桃江（二）水文站泥沙单断关系分析

（益阳水文水资源勘测局益阳市413002）

桃江（二）水文站泥沙单断关系分析

沈根孙 何江元

（益阳水文水资源勘测局益阳市413002）

桃江（二）水文站为资水干流控制站，水文测验任务繁重，特别是泥沙测验任务大，文章根据《河流悬移质泥沙测验规范》(GB50159-92)的要求，推求桃江（二）水文站的单沙和断沙关系，并进行关系线检验和误差、精度分析，同时对桃江（二）水文站泥沙特征值进行精度检验分析，为桃江（二）站水文的泥沙间测方案提供技术支持。

泥沙单断关系相关系数误差精度

1 基本情况

1.1 桃江（二）水文站概况

桃江水文站于1941年6月9日设立，1944年2月停测，1947年9月恢复，1949年5月停测，1951年1月1日恢复至今。2003年下半年经国家防总和省水利厅及湖南省水文局批准，将桃江水文站测验断面下迁3.2km，更名为桃江（二）水文站。桃江（二）水文站于2003年11月动工兴建，2005年1月1日正式开始降水、水位、流量、泥沙、水温、蒸发和蒸发辅助项目等项目测验至今。

桃江（二）水文站，位于桃江县桃花江镇园艺场，东经112°07′，北纬28°32′，集水面积26748km2。桃江（二）水文站泥沙测验项目为一类站，实际开展泥沙测验采用二类站标准施测。

1.2 资料系列

（1）泥沙资料。桃江（二）水文站单沙的取样位置在起点距235.0m，用横式采样器采样，取样方法为“固定一线两点混合”。洪水过程取样主要控制其转折变化，能够推算日平均输沙率为原则，全年输沙测次一般不少于15次。

桃江（二）水文站于2005年开始泥沙测验，至2014年共有10年泥沙资料。2005～2014年共有171次输沙测验，测次最多为2005年，输沙测次32次；测次最少为2009年和2011年，输沙测次均为10次。桃江（二）水文站输沙测验情况见表1。

表1 桃江(二)水文站输沙测验情况表

（2）单断沙关系系数。在2005～2014年共10年的泥沙资料系列中，单断沙关系系数最大是2010年为1.005，最小是2008年为0.998；有2005年、2006年、2007年、2009年、2012年、2014年共6年的单断沙关系系数为1.000，说明桃江（二）水文站单断沙关系稳定良好。桃江（二）水文站各年单断沙关系系数见表2。

表2 桃江(二)水文站各年单断沙关系系数情况表

（3）年输沙总量。在2005～2014年共10年的泥沙资料系列中，最大年输沙量87.0×104t，发生年份2005年；最小年输沙量2.47×104t，发生年份2009年。桃江（二）水文站年输沙总量情况见表3。

表3 桃江(二)水文站年输沙总量情况表万t

2 历年综合单断关系分析

2.1 泥沙分级

根据规范要求，将历年断面含沙量和相应单样含沙量实测成果，按沙量级分成若干个组，用各组平均值绘制历年综合单断沙关系线。2005～2014年共有171次输沙测验，根据断沙数据由小到大排列，进行分级，共分为22个等级，分级情况见下表4。

表4 桃江(二)水文站泥沙分级表kg/m3

2.2 相关关系分析

根据桃江（二）水文站单沙和断沙2005年和2014年共22组分级数据，计算其相关系数，相关系数计算公式如下：

式中ρ——相关系数；

W单——单沙（kg/m3）；

W断——断沙（kg/m3）。经计算，桃江（二）水文站单断沙的相关系数为0.9973，具有良好的线性关系。

2.3 历年综合单断关系线确定

将22个分级的平均断沙和平均单沙点绘在图上，绘制一条直线。理论上，单断沙关系线是过原点的直线，确定单断沙关系系数为1.001，如附图所示。

附图桃江(二)水文站单断沙关系图

3 单断关系检验及误差精度分析

3.1 单断关系检验

根据规范要求，单断沙关系配线需经过三线检验（符号检验、适线检验、偏离系数检验）和定线精度分析。关系线检验和定线精度计算采用南方片资料整编程序计算，结果如表5。

表5 桃江(二)水文站单断沙关系检验成果表

从表5可以看出，桃江（二）水文站历年综合单断沙关系配线通过了三线检验，并且标准差为3.5%，随机不确定度为7.0%，系统误差为-0.7%，定线满足规范要求。

3.2 历年综合单断关系与各年单断关系误差分析

在2005～2014年共10年的泥沙资料系列中，单断关系系数最大是2010年为1.005，最小是2008年为0.998。

由上式可分别计算各年关系线偏离综合线相对误差，见表6。

从表6可知，各年关系线偏离综合线相对误差的最大值为0.40%，小于5%，历年单断沙关系综合线满足规范要求，桃江（二）水文站泥沙资料可以采用历年单断沙关系进行整编。

表6 各年关系线偏离综合线误差表

4 年输沙总量误差和精度分析

利用综合关系线，对2005～2014年共10年的泥沙资料进行整编，分析年输沙总量的综合线整编成果和原整编成果误差，三线检验和误差分析均符合规范要求，相对偏差最大为-0.7%，成果见表7。

表7 桃江(二)水文站历年综合单断沙关系整编和各年原整编成果检验表

5 基本结论

（1）桃江（二）水文站2005～2014年共有10年泥沙资料，且泥沙测验为二类站，满足进行泥沙监测方案分析的前提条件。

（2）桃江（二）水文站历年综合单断关系配线通过了三线检验，单断关系系数为1.001，并且标准差= 3.5%，随机不确定度=7.0%，系统误差=-0.7%，最大相对偏差=-9.82%，定线满足规范要求。

（3）桃江（二）水文站各年关系线偏离综合线相对误差的最大值为0.40%，小于5%，说明桃江（二）站泥沙资料可利用历年单断沙关系线整编。测验可实施间测方案。

（4）桃江（二）水文站用历年综合线推求各年的年输沙总量，相对偏差最大为-0.7%，泥沙可以实施间测方案。

2017-03-21）

沈根孙（1974-），男，江西新干人，大学本科，高级工程师，长期从事水文基础测验、水文情报预报、水文分析研究和水资源开发利用保护等工作，手机：15073720728。