陆屋水文站悬移质输沙率间测分析

肖大远，邓建明

（广西沿海水文中心钦北区水文中心站，广西 钦州 535000；2.广西沿海水文中心 广西 钦州 535000）

1 陆屋站以上流域基本情况

钦江是于广西沿海诸河之一，地处亚热带，植被丰富，盛行热带气旋。陆屋水文站位于广西沿海钦江的中游，1953年设站，集水面积1400 km2，控制河长98.0 km，年均径深1000 mm，属二类精度站；断面比较稳定，无水生植物生长，主流摆动不大，测验河段顺直。基本断面上游约500 m处是旧州河汇入干流的汇入口，干流上游约700 m 处建有闸坝一座，2005年在闸坝右岸加建水轮机发电站。该发电站是目前钦江唯一的流量和含沙量控制站。陆屋站以上较大的支流有烟墩河、那隆河、旧州河、大平河等，上游68 km处有灵东水库，水库控制流域面积为145 km2。

2 泥沙测验概况

陆屋水文站1954年起开展流量测验项目，1956年起开展悬移质输沙率和含沙量测验项目，基本测流断面与输沙测量断面重合。输沙率与流量同步测验。1956-1966年因新设站原因，平均每年输沙采样测验次数多达42次，垂线取样方法为横式选点法和瓶式积深法混合使用，测次分布、测点垂线分布比较随意，经精简分析，1967-1974年及1976年停止断沙测验，1975年后，断面输沙测验取样位置固定分布在起点距为 15.0、20.0、25.0、35.0、45.0、55.0、65.0 m 处，单样含沙量取样位置固定在20.0，45.0 m，取样采用瓶式采样器双程积深法施测。同时每年的断面输沙采样测验也减少到10次左右，1990年以后每年断面输沙采样测验次数不少于7次。

相应单沙测验与输沙率测验取样方法一致，一般在开始和结束输沙取样时各取样一次，沙样处理为烘干法，用1/10 000 光学天平和电子分析天平称量干沙重。单样含沙量的测验视断面含沙量大小而定，汛期（4～9月）每日8：00取单沙一次，非汛期一般2～5 d 取样一次，洪水期相应增加测次，以能控制住断面来沙变化为准。

采用积深法测定垂线平均含沙量，并用流速面积法测流时，断面输沙率及断面平均含沙量分别下列公式计算：

式中：Qs为断面输沙率kg/s；Csm1，Csm2……Csmn为各取样垂线的垂线平均含沙量，kg/m3；q1、q2……qn为以取样垂线分界的部分流量，m3/s；为断面平均含沙量，kg/m3；Q为断面流量，m3/s。

3 输沙率间测分析

3.1 资料的选用

陆屋水文站从1956年开始测单、断沙，1956-1966年输沙资料没有经过精简分析，垂线取样方法为横式选点法和瓶式积深法混合使用，根据水流实际情况确定测点位置，1967-1974年及1976年只测单沙，停测断沙，1975-2012年采样方式为瓶式采样器积深，至2012年底止，实有输沙成果资料系列49年。考虑到资料的连续性和一致性，选取1977-2012年共36年共298份实测资料作为间测分析资料。

3.2 输沙率间测可行性分析

《河流悬移质泥沙测验规范》（GB/T50159-2015）（以下简称《规范》）第8.1.4条规定：二、三类站当有5-10年以上的资料证明，实测断面平均含沙量变幅占历年变幅的70%以上，水位变幅占历年水位变幅的80%以上时，可实行间测。

陆屋站实测历史最大断面平均含沙量为1981年5月11日出现的3.36 kg/m3，实测最小断面平均含沙量为1956年12月25日出现的0.001 kg/m3。选用资料系列年限期内最大断面平均含沙量为3.36 kg/m3，最小断面平均含沙量为0.026 kg/m3。实测最大输沙率相应的单样含沙量变幅占历年单样含沙量变幅的93%，达到了70%以上的要求。

陆屋站实测历史最高水位和最低水位分别为32.01、19.50 m（85 基面，以下水位均采用85 基面），选用资料系列年限期内最高水位和最低水位分别为29.75、19.52 m。实测最大输沙率相应的水位占历年水位变幅的81.7%，符合规范规定的水位变幅达到80%以上的要求。

经分析可知，陆屋站满足实行间测的条件，可进行间测输沙率分析。

3.3 悬移质输沙率间测分析

3.3.1 单断沙关系

根据《规范》第8.2.4 条有关规定，将1977-2012年36年间的298份实测输沙率资料，按含沙量级数分成40个组，分组计算断面平均含沙量的均值和相应单位含沙量的均值，计算结果见表1，用各组平均值绘制，绘制单断沙关系相关图（见图1）。从图1中可以看出，单断沙关系为直线，相关系数R2=0.9 996，说明相关非常好，综合单断沙关系换算系数K（直线斜率）为1.0 005，与算术平均法求得的综合单断沙关系换算系数1.00基本相同。故采用1.00作综合单断沙关系换算系数，即为一条通过原点斜率为1.00 的直线（45°角）。曲线最大相应单沙为3.36 kg/m3，历年实测最大单沙为3.41 kg/m3，曲线向上延长1.49%，符合允许延长范围。40个单断沙关系点均分布在20%外包线内。

表1 陆屋水文站实测输沙率

图1 陆屋水文站单断沙关系综合曲线

3.3.2 曲线精度检验

对历年综合40 个关系点子的3 个曲线检验历年曲线定线精度，检验结果见表2，结果达到《规范》规定的精度要求，可认为定线正确。

表2 曲线精度检验结果

3.3.3 单断沙关系换算系数误差分析

《规范》第8.2.4条规定，将各年单断沙关系线点绘于历年综合单断沙关系曲线图上，当各年关系线偏离综合线的最大值在±5%以内时，可实行间测。陆屋站1977-2012年在水文资料整编中所采用的单断沙关系换算系数统计见表3。从表3 可以看出，1977-2012年各年泥沙资料整编所采用的单断沙关系换算系数，与历年资料综合率定的单断沙关系换算系数1.00 相比，最大相对误差为-4.0%，满足《规范》要求（≤±5%）。

表3 陆屋站单断沙关系换算系数误差分析

序号 年份 整编换算系数 综合换算系数 相对误差/%19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 0.96 0.98 0.98 0.99 1.00 1.02 1.00 0.98 0.98 1.00 1.01 1.02 0.98 1.01 1.00 1.00 1.01 1.01 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00-4.0-2.0-2.0-1.0 0.0 2.0 0-2.0-2.0 0 1.0 2.0-2.0 1.0 0 0 1.0 1.0

4 结语

综上所述，陆屋站满足《规范》要求的输沙率间测规定，完全能够实行悬移质输沙率间测，间测期间可只测单位含沙量，并可以用综合率定的单断沙关系换算系数1.00 进行泥沙资料整编。笔者提出如下建议：

（1）今后该站的悬移质输沙率测验布置为停3年施测1年，以达到减轻水文测验工作，减少水文经费投入的目的。

（2）停测年份用历年综合线整编资料，单断沙关系换算系数为1.00。

（3）停测年份，当出现29.00 m以上高水水位或当断面发生较大冲淤变化，单样位置处在不稳定期时，应及时恢复输沙率测验。施测频次应根据水情、沙情布置且不少于12次/年（目前该站任务书规定每年输沙采样不得少于7次），并及时检验单样位置的稳定情况。

（4）当水利工程措施等人类活动显著影响导致断面来沙量发生明显变化时，应及时恢复输沙率测验。

（5）在泥沙采样以及处理过程中，应严格按有关规范操作，以保证资料成果的准确性。