面平均含沙量的基本公式為：

斷面平均含沙量的測定可以根據(jù)公式（1）的原理設(shè)計出各種簡化的取樣方法，簡化后的方法都用公式（1）進(jìn)行原理性檢驗，不符合的則不能作為斷沙的測驗方法。

目前水文站采用的懸移質(zhì)輸沙率測驗方法主要是垂線混合法，即在水文斷面上布設(shè)一定數(shù)目的垂線，在每條垂線的相對水深位置處采取一定容積的水樣，并按比例混合。其實測含沙量的計算公式為：

使用垂線混合法測得的含沙量為垂線平均含沙量。斷面輸沙率的計算公式為：

4 資料來源及統(tǒng)計

據(jù)1994—2013輸沙率的實測記錄，大單樣含沙量為18 kg/m3（時間：2013-08-17 T 16：00），相應(yīng)水位為19.78 m；實測最小單樣含沙量為0.346 kg/m3（時間：2010-06-16 T 7：25），相應(yīng)水位為11.98 m。實測最大斷面平均含沙量為4.16 kg/m3（時間：2013-08-17 T 16：00），相應(yīng)水位為19.7 m；實測最小斷面平均含沙量為0.349 kg/m3（時間：2010-06-16 T 7：25），相應(yīng)水位為11.98 m。

5 分析計算

尖山站1994—2013的單斷沙關(guān)系圖為45°角的單一線。單斷沙換算關(guān)系式為CS=CS，即比例系數(shù)K=1。將1994—2013年的實測單斷沙數(shù)據(jù)繪制成圖，并且進(jìn)行適線、符號和偏離數(shù)值的檢驗和標(biāo)準(zhǔn)差計算。尖山站單斷沙關(guān)系圖如圖1所示。

圖1 尖山站單斷沙關(guān)系圖

單斷沙關(guān)系測點標(biāo)準(zhǔn)差為1.9%，隨機(jī)誤差為3.8%，小于規(guī)定的20%，達(dá)到了規(guī)范規(guī)定的精度要求。系統(tǒng)誤差為-0.14%，小于規(guī)定的±3%，也達(dá)到規(guī)范規(guī)定的精度要求。

上述三種方法對單斷沙關(guān)系曲線的檢驗均達(dá)到了規(guī)范要求，且符合河流懸移質(zhì)泥沙測驗規(guī)范中關(guān)于懸移質(zhì)輸沙率和顆粒級配間測分析的規(guī)定。對尖山站輸沙率的測驗可以在含沙量小于4.18 kg/m3的情況下進(jìn)行間測，間測期間，繼續(xù)測驗單樣含沙量，并且用單沙代替斷沙進(jìn)行輸沙率計算。

6 結(jié)束語

在懸移質(zhì)泥沙測驗中，要準(zhǔn)確地了解河道的各項特征，認(rèn)真分析河流泥沙量的歷史資料，掌握河流泥沙變化的規(guī)律。此外，還要進(jìn)一步了解測驗斷面泥沙縱橫向的分布情況，了解不同雨勢下河流產(chǎn)生的洪峰，以掌握泥沙測驗的最好時機(jī)。在實際測驗中，要不斷認(rèn)識泥沙運行的規(guī)律，并制訂出新的測沙方案；選擇好的單沙位置建立穩(wěn)定的單斷沙關(guān)系，經(jīng)過水文計算，推算出過去和將來的河流含沙量，為水利的控制提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)參考。

參考文獻(xiàn)

[1]吳世勇.懸移質(zhì)輸沙和流量異步測驗在枝城站的應(yīng)用[J].人民長江，2007（11）.

[2]丁赟.懸移質(zhì)不平衡輸沙模型的特征[J].河海大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2011（05）.

