阿勒泰地區泥沙間測對比分析

胡安尼別克·杰恩斯汗

(新疆阿勒泰水文勘測局，新疆 阿勒泰 836500)

阿勒泰地區河流在低水期沖淤變化較小使得其水位流量關系較為單一，而高洪期受洪水漲落影響水位流量關系單一性較為復雜，使得其泥沙測驗難度也較大[1]。阿勒泰地區水文測站在高洪期間測沙的次數不能少于3次，當含沙量受洪峰重疊影響變化較為劇烈時，需要增加測沙的次數，才能滿足泥沙測驗資料數據整編的要求[2]。在汛期河道水量較為平穩的時期需要每隔2～5 d進行一次泥沙測驗，非汛期由于河道內水量較低，含沙量變化相對較為穩定，可每隔5～10 d進行一次泥沙測驗，當含沙量變化較為劇烈時需要對其測驗次數進行相應增加。當前，隨著水文現代化逐年實施，水文測驗方式得到了明顯改進和提高，河道泥沙測驗方式的變化也取得一定的研究成果[3-10]，其中泥沙間測方式目前成為國內許多地方有泥沙測驗改進的一種較為行之有效的方式，但泥沙間測方式需要結合不同區域不同類型河流的特點進行分析，通過減少測次來提高區域河流泥沙測驗的效率。為提高阿勒泰地區泥沙測驗的效率，選取阿勒泰地區兩個水文站，對其懸移質間測方式進行探討。研究成果對于新疆地區泥沙測驗方式的改進具有參考價值。

1 資料的選用與分析

1.1 分析資料的選用

按照《河流懸移質泥沙測驗規范》(GB/T 50159—2015)的懸移質泥沙測驗的精度要求，選取阿勒泰地區兩個水文測站2013—2022年30組懸移質單斷沙數據，分析其歷史單沙關系曲線。結合阿勒泰地區水文站歷史含沙量數據，對不同年份單斷沙關系系數取值為1.00，對其斷面含沙量最大值進行推求，通過分析，選取的阿勒泰水文站2020—2022年含沙量變幅盡量在70%～80%之間，斷面含沙量的變幅可滿足規范GB/T 50159—2015對泥沙間測比對分析的含沙量變幅的要求。對近3a來選取水文站的水位變幅，豐枯水位下其水位變幅總體可在80%以上，也可滿足規范GB/T 50159—2015對泥沙間測方式下水位變幅的占比要求，可用來對比分析阿勒地區水文站泥沙間測方式的可行性。

1.2 各年單斷沙關系分析

阿勒泰地區水文站懸移質輸沙率量每年觀測的次數不低于10組，按照豐枯水位量級進行懸移質輸沙率測次的布設，汛期由于河道內含沙量相對較高，因此在汛期布設的測次相對較多。在不同年份單沙數據和相應斷面的斷沙實測數據在坐標紙上進行數據點繪后，繪制一條斜率為1.0且縱、橫坐標軸夾角均為45°的直線，直線以坐標原點(0，0)為起點，單斷沙曲線繪制后按照規范GB/T 50159—2015進行檢驗，以檢驗單斷沙曲線是否滿足泥沙測驗的誤差規范要求，在誤差檢驗后其單斷系數均采用0.985進行泥沙資料的整編。單斷沙曲線可通過散點圖軟件進行繪制，單斷沙系數可通過自動添加直線公式進行計算，選取的阿勒泰地區兩個水文站的單斷沙關系系數結果如表1所示。

表1 阿勒泰兩個測站單斷沙關系系數計算結果

1.3 歷年單斷沙關系分析

將2012—2021年的所有實測斷沙和相應單沙數據點繪在同一張圖上，通過原點(0，0)繪出一條直線且直線與縱、橫坐標軸夾角均為45°(直線斜率為1.0)作為歷年綜合單斷沙關系線，采用三種檢驗方法對單斷沙關系線進行檢驗，三種檢驗均符合泥沙定線精度要求，懸移質泥沙關系曲線法定線精度指標見表2。

