南宽坪水文站悬移质输沙率单值化分析

卢 炜

（陕西省商洛水文水资源勘测局，陕西 商洛 726000）

0 引言

水文勘测是国民经济建设中，水资源开发利用的前端工作，是对水资源水量、输沙量等全面开展监测研究，面对经济社会日益发展，水文工作也面临相应的机遇与挑战，需要开展更多新的项目监测，如：水质、旱情等新的监测项目，传统项目已不能满足人们对水资源的需求，在人员、经费不变的基础上增加新的监测项目，就必须对现有的测验项目进行精简分析，在保证质量不降的情况下，采用间测、巡测的方式开展水文测验。本次主要针对南宽坪水文站输沙率测验进行分析，通过单沙代替断沙的测验方式，减少工作量，以便腾出人力物力开展新的测验项目，满足经济社会发展需求。

1 流域概况

1）基本情况

南宽坪站建于1959年1月，控制面积3936平方公里，河流245.7公里，河流平均比降5.9‰，距河口96.7公里。金钱河是汉江一级支流。属国家重要站，水位、流量属二类站，泥沙测验精度为三类水文站。观测项目有水位、流量、泥沙、泥颗、降水量、蒸发、水质等。积累水文资料57站年。

金钱河是汉江一级支流，发源于陕西省商洛市柞水县境内的秦岭南麓东段，由西南向东北流经柞水、山阳，在湖北郧西县的夹河汇入汉江，全长245.7 km，境内河道平均比降5.9‰，东以鹊岭为界，西以小岭为界，流域内近年植被较好，气候四季分明，具有显著的气候特征，多年平均气温在13.1℃，无霜期207天，多年平均降雨量为783 mm；历史调查最大洪峰流量为4500 m3/s（1964 年），实测最大为 3830 m3/s(1998.8.15)，最小流量 1.25 m3/s（1995.6）,实测最大含沙量是 91 kg／m3(1959.8.27),多年平均径流量10.1*108M3,多年输沙量为216万吨，多年平均蒸发量为1107.3 mm,河流特性受断面冲淤变化影响，水位、流量关系较为复杂。

2）水沙特性

金钱河流域大部分都是山连山，只有河道两旁经河流冲积形成部分川道，上世纪六、七十年代由于大量毁林造田造成水土流失。自建站以来，只有1959年出现最大含沙量90 kg/m3。由于开林造田，此后1998年8月15日发生建站以来最大洪水，洪峰流量达3830 m3/s,最大含沙量为40.2 kg/m3,2010年7月17日出现最大单沙32.6 kg/m3,主要来沙发生在汛期5月～10月，一般年初第一场洪水含沙较大，主要峰次含沙也较大，出现洪峰越大含沙也越大。近年由于退耕还林工程的不断实施完善，含沙量明显变小，年输沙量也逐渐趋于稳定。

2 悬移质输沙测验方法及历年单断沙关系

南宽坪水文站悬移质单沙、断沙监测从1959年开始，一直延续至今，中间因河道设施水毁有三年断沙停测，含沙资料相对连续可靠，含沙量采用固定垂线起点距20 m，积深法取样，输沙率测验采用断面均匀布设垂线，一般间隔10 m取样一个，一次输沙测验一般取7条～14条垂线，每条垂线均采用积深法取样，输沙测验，单沙一般在开始、中间、结束取三个沙样，取平均值为该次单沙。

单断沙关系线一般为45度线，有个别年份，因涨水次数较少，测取输沙测次较少，定不成单断沙关系线，采用近似法（按45度线）整编。

3 单断沙关系分析

3.1 资料选取

依据《河道悬移质泥沙测验规范》[1]第8.1.4条规定:“二、三类站当有5年～10年以上资料证明，实测输沙率的沙量变幅占历年变幅70%以上，水位变幅占历年水位变幅80%以上，即可进行输沙率间测分析”。根据南宽坪站近几年实际情况，单断沙关系一直较为稳定，且为45度单一线，因此可进行输沙率单值化分析。现选取2002年～2015年南宽坪水文站14年单断沙资料建立一条综合曲线，实测输沙率资料102次，输沙率测验方法为断面均匀布设垂线，垂线取沙为积深法，单沙位置一致，取样方法一致。