〔編輯：王霞〕endprint

摘 要：在懸移質(zhì)泥沙測驗中使用間測法不僅可以提高測驗的效率和準(zhǔn)確度，還可以節(jié)約人力、物力和財力。通過對五華縣尖山站的輸沙率測驗進(jìn)行間測分析，為相關(guān)工作人員提供一些參考。

關(guān)鍵詞：尖山站；懸移質(zhì)泥沙；間測法；水位

中圖分類號：TV149.1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2095-6835（2014）11-0144-02

懸移質(zhì)就是懸浮在水中隨水流移動的泥沙。懸移質(zhì)輸沙率測驗包括對斷面輸沙率的測驗和對單位水樣含沙量（簡稱單沙）測驗。在水文、水質(zhì)正常情況下，使用間測法不僅能夠大幅度地縮短測驗時間和工作強(qiáng)度，還能得到準(zhǔn)確的測驗結(jié)果?？梢哉f，這種測量方法為泥沙巡測乃至整個水文體制的創(chuàng)新性改革打下了堅實的基礎(chǔ)。

1 流域概況

五華縣境內(nèi)的河流屬梅江水系，處于韓江流域的干流——梅江的上游。境內(nèi)河溪眾多，溪澗縱橫，水力資源豐富。琴江，古稱右別溪，發(fā)源于紫金縣南嶺武頓山，沿蓮花山北麓自西南向東北，從龍村鎮(zhèn)吉祥村入境稱南琴江，經(jīng)龍村、梅林鎮(zhèn)，于梅林鎮(zhèn)琴口流入北琴江，其河床平均比降為1.10%.尖山站位于梅江上游的五華縣梅林鎮(zhèn)尖山村，集水面積為1 578 km2。

1.1 設(shè)站目的

尖山站設(shè)立于1958-06，是為收集梅江上游區(qū)域的水文資料并對其進(jìn)行水質(zhì)監(jiān)測和防洪預(yù)報而設(shè)立的，屬于區(qū)域代表站，為二類精度水文站。觀測項目主要有水位、流量、泥沙、降水量和水質(zhì)等。

1.2 測驗河段情況

測驗河段上、下游較順直，長度大約為500 m，斷面下游200 m處河道向右彎曲。河流在中、高水位時無漫灘，但當(dāng)水位高出20 m時，右岸斷面上游尖山村的山坳會有水面寬度約為30 m的分流。低水位時，測驗河段會露出沙灘，并有可能會出現(xiàn)串溝、斜流、橫比降等現(xiàn)象。測流斷面上游150 m處有一座公路橋，橋長200 m，寬8 m。測驗河段的河床較為穩(wěn)定，從近8年來斷面的平均河底高程記錄來看，河底的高程變化不大，年際變化只有0.2 m左右。該站基本水尺斷面與測流斷面為同一斷面，主流偏于左岸，流向與斷面垂直。

1.3 測站控制條件

尖山站位于梅江上游，屬于河槽控制。測驗河段比較順直，河床為沙質(zhì)河床，且較穩(wěn)定。兩岸生長著稀少的雜草和小灌木。河流在中、高水位時無漫灘。

2 懸移質(zhì)輸沙率測驗方式的基本原理

河流懸移質(zhì)泥沙測驗的相關(guān)規(guī)范性文件中明確指出：在采用不同的懸移質(zhì)輸沙率測驗方法測驗河流某一流域斷面的平均含沙量時，測驗方法必須符合流量加權(quán)的相關(guān)原理和滿足測驗數(shù)據(jù)精度的相關(guān)要求。相關(guān)規(guī)范規(guī)定這些基本要求的原因主要可以歸納為以下兩個方面：①時段輸沙量的測驗要求輸沙率的測驗方法與流域斷面平均含沙量的測驗原理相吻合；②大量的實踐表明，要想在懸移質(zhì)輸沙率測驗過程中得出與斷面輸沙率相對應(yīng)的斷面平均含沙量，就必須選擇向量加權(quán)法作為整個懸移質(zhì)輸沙率測驗方法中的基本運算方式。

3 斷面平均含沙量計算數(shù)學(xué)模型

計算斷面平均含沙量的數(shù)學(xué)模型是根據(jù)測站特性、精度要求和設(shè)備條件等情況確定的。無論采用哪種懸移質(zhì)輸沙率測驗方法來測定斷面平均含沙量，都必須符合部分流量加權(quán)原理和精度要求。計算斷面平均含沙量的基本公式為：