表2 阿勒泰1#測站單沙～斷沙歷年綜合關系曲線檢驗結果

從選取的阿勒泰地區水文站單沙～斷沙歷年綜合關系曲線檢驗結果可看出，兩個測站不同檢驗樣本數據隨機不確定度分別為17.0%和16.5%，滿足規范GB/T 50159—2015中對泥沙測驗單沙～斷沙歷年綜合關系曲線隨機不確定度低于28%的檢驗要求，此外從阿勒泰地區各測站不同顯著性水平下符號、適線、偏離數值檢驗按照規范GB/T 50159—2015均可滿足標準檢驗要求。從兩個測站單沙～斷沙歷年綜合關系曲線檢驗的標準差和系統誤差可看出，其標準差分別為0.79%和0.85%，系統誤差分別為-0.60%和-0.70%，均滿足規范GB/T 50159—2015要求的標準差和系統誤差均在±3.00%的誤差檢驗要求。

2 輸沙率間測誤差檢驗

在對阿勒泰地區兩個水文測站單沙～斷沙歷年綜合關系曲線檢驗基礎上，通過建立查讀關系曲線結合各站懸移質輸沙率歷年值可以對其含沙量進行推求，當單斷沙關系曲線與歷年綜合曲線之間的偏差<±5%則可采用泥沙間測的方式進行懸移質泥沙測驗，單斷沙含沙量可采用歷年綜合線進行泥沙資料在間測期間的整編處理。

2.1 各年關系線系數與綜合線系數分析

對阿勒泰地區兩個水文站近30組單斷沙觀測數據對其單斷沙綜合關系線和各年份單斷沙關系線進行比測分析，2013—2022年近10 a單斷沙關系采用水文測驗整編程序進行計算，用式(1)進行各年斷沙的計算。

C斷(2012—2021)=K(2012—2021)×C單

C斷(歷年)=C單

(1)

式中：C斷(2012—2021)為2012—2021年的平均單斷沙，kg/m3；K(2012—2021)為2012—2021年的單斷沙折算系數；C單為單斷沙，kg/m3；C斷(歷年)為歷年平均斷面含沙量，kg/m3。

選取的阿勒泰地區兩個水文站不同年份歷年綜合單斷沙系數與各年單斷系數之間的誤差值計算結果如表3。

表3 阿勒泰兩測站歷年綜合單斷沙系數與各年單斷沙線系數之間誤差統計結果

從選取的阿勒泰地區兩個水文站年綜合單斷沙系數與各年單斷沙線系數之間誤差統計結果可看出，各站不同年份歷年綜合單斷沙系數與各年單斷系數之間的誤差值均在±2%以內，按照據《水文資料整編規范》(SL/T 247—2020)規定要求，滿足偏離綜合線最大誤差不能高于±2%的要求。

2.2 關系線誤差檢驗

采用t檢驗方法對阿勒泰地區水文站歷年綜合單斷沙數據和各年單斷沙數據進行誤差檢驗，顯著水平a值和臨界值按照規范SL/T 247—2020規定要求分別設置為0.05和1.96，各站點關系線誤差檢驗結果如表4所示。

表4 阿勒泰地區兩處測站綜合單斷沙關系線與各年單斷沙關系線t檢驗結果

通過阿勒泰地區各測站綜合單斷沙關系系數和各年單斷沙關系系數的T檢驗結果可看出，兩組樣本屬于同一總體系列，按照規范GB/T 50159—2015精度要求各年關系線相對偏離值均低于±5.0%，阿勒泰地區懸移值泥沙間測方式可行，懸移值泥沙間測期間可在相對水深為0.6 m或0.5 m的區域進行單樣含沙量的選取和測定，測次需要按照規范要求進行均勻布設，在進行泥沙資料整編時可采用歷年綜合單斷沙關系線進行單斷沙的分析，按照規范GB/T 50159—2015的要求懸移測泥沙間測時測次布設和次；采用歷年綜合單斷沙關系線進行資料整編時，間測期間的施測年份不能低于12次，間測期間在進行泥沙資料整編時含沙量要高于均值，當測沙斷面受人為影響較為明顯時應對阿勒泰地區泥沙測驗間測方式進行重新評估和誤差檢驗。

3 結 論

(1)當阿勒泰地區水文測站水位及含沙量變幅高于80%時，可采用間測方式來提高阿勒泰地區懸移質泥沙測驗的時效性。

(2)對于阿勒泰地區水文站而言，可采用懸移質輸沙率歷年值和實測單沙測驗成果進行綜合得到單斷沙歷年綜合關系線后，進行誤差檢驗，單斷沙關系歷年綜合關系線偏離誤差應低于±5%。

(3)當測沙斷面受人為影響較為明顯時應對阿勒泰地區泥沙測驗間測方式進行重新評估和誤差檢驗，從而滿足規范GB/T 50159—2015泥沙測驗的精度要求。