红旗(二)水文站单断沙关系分析

(四川省眉山水文水资源勘测局，四川 眉山，620020)

1 基本情况

1.1 测站基本情况

红旗(二)水文站位于四川省乐山市峨边彝族自治县，东经103°09′，北纬29°12′，河名官料河，省级重要站，流量测验精度2类、单沙测验精度2类。基本断面以上集水面积1321km2，域内河长78.3km，距河口9.5km，河道平均比降为8.42‰。测验项目为水位、流量、悬移质单样含沙量、降雨量、蒸发量观测等。

1.2 流域特征

官料河系大渡河下游右侧一级支流，发源于阿米都洛峰-椅子垭口，发源地高程3541m。流域呈纺锤形，南北长约70km，东西宽约20km，流域面积1368km2，全部位于峨边彝族自治县境内。官料河全长92.0km，平均比降8.42‰。

1.3 断面特征

测验河段位于铁索桥上游，河段顺直长约200m，利用河长150m，下游约100m处为急滩，再下游100m为急滩弯道，最大宽约80m，河床为砂砾卵石组成，坡陡流急浪大乱石多，大洪水时有局部冲淤变化，河床糙率大。右岸基上60m有山洪串沟汇入，基下约50m有铁索桥护岸(右)突出，中低水有局部回流。单式河槽、断面呈“U”型，两岸岩石台地有泥土覆盖可耕作。

官料河两岸山高峡窄，坡陡流急，堆石林立，乱石分布很广，基岩出露，河岸稳定，河床为砾石组成，糙率大，洪水时有冲於变化，从历年大断面综合图分析，冲於互有补偿，变化达0.7m左右，但对水位-流量关系的变化无影响。每年大断面测量5～6次，大洪水后均进行施测，掌握断面面积的变化情况(见图1)。

图1 红旗(二)站历年综合大断面

1.4 水文特性

1.4.1 降雨特性

流域内降雨随着海拔高低而分布不均。历年平均降雨量低山河谷区为831.9mm，中山区为1000mm左右，高山区为1000mm至1500mm，海拔在2250m以上的原始森林区为1500mm至2000mm。降雨量在空间上分配不均，从东北方向至西南方向递减，年度变化在16%到23%左右，例如东部的五渡镇龚嘴地带，年均降雨量为1275.5mm，而在西南部的勒乌乡地区，年均降雨量则为725.5mm，并形成冬干、春旱、夏洪、秋涝的气象特点。

1.4.2 水沙特性

红旗(二)水文站流域内水沙与降雨基本一致，且具有量大、峰高的特点。单次洪水一般历时1至3天，洪水主要由大量降雨形成，多发生在七月、八月份，有时候也会发生在六月、九月份。洪峰多由多个峰叠加所形成，水位变幅较大，洪水过程具有陡涨缓落的特性，由于洪水过程中涨水比较频繁，以及易受降雨影响导致复式峰较多，红旗(二)水文站在洪水过程中的水位多成锯齿形。历年最低水位为637.62m，出现在1988年3月5日，历年最小单样含沙量为11.7kg/m3，出现在2011年10月29日，历年最高水位为642.99m，出现在2010年7月17日，历年最大单样含沙量为83.9kg/m3，出现在1987年8月26日。

2 测验方法

红旗(二)水文站泥沙测验按照《河流悬移质泥沙测验规范》(GB/T 50159-2015)的各项技术规定执行；按《测站任务书》要求，以能控制含沙量的变化过程，满足推算逐日平均含沙量、输沙率及特征值的需要为原则。一般采用积深法取样，积深法取样时要计算出取样垂线水深，含沙量或水位变化较大的沙峰过程，在含沙量变化的转折处以及沙峰峰顶都要适当增加相应的测次。汛期(5-10月)每日上午8时取样一次，非汛期(1-4月、11-12月)含沙量变化平缓时每周(7d)取样一次。

输沙主要布置在各场洪水涨落过程中，以满足单沙～断沙关系整编定线为原则。输沙采用等历时等面积全断面混合法取样，取样位置根据断面变化每1a～2a分析一次。每年在高、中、低不同的水位级(适当考虑沙量级)施测。测验采用瓶式采样器，水样处理采用分垂线混合处理。每年输沙测验应不少于15次，在输沙测验的开始与结束时应各取一次单沙取平均值做为平均单沙。

红旗(二)水文站断面平均含沙量通过点绘单沙～断沙的相关关系图得出相关系数，再通过相关系数进行推求，红旗(二)水文站全年泥沙测验基本能反应当年含沙量的变化过程。从红旗(二)水文站历年单沙～断沙的相关关系图来看，红旗(二)水文站每年单沙～断沙关系线均呈直线，斜率在0.91～1.00之间。

3 单断沙关系分析

3.1 分析方法及依据

单沙～断沙关系的计算和分析，主要根据《河流悬移质泥沙测验规范》(GB/T 50159-2015)要求进行。本次分析采用红旗(二)水文站2011-2015年共80次实测输沙率资料分析单沙～断沙关系，资料具有一定的可靠性、代表性。

3.2 单样含沙量资料分析

将2011-2015年共80份单断沙资料统计列表，进行单沙～断沙比列系数计算，经分析：单样含沙量测验能使单沙～断沙关系的比列系数在0.91～1.0之间的共有79份，其中2015年15号因起点距定位、测深定位等测验误差，误差超过3倍标准差，不参加检验。输沙占分析资料的98.8%，符合规范要求。各年单沙～断沙比例系数分析见表1。

表1 各年单沙～断沙比列系数分析

3.3.2 历年综合单沙～断沙关系分析

通过分析红旗(二)水文站2011-2015年资料点绘历年的综合单沙～断沙关系线，按照《水文资料整编规范》(SL 247-2012)要求对单沙～断沙关系线进行3种检验以及标准差统计计算。其中2011年8号、2011年13号、2011年15号、2012年15号、2013年07号、2014年05号共6个测次因起点距定位、测深定位等测验误差，误差超过3倍标准差，不参加检验。通过计算，各项检验结果均符合要求，能满足2类泥沙站定线精度要求，可用于资料整编。红旗(二)水文站历年综合单沙～断沙关系线见图2。将红旗(二)水文站历年单沙～断沙关系的比列系数进行分析，合格率达92.5%(见表2)，符合要求。

图2 红旗(二)历年综合单断沙关系线

表2 历年单沙～断沙关系的比列系数分析

根据《水文巡测规范》(SL 195-2015)4.2.5章节中规定，《河流悬移质泥沙测验规范》(GB/T 50159-2015)第8.2.4章节要求，对红旗(二)水文站2011-2015年单沙～断沙关系线与历年综合单沙～断沙关系线进行偏离分析，最大偏离相对误差4.81%，符合规范要求的各年单沙～断沙关系线与历年综合单沙～断沙关系线最大偏离均小于5%的要求。见图3。

图3 红旗(二)站各年、历年单断沙关系

综上所述，本次分析出的单沙～断沙关系系数采用红旗(二)水文站历年综合关系线的系数0.956。

4 结论

通过对红旗(二)水文站2011-2015年单沙～断沙关系线进行相关分析，该站单沙～断沙关系稳定性较好，也具有一定的代表性，悬移质输沙率测验能符合《河流悬移质泥沙测验规范》(GB/T 50159-2015)要求实行间测。悬移质输沙率测验停5年测1年，在间测期间可只测单位含沙量，断面平均含沙量用单位含沙量乘以相关系数0.956进行推求。一旦取样仪器、位置、方法或者河道的断面特性发生变化，应恢复输沙率测验。