斷面平均含沙量的測定可以根據(jù)公式（1）的原理設(shè)計出各種簡化的取樣方法，簡化后的方法都用公式（1）進(jìn)行原理性檢驗，不符合的則不能作為斷沙的測驗方法。

目前水文站采用的懸移質(zhì)輸沙率測驗方法主要是垂線混合法，即在水文斷面上布設(shè)一定數(shù)目的垂線，在每條垂線的相對水深位置處采取一定容積的水樣，并按比例混合。其實測含沙量的計算公式為：

使用垂線混合法測得的含沙量為垂線平均含沙量。斷面輸沙率的計算公式為：

4 資料來源及統(tǒng)計

據(jù)1994—2013輸沙率的實測記錄，大單樣含沙量為18 kg/m3（時間：2013-08-17 T 16：00），相應(yīng)水位為19.78 m；實測最小單樣含沙量為0.346 kg/m3（時間：2010-06-16 T 7：25），相應(yīng)水位為11.98 m。實測最大斷面平均含沙量為4.16 kg/m3（時間：2013-08-17 T 16：00），相應(yīng)水位為19.7 m；實測最小斷面平均含沙量為0.349 kg/m3（時間：2010-06-16 T 7：25），相應(yīng)水位為11.98 m。

5 分析計算

尖山站1994—2013的單斷沙關(guān)系圖為45°角的單一線。單斷沙換算關(guān)系式為CS=CS，即比例系數(shù)K=1。將1994—2013年的實測單斷沙數(shù)據(jù)繪制成圖，并且進(jìn)行適線、符號和偏離數(shù)值的檢驗和標(biāo)準(zhǔn)差計算。尖山站單斷沙關(guān)系圖如圖1所示。

圖1 尖山站單斷沙關(guān)系圖

單斷沙關(guān)系測點標(biāo)準(zhǔn)差為1.9%，隨機(jī)誤差為3.8%，小于規(guī)定的20%，達(dá)到了規(guī)范規(guī)定的精度要求。系統(tǒng)誤差為-0.14%，小于規(guī)定的±3%，也達(dá)到規(guī)范規(guī)定的精度要求。

上述三種方法對單斷沙關(guān)系曲線的檢驗均達(dá)到了規(guī)范要求，且符合河流懸移質(zhì)泥沙測驗規(guī)范中關(guān)于懸移質(zhì)輸沙率和顆粒級配間測分析的規(guī)定。對尖山站輸沙率的測驗可以在含沙量小于4.18 kg/m3的情況下進(jìn)行間測，間測期間，繼續(xù)測驗單樣含沙量，并且用單沙代替斷沙進(jìn)行輸沙率計算。

6 結(jié)束語

在懸移質(zhì)泥沙測驗中，要準(zhǔn)確地了解河道的各項特征，認(rèn)真分析河流泥沙量的歷史資料，掌握河流泥沙變化的規(guī)律。此外，還要進(jìn)一步了解測驗斷面泥沙縱橫向的分布情況，了解不同雨勢下河流產(chǎn)生的洪峰，以掌握泥沙測驗的最好時機(jī)。在實際測驗中，要不斷認(rèn)識泥沙運行的規(guī)律，并制訂出新的測沙方案；選擇好的單沙位置建立穩(wěn)定的單斷沙關(guān)系，經(jīng)過水文計算，推算出過去和將來的河流含沙量，為水利的控制提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)參考。

參考文獻(xiàn)

[1]吳世勇.懸移質(zhì)輸沙和流量異步測驗在枝城站的應(yīng)用[J].人民長江，2007（11）.

[2]丁赟.懸移質(zhì)不平衡輸沙模型的特征[J].河海大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2011（05）.

