红旗(二)水文站单断沙关系分析
2019-09-05
(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。