水流含沙量与其他水文要素相关关系探讨

陈德明

（长江下游水文水资源勘测局，南京 210011）

1 资料收集

（1）气象观测：观测站址为头门岛附近，建立了一个临时气象观测站，观测的主要内容有风速、气压、温度、湿度、降雨、雷暴及雾况。

（2）潮位观测：头门岛水域，观测连续潮位。

（3）波浪观测：局波型、波高、周期与相应的波向、波谱。

（4）在码头位置布置一条垂线，采用人工取样。自2009年8月17日至10月21日，每天7∶00、12∶00、16∶00进行含沙量取样分析。每次采集层次为三层，即为垂线实测水深的表层（距水面0．5m）、0．6水深、底层（距水底0．5 m），每层水样容积都为1 000ml。

介于该海域为台风多发季节，在资料收集过程中，发生过台风，在大风天后加密取样观测，即10月8日和9日增加10∶00和14∶00取样。

在取样点位置距底层1m位置放置OBS，进行同步泥沙连续观测，自2009年8月17日至11月7日，每小时自动采集数据一次。

2 资料处理及分析

2．1 含沙量及其他要素影响分析

含沙量分析采用烘干称重法，量积误差不超过5‰，称重采用万分之一。

含沙量水样是用自然沉淀法使其浓缩，没有任何凝聚剂来加速沉淀。澄清的程度，决定极细的颗粒绝大部分沉淀到底部，抽出之清水中所含泥沙重量小于总沙重的2%，即认为沉淀的时间已经够了。根据规范要求，水样至少沉淀5天以上。主要步骤：（1）烘干滤纸并称重标定；（2）量水样容积；（3）沉淀浓缩水样；（4）过滤洗盐（5次以上）；（5）洗盐后的滤纸烘干（100～110℃）、冷却；（6）称纸沙重；（7）计算含沙量、编制成果表和绘制相关图表。

烘干后的沙样，应及时移入干燥器中冷却至室温称重，并用下式计算各测点水样的含沙量：

式中，Cs—某水样的含沙量（kg／m3）；W2—纸沙重（g）；W1—纸重（g）；Vs—水样体积（mL）。

垂线平均含沙量采用测点的算术平均来计算。

2．1．1 与潮位、气象、波浪的对应分析

（1）与潮位潮型对应关系。

根据定点含沙量观测成果和潮位站的潮位观测成果，绘制的过程线见图1和图2。

图1 2009年8月17日至9月17日各层含沙量及潮位变化过程线

图2 2009年9月18日至10月21日各层含沙量及潮位变化过程线

从2009年8月17日至10月21日人工垂线取样的各层含沙量及潮位变化过程线中，可以看出含沙量大小与潮位大小有关，即潮位在大潮时含沙量则大。泥沙主要来自椒江及台州湾沿岸滩涂。

对定点含沙量观测数据分潮型对其进行统计，各潮型均按3天统计，具体的统计结果见表1。

表1 垂线测点含沙量特征值统计表

根据定点含沙量观测成果及头门气象站的2小时平均风速观测成果，绘制的过程线见图3和图4。

从图中可以看出：大含沙量均发生在大风天及大风天后，风浪大对含沙量也有影响，如10月6日至10月10日，受当年第17号强台风“芭玛”和18号强台风“茉莉”的双重影响，头门岛海域有9～10级偏北大风，故含沙量测到最大值1．442kg／m3。

图3 2009年8月17日至9月17日各层含沙量及风速变化过程线

图4 2009年9月18日至10月21日各层含沙量及风速变化过程线

（3）与波浪的对应分析。

根据定点含沙量观测成果及头门南侧B2波浪的H1／10波高成果，绘制的过程线见图5和图6。

从图中可以看出，大含沙量均发生在波高较大的时期，如10月7日至9日、9月5日至7日、9月18日至20日等，这也与该段时间风速较大有关。

图5 2009年8月17日至9月17日各层含沙量及波浪变化过程线

从表1可以看出，含沙量的最大值一般均发生在大潮期间，最小值一般发生在小潮期间。

（2）与风速的对应分析。

图6 2009年9月18日至10月21日各层含沙量及波浪变化过程线

2．2 OBS数据整理与分析

2．2．1 OBS采集数据

OBS进行同步泥沙连续观测，将OBS安放在人工取样位置距海底1m处，设定为每小时采集数据一次，观测时间为8月17日至11月7日。中间共取出读取数据4段次，分别为：8月17日至8月20日、8月20日至9月16日、9月16日至10月15日、10月15日至11月7日。具体的观测成果见表2。

表2 OBS采集与人工取样成果表

2．2．2 OBS采集与人工取样成果

在OBS采集与人工取样过程线中，OBS采集的数据与人工取样观测的数据相对关系基本一致，见图7。

图7 OBS采集与人工取样过程线

2．2．3 关系率定

（1）OBS采集与人工取样相关。

应用表2的成果建立两者的相关关系，求得相关曲线如图8，相关系数为：R2＝0．9247，说明OBS每小时连续采集的数据，具有一定的可靠性和代表性。相关公式为：

图8 OBS采集与人工取样曲线

式中，y为含沙量（kg／m3）；x为OBS采集数据（NTU）。

（2）OBS数据转换为含沙量。

利用公式y＝9E－05x－2．8215，将OBS采集数据转换为含沙量供分析参考，具体的成果见表1。

由表1数据可知，转换的含沙量平均为0．281 kg／m3，最小为0．092kg／m3，因海生物或其他原因等影响采集的最大浊度为65535，因而最大值不具代表性。

3 总 结

（1）本项目人工含沙量观测为2009年8月15日至10月21日，共202次计606点；OBS观测时间为2009年8月17日至11月7日，计1977时次。

（2）人工含沙量观测中，最大含沙量为1．442 kg／m3，发生10月8日12点的底层（茉莉台风影响），最小含沙量为0．006kg／m3，发生9月1日7点的表层，表、中、底三层的平均含沙量为：0．086kg／m3、0．103kg／m3、0．137kg／m3。

（3）OBS含沙量过程与人工观测过程基本相似，但因海生物附着等影响会出现个别拟合值偏大现象，数据可供分析研究参考。

（4）人工取样分析与OBS自动测沙之间有较强的关联，在不同的区域可能有不同的对应关系，这需要进行率定。