〔編輯：王霞〕endprint

摘 要：在懸移質(zhì)泥沙測驗中使用間測法不僅可以提高測驗的效率和準(zhǔn)確度，還可以節(jié)約人力、物力和財力。通過對五華縣尖山站的輸沙率測驗進(jìn)行間測分析，為相關(guān)工作人員提供一些參考。

關(guān)鍵詞：尖山站；懸移質(zhì)泥沙；間測法；水位

中圖分類號：TV149.1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2095-6835（2014）11-0144-02

懸移質(zhì)就是懸浮在水中隨水流移動的泥沙。懸移質(zhì)輸沙率測驗包括對斷面輸沙率的測驗和對單位水樣含沙量（簡稱單沙）測驗。在水文、水質(zhì)正常情況下，使用間測法不僅能夠大幅度地縮短測驗時間和工作強(qiáng)度，還能得到準(zhǔn)確的測驗結(jié)果?？梢哉f，這種測量方法為泥沙巡測乃至整個水文體制的創(chuàng)新性改革打下了堅實的基礎(chǔ)。

1 流域概況

五華縣境內(nèi)的河流屬梅江水系，處于韓江流域的干流——梅江的上游。境內(nèi)河溪眾多，溪澗縱橫，水力資源豐富。琴江，古稱右別溪，發(fā)源于紫金縣南嶺武頓山，沿蓮花山北麓自西南向東北，從龍村鎮(zhèn)吉祥村入境稱南琴江，經(jīng)龍村、梅林鎮(zhèn)，于梅林鎮(zhèn)琴口流入北琴江，其河床平均比降為1.10%.尖山站位于梅江上游的五華縣梅林鎮(zhèn)尖山村，集水面積為1 578 km2。

1.1 設(shè)站目的

尖山站設(shè)立于1958-06，是為收集梅江上游區(qū)域的水文資料并對其進(jìn)行水質(zhì)監(jiān)測和防洪預(yù)報而設(shè)立的，屬于區(qū)域代表站，為二類精度水文站。觀測項目主要有水位、流量、泥沙、降水量和水質(zhì)等。

1.2 測驗河段情況

測驗河段上、下游較順直，長度大約為500 m，斷面下游200 m處河道向右彎曲。河流在中、高水位時無漫灘，但當(dāng)水位高出20 m時，右岸斷面上游尖山村的山坳會有水面寬度約為30 m的分流。低水位時，測驗河段會露出沙灘，并有可能會出現(xiàn)串溝、斜流、橫比降等現(xiàn)象。測流斷面上游150 m處有一座公路橋，橋長200 m，寬8 m。測驗河段的河床較為穩(wěn)定，從近8年來斷面的平均河底高程記錄來看，河底的高程變化不大，年際變化只有0.2 m左右。該站基本水尺斷面與測流斷面為同一斷面，主流偏于左岸，流向與斷面垂直。

1.3 測站控制條件

尖山站位于梅江上游，屬于河槽控制。測驗河段比較順直，河床為沙質(zhì)河床，且較穩(wěn)定。兩岸生長著稀少的雜草和小灌木。河流在中、高水位時無漫灘。

2 懸移質(zhì)輸沙率測驗方式的基本原理

河流懸移質(zhì)泥沙測驗的相關(guān)規(guī)范性文件中明確指出：在采用不同的懸移質(zhì)輸沙率測驗方法測驗河流某一流域斷面的平均含沙量時，測驗方法必須符合流量加權(quán)的相關(guān)原理和滿足測驗數(shù)據(jù)精度的相關(guān)要求。相關(guān)規(guī)范規(guī)定這些基本要求的原因主要可以歸納為以下兩個方面：①時段輸沙量的測驗要求輸沙率的測驗方法與流域斷面平均含沙量的測驗原理相吻合；②大量的實踐表明，要想在懸移質(zhì)輸沙率測驗過程中得出與斷面輸沙率相對應(yīng)的斷面平均含沙量，就必須選擇向量加權(quán)法作為整個懸移質(zhì)輸沙率測驗方法中的基本運算方式。