时段内的实测悬移质输沙率的沙量变幅和历年悬移质输沙率的沙量变幅、实测水位变幅和历年水位变幅的关系见表1、表 2。

表1 悬移质输沙率的沙量变幅分析

表2 水位变幅分析

表1、2说明：1959年出现最大含沙量90 kg/m3，属开山造田所致，1998年出现建站实测最大流量，最大水位、含沙可查，因而在分析水位、沙量变幅从1998年算起，自1998年至今18年来，因退耕还林效果显著没有出现大的沙量，因而最大含沙不在统计范畴；1998年水位最高498.44 m，最低492.40 m，出现最大含沙量40.2 kg/m3，2000年最高水位497.57 m，最大含沙量21.8 kg/m3，2010年最高水位496.68 m,最大含沙量32.6 kg/m3，最低水位492.34 m,期间最高水位为498.44 m，最低水位为492.34 m。

由表1、表2可知悬移质输沙率的沙幅占历年沙幅的81.1%＞70%，水位变幅占历年水位变幅85.7%＞80%，达到了《河道悬移质泥沙测验规范》[1]第8.1.4条规定:“二、三类站当有5年～10年以上资料证明，实测输沙率的沙量变幅占历年变幅70%以上，水位变幅占历年水位变幅80%以上，即可实行输沙率间测要求。

3.2 资料分析

3.2.1 历年综合单断沙关系线分析

将南宽坪站2002年～2015年的单断沙资料根据《河道悬移质泥沙测验规范》[1]第8.1.4条规定，悬移质输沙率和相应单样含沙量实测成果按沙量级分为五组，即含沙量小于5 kg/m3、5 kg/m3～10 kg/m3、10kg/m3～20 kg/m3、20kg/m3～30 kg/m3、30 以上五组，用各组平均值绘制综合单断沙关系图，见图1。

图1 南宽坪水文站单断沙关系图

3.2.2 单断沙关系线检验

关系线经过三项检验，精度均达到规范规定的精度要求，见表3。

表3 南宽坪站综合单断沙关系线检验

根据《水文资料整编规范》[2]第3.3.4推求断沙方法，单一线要求，单断沙关系点较密集且分布成带状，关系点无明显偏离，即可定为单一线推求断沙。经分析南宽坪站2002年～2015年14年间点绘的综合单断沙关系线呈45度线，符合规范规定。

3.2.3 历年点子距综合线偏离分析

将2002年～2015年实测点子点绘到一张图上，经与综合45度线对比，点子基本均匀分布在45度线两边，相对误差超过10%的只有一点，占比重不到1%，也就是超过10%外包线的只有一次，全部点子均没有超过15%外包线，符合单一线定线要求，见图2。

图2 南宽坪站历年单断沙关系总图

4 结论及建议

经对南宽坪水文站近2002年～2015年14站年单断沙关系分析，实测输沙率的沙量变幅占历年变幅70%以上，水位变幅占历年水位变幅80%以上，关系呈45度单一线，符合输沙测验精简分析要求，今后可直接用单沙代替断沙，停止输沙率测验。

通过分析，南宽坪水文站单位含沙量已能代替断面含沙量，满足输沙率测验要求，但是如果发生以下大的变化时要及时恢复输沙率测验，进行比对。1）特大洪水，造成断面发生变化，影响含沙量的测验的；2）水文测验上下游建设大型水利工程影响断面含沙量测验的；通过单断沙测验比对单沙与断沙没有明显变化的可以继续采用单沙代替断沙，如果发生大的变化，单沙与断沙不一致时，要及时恢复输沙率测验。