昌马河昌马堡水文站悬移质泥沙测验方式转变分析

2022-11-29岳燕琴张文春

地下水 2022年6期

关键词：输沙输沙量径流量

岳燕琴，蒋憬，张文春

(甘肃省酒泉水文站，甘肃嘉峪关 735100)

1 流域概况

1.1 自然地理

疏勒河水系位于祁连山脉西部岗格尔肖合力岭之中,全河长670 km，是内陆河主要的大河水文站，流经甘肃省河西走廊西部肃北县、玉门市、敦煌市，最后与疏勒河最大支流党河汇合后流入哈拉湖。疏勒河自上而下设有昌马堡、潘家庄、双塔堡水库等水文站。

1.2 测站概况

昌马堡水文站始建于1944年4月，是疏勒河水系干流上游的重要控制站，距河源270 km，测站海拔高程为2 112 m。地理位置于玉门市昌马乡境内东经96°51′32″,北纬39°49′19″之间，本站以上集水面积为10 961 km2，属疏勒河上游出山口控制站，国家重要水文站、中央报汛站和国家水质监测站，承担着向中央防汛办、甘肃省防办、酒泉市防办报汛的任务，为疏勒河下游昌马水库和双塔堡水库调度、防汛抗旱服务发挥着十分重要作用，也为区域国民经济社会、工农业生产、生态文明建设发展等提供科学准确、可持续的水文信息资料支撑。

1.3 气候特征

流域气候特点较复杂，上游海拔在3 000 m以上，中游海拔在2 000 m左右，下游海拔1 300～1 700 m之间。昌马堡水文站地处河流中游荒漠戈壁，昼夜温差大，四季分明，年降水量少，多年平均降水量为95.6 mm，多集中在6-9月，约占年降水总量的80%左右，多年平均蒸发量1 858.1mm，多年平均气温为5.5℃，属于典型的大陆性气候。

2 泥沙测验情况

本站泥沙测验任务是悬移质泥沙测验即悬移质单位水样含沙量(简称单沙)和断面平均含沙量(简称断沙)的测验。

2.1 单沙测验

单沙测验仪器为悬索悬吊横式采样器，测验方法为固定一线一点(0.5水深)法，水样处理方法为置换法和过滤法。测验的原则是汛期每日8、20时观测，并视水沙变化情况随时加测测次，以保证含沙量随时变化过程。每年单位含沙量测次500～800次之间。

2.2 断沙测验

断沙测验依照流速仪测流断面进行，经过水文断面水流沙的测验精简分析后，选取具有代表性的测速测沙垂线，将它们相对固定下来，作为取沙垂线，取样方法与单沙类同。断沙测次根据测站特性和泥沙分布情况，年输沙率测验一般为10～25次，并视每场洪水过程沙情变化情况断沙测次不少于3次，以控制全年沙情变化为原则，汛期测次分布较多，非汛期测次较少。

3 年际水沙关系

3.1 年内水沙分布情况

自建站以来，累计泥沙测验资料60 a。经多年系列资料分析，昌马堡水文站径流量及输沙量年内分配关系表现一致，但含沙量年内分布极不均匀，主要集中分布在汛期6-9月，占年输沙量的90%，10月至次年3月间河道流量小，挟沙能力也弱。最大年输沙量为1 500万 t，最小年输沙量为24.1万 t，Cv值1.01。如图1昌马堡站径流量及输沙量年内分配关系所示。

图1 昌马堡站径流量及输沙量年内分配关系

3.2 年际水沙变化情况

依据相关系列资料，分别点绘多年径流量和多年输沙量过程线图。如图2昌马堡站多年径流量及输沙量年际过程线所示。

从多年径流量和多年输沙量过程线可知：年水沙关系比较密切，年径流量大的年份，对应的年输沙量也大；经进一步的分析，2000年以后水沙关系密切且一致性也非常好，但2000年以前系列与后系列同级别的径流量所挟带的泥沙量有所减少，如1972年径流量为13.99亿 m3，年输沙量为880万 t，与同级别径流量2004年径流量为14.10 m3，年输沙量为379万 t相比较有明显减少。

从年输沙量线性方程斜率分析：1956-2020年方程为y=3.953x-7 512，R2=0.09；2000-2020年方程为y=-8.242x+17 040，R2=0.027；由方程知，k1>k2，且k2<0,说明2000年输沙量在递减。

图2 昌马堡站多年径流量及输沙量年际过程线

4 泥沙测验方式改变可行性分析

4.1 单～断沙关系曲线分析

本站历年单断关系线系列比较长，2008年以前泥沙因上游修建水利工程受到影响，所以采用2008-2015年单～断沙关系实测成果进行分析，按单～断沙量级分为若干组，分别求出各组的相应单沙以及断沙的平均值,用各数据组平均值再点绘单～断沙关系点，确定出多年综合单～断沙关系曲线(图3)，并且各组点都在±15%的外包线之内，最大点组偏离多年综合单～断沙关系曲线相对误差小于±5%,单～断沙关系曲线系数为1.024。

图3 昌马堡水文站多年单～断沙关系综合曲线

4.2 单～断沙关系曲线误差分析

经误差分析可知，各年节点相对误差均小于±2%，多年平均相对误差为-0.24%，均符合水文相关关系线定线要求；表1经符号检验、适线检验及偏离数值检验三种检验均为合格，曲线通过点群中心，关系线标准差为1.7%，置信水平95%的相对随机不确定度为3.4%，系统误差为-0.20%，符合合并定线精度的要求。

通过单～断沙关系多年综合曲线分析，单～断沙关系良好，近似呈为45°直线(见图3)，直线斜率k=1.024，符合《水文巡测规范》(SL 195-2015)规定第4.2.5条之规定，以及相关河流悬移质泥沙测验的要求，可以实行间测或巡驻相结合的测验方式监测。

表1 昌马堡水文站多年综合单断沙关系曲线检验表

4.3 非汛期年际输沙量分析

由于2011年前后本站上游修建水库和梯级电站，受工程影响低、枯水期1-4月及10-12月输沙量与多年同期输沙量的对照偏小，2010年之前输沙量系列与其之后发生系统样本差异，故采用2011-2020年非汛期资料进行对照分析，见表2昌马堡站非汛期输沙量与年输沙量的对照表。

从表2可知：受工程影响的各年输沙量，每年非汛期占年输沙量的百分比均小于多年平均年输沙量的3%，且每年非汛期总输沙量均未超9.90×104t，符合《水文巡测规范》(SL195-2015)规定第4.2.7条之规定，当非汛期(1-4月及10-12月)累计输沙量占多年平均输沙量的百分比低于3%时，非汛期泥沙可以停测，停测期间的含沙量作零处理。

表2 昌马堡站非汛期输沙量与年输沙量的对照表

4.4 泥沙测验方式改变可行性分析

基于本站有泥沙长系列资料的积累、水利工程对输沙量的影响以及单～断沙关系曲线相关系数代表性显著等因素情况，依照《河流悬移质泥沙测验规范》和《水文巡测规范》(SL195-2015)的目的要求，昌马堡水文站泥沙测验方式可以实行转变，即：汛期5-9月单沙驻测监测，输沙率可实行驻测或间测或巡测(审批)；非汛期1-4月及10-12月单沙和输沙率停测，停测期间的含沙量(输沙量)作零处理。