3 斷面平均含沙量計算數(shù)學(xué)模型

計算斷面平均含沙量的數(shù)學(xué)模型是根據(jù)測站特性、精度要求和設(shè)備條件等情況確定的。無論采用哪種懸移質(zhì)輸沙率測驗方法來測定斷面平均含沙量，都必須符合部分流量加權(quán)原理和精度要求。計算斷面平均含沙量的基本公式為：

斷面平均含沙量的測定可以根據(jù)公式（1）的原理設(shè)計出各種簡化的取樣方法，簡化后的方法都用公式（1）進(jìn)行原理性檢驗，不符合的則不能作為斷沙的測驗方法。

目前水文站采用的懸移質(zhì)輸沙率測驗方法主要是垂線混合法，即在水文斷面上布設(shè)一定數(shù)目的垂線，在每條垂線的相對水深位置處采取一定容積的水樣，并按比例混合。其實測含沙量的計算公式為：

使用垂線混合法測得的含沙量為垂線平均含沙量。斷面輸沙率的計算公式為：

4 資料來源及統(tǒng)計

據(jù)1994—2013輸沙率的實測記錄，大單樣含沙量為18 kg/m3（時間：2013-08-17 T 16：00），相應(yīng)水位為19.78 m；實測最小單樣含沙量為0.346 kg/m3（時間：2010-06-16 T 7：25），相應(yīng)水位為11.98 m。實測最大斷面平均含沙量為4.16 kg/m3（時間：2013-08-17 T 16：00），相應(yīng)水位為19.7 m；實測最小斷面平均含沙量為0.349 kg/m3（時間：2010-06-16 T 7：25），相應(yīng)水位為11.98 m。

5 分析計算

尖山站1994—2013的單斷沙關(guān)系圖為45°角的單一線。單斷沙換算關(guān)系式為CS=CS，即比例系數(shù)K=1。將1994—2013年的實測單斷沙數(shù)據(jù)繪制成圖，并且進(jìn)行適線、符號和偏離數(shù)值的檢驗和標(biāo)準(zhǔn)差計算。尖山站單斷沙關(guān)系圖如圖1所示。

圖1 尖山站單斷沙關(guān)系圖

單斷沙關(guān)系測點標(biāo)準(zhǔn)差為1.9%，隨機(jī)誤差為3.8%，小于規(guī)定的20%，達(dá)到了規(guī)范規(guī)定的精度要求。系統(tǒng)誤差為-0.14%，小于規(guī)定的±3%，也達(dá)到規(guī)范規(guī)定的精度要求。

上述三種方法對單斷沙關(guān)系曲線的檢驗均達(dá)到了規(guī)范要求，且符合河流懸移質(zhì)泥沙測驗規(guī)范中關(guān)于懸移質(zhì)輸沙率和顆粒級配間測分析的規(guī)定。對尖山站輸沙率的測驗可以在含沙量小于4.18 kg/m3的情況下進(jìn)行間測，間測期間，繼續(xù)測驗單樣含沙量，并且用單沙代替斷沙進(jìn)行輸沙率計算。

6 結(jié)束語

在懸移質(zhì)泥沙測驗中，要準(zhǔn)確地了解河道的各項特征，認(rèn)真分析河流泥沙量的歷史資料，掌握河流泥沙變化的規(guī)律。此外，還要進(jìn)一步了解測驗斷面泥沙縱橫向的分布情況，了解不同雨勢下河流產(chǎn)生的洪峰，以掌握泥沙測驗的最好時機(jī)。在實際測驗中，要不斷認(rèn)識泥沙運行的規(guī)律，并制訂出新的測沙方案；選擇好的單沙位置建立穩(wěn)定的單斷沙關(guān)系，經(jīng)過水文計算，推算出過去和將來的河流含沙量，為水利的控制提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)參考。

參考文獻(xiàn)

[1]吳世勇.懸移質(zhì)輸沙和流量異步測驗在枝城站的應(yīng)用[J].人民長江，2007（11）.

[2]丁赟.懸移質(zhì)不平衡輸沙模型的特征[J].河海大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2011（05）.

〔編輯：王霞〕endprint