二河闸水文站单断沙关系分析

林其军　许广东

二河闸水文站单断沙关系分析

林其军许广东

二河闸位于江苏省洪泽县西顺河镇，系洪泽湖出湖主要控制工程和入湖重要控制工程，共35孔，单孔净宽10m，闸总宽401.82 m，闸底高程8.00m，设计正向排水出湖流量3000m3/s，校核流量9000m3/s，设计反向引水入湖1000m3/s。工程设计标准为300年一遇，工程主要作用为防洪、灌溉、航运、供水等。

二河闸水文站是国家重点水文测站，测验项目主要有水位、流量、泥沙等。

一、泥沙测验方法

1.单沙测验方法

单沙即单样含沙量，测验时采用三点二线混合法，两线指起点距100m、400m处的两条垂线，三点即垂线相对水深0.2、0.6、0.8三点，采样时在0.2相对水深处采集2次，在0.6、0.8相对水深处各实测1次，然后将采集的水样混合，倒入水样瓶中。取样时按规范要求执行，水样超过或不满标准时重新取样。

2.断沙测验方法

断沙即断面平均含沙量，通过施测断面输沙率和断面流量计算所得。在施测有效流量的过程中，在每条垂线上分别采样，计算时，分别计算部分流量、部分垂线平均含沙量和部分输沙率，最后累积计算得出断面输沙率和断面流量，推算可得断面平均含沙量。

二、单断沙关系分析

此次选取二河闸站1996～2015年的26次实测输沙资料（见表1），分析得出该站单断沙关系应为45°线性关系，点绘该站历年单断沙关系线见图1。

表1　二河闸水文站1996~2015年实测输沙资料表

三、成果检验及精度分析

上述初步率定出二河闸站历年单断沙关系线，还需对图1进行分析检验，如能通过方可表示本次定线是合理的。

1.单一线型合理性分析

如图1所示，该站单断沙关系点据密集且成带状，全部26个测点中，有21个测点在平均关系线的±15%两条线（精度较高时偏离不超过±10%，精度较低时可放宽为±15%）内，占总点数的81%（比值超过75%），因此选用单一线法定线是合理的。

2.符号检验

为了检验本次单断沙关系曲线两侧测点数目的分配是否均衡合理，从而借以判断所定关系曲线是否正确，需要对关系曲线进行符号检验。

图1中26个测次有12个正偏，14个负偏，根据实测关系点资料计算统计量与临界值进行比较，对其进行符号检验，根据统计量公式：

式中：u为统计量；K为正偏数或负偏数；n为测次总数。

经过计算其统计量u为0.20，取显著性水平α为0.25，从表2中可以查出，其临界值u1-α/2为1.15，满足u小于u1-α/2的定线合理的判定条件，故此图1中的关系曲线通过了符号检验。

3.适线检验

适线检验是将相关因素由低至高排列，检验实测点偏离关系曲线正负符号的变换情况，借以检查定线有无明显的系统偏离。

在适线检验中，将单样含沙量按从低到高排列，统计出实测点偏离关系曲线的正负符号变动次数。经排序统计，其变换正负号次数为17次，即符号变换数K取值17，因为满足K大于0.5（n-1）的免检条件，故图1中的趋势线可以认为通过适线检验。

4.偏离数值检验

偏离数值检验是检查测点偏离关系曲线的平均偏离值（即平均相对误差）是否在合理范围以内，借以用数据论证关系曲线定的是否合理的一种检验方法。

在对图1关系曲线的偏离数值检验中，经过对26个测次的相对偏离值进行计算比较，其平均相对偏离值、标准差公式、统计量计算公式分别为：

式中：Pi为相对偏离值为平均相对偏离值；n为测次总数为平均相对偏离值的标准差；t为统计量。

表2　　临界值u1-α/2与u1-α表

图1　　二河闸水文站历年单断沙关系线图

表3　临界值t1-α/2表

5.精度分析

二河闸站历年单断沙关系线成功通过了三种检验，其平均相对偏离值即平均系统误差经计算为2.9%。

根据系统标准差及随机不确定度公式：

式中：Se为系统标准差；n为测次总数；Pi为相对误差；XQ’为随机不确定度。

经过计算,系统标准差 Se为13.9%，其随机不确定度XQ’为27.8%。根据悬移质泥沙关系曲线定线精度指标，二河闸站属于三类精度站。经分析，定线精度不高的原因主要是测验方法造成的，输沙测验时方法虽简单易行，但在闸门开高较小或闸门不均匀开启的情况下，所测结果往往存在偏差。

四、结语

本文根据多年来实测单断沙资料分析率定出该站单断沙关系曲线，并通过合理性分析和三种检验。在实际输沙测验中，将继续探索测验新方法，解决因测验方法而造成精度不高的问题，进一步补充实测资料对关系线加以完善，以期能够更好地提高断沙推算精度，提供更为准确的水文基本数据，从而更好地服务社会■

（作者单位：江苏淮沭新河管理处223005江苏省水文水资源勘测局宿迁分局223800）

（专栏编辑：张婷）