橋頭水文站單樣位置分析

哈春光

【摘要】通過對(duì)橋頭水文站4年（2012～2015年）輸沙率觀測(cè)資料進(jìn)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(jí)沙量變化，并進(jìn)行了誤差評(píng)定，為及時(shí)搶測(cè)沙峰，提高斷面平均含沙量及輸沙率的測(cè)驗(yàn)精度提供依據(jù)。

【關(guān)鍵詞】橋頭水文站；單樣位置；分析

1、基本情況

1.1測(cè)站概況

橋頭水文站地處黃河流域湟水水系左岸一級(jí)支流北川河上，位于青海省大通縣橋頭鎮(zhèn)，地理坐標(biāo)位于東經(jīng)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(qū)域代表站，屬國(guó)家重要水文站、中央報(bào)汛站。二類流量泥沙測(cè)驗(yàn)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(jí)支流，黃河二級(jí)支流，發(fā)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(qū)，其上有3條支流，分別為寶庫(kù)河、黑林河和東峽河，三河匯合后為北川河。

1.3測(cè)驗(yàn)斷面情況

測(cè)驗(yàn)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(jìn)水閘及攔水壩，大洪水時(shí)對(duì)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(jù)

2.1資料來源

選取了橋頭水文站2012～2015年共46次實(shí)測(cè)輸沙測(cè)驗(yàn)資料進(jìn)行整理，最后選取32次最具代表性的實(shí)測(cè)資料進(jìn)行分析。

2.2分析依據(jù)

根據(jù)《河流懸移質(zhì)泥沙測(cè)驗(yàn)規(guī)范》（GB50159—92）單沙取樣位置的分析規(guī)定：

第7.6.1條采用單斷沙關(guān)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(jìn)行單樣取樣位置的分析。

第7.6.2條斷面比較穩(wěn)定，主流擺動(dòng)不大的站，應(yīng)選擇幾次能代表各級(jí)水位、各級(jí)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(guān)系曲線，進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，二、三類站相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差不應(yīng)大于10%。

第7.1.1條中公式：Cs=Ws/V進(jìn)行計(jì)算。

式中Ws—水樣干沙重（kg）

V—水樣容重（m3）

Cs—測(cè)點(diǎn)含沙量（kg/m3）

由于受測(cè)驗(yàn)條件的約束，無法采用多點(diǎn)法測(cè)沙，因此表中各條垂線平均含沙量均采用0.6一點(diǎn)法測(cè)得的測(cè)點(diǎn)含沙量直接代替。斷面平均含沙量由如下公式計(jì)算得出：

Cs=QS/Q

而斷面輸沙率采用流量加權(quán)法公式進(jìn)行計(jì)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(yīng)根據(jù)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(biāo)準(zhǔn)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(wěn)定，若該比值接近于1的垂線或區(qū)間則是最理想的單沙垂線取樣位置。

表中數(shù)據(jù)根據(jù)以下公式計(jì)算

K=CSm/`CS

式中K—系數(shù)

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(diǎn)距為橫坐標(biāo)，Csm/`Cs系數(shù)為縱坐標(biāo)，點(diǎn)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(guān)性分析

按照實(shí)測(cè)到的32份輸沙率資料，繪制起點(diǎn)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(guān)圖，見圖2～圖4。

通過以上相關(guān)法分析，其斷面起點(diǎn)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(guān)系均良好。

3.3斷沙關(guān)系曲線分析及檢驗(yàn)

以起點(diǎn)距15.0m處單沙平均值代表單樣含沙量為縱坐標(biāo)，以斷面平均含沙量為橫坐標(biāo)，點(diǎn)繪單斷沙關(guān)系圖，得出一條經(jīng)過原點(diǎn)、通過點(diǎn)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(chǔ)算得線上斷面平均含沙量，由南方片整匯編軟件對(duì)單斷沙關(guān)系曲線進(jìn)行三線檢驗(yàn)得到，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差為2.3%，隨機(jī)不確度為4.6%，系統(tǒng)誤差為-0.3，且符號(hào)檢驗(yàn)、適線檢驗(yàn)、偏離數(shù)值檢驗(yàn)等三種檢驗(yàn)均合格

由單沙～斷沙關(guān)系曲線檢驗(yàn)計(jì)算表看出，對(duì)此單斷沙關(guān)系曲線三種檢驗(yàn)均合格。各項(xiàng)指標(biāo)均滿足SL247—1999《水文資料整編規(guī)范》2.3.4條2.4.1.5條之技術(shù)規(guī)定。這充分說明橋頭（五）站泥沙測(cè)驗(yàn)中，在起點(diǎn)距15.0m處取樣取其值作為單樣含沙量建立單—斷沙關(guān)系是最具代表性的。

4、分析結(jié)論

由橋頭（五）水文站實(shí)測(cè)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(xiàn)：

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

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