计算分析法确定悬移质单沙取样垂线位置

时铁彬，张敬东，王子成

（吉林省水文水资源局白城分局，吉林白城137000）

计算分析法确定悬移质单沙取样垂线位置

时铁彬，张敬东，王子成

（吉林省水文水资源局白城分局，吉林白城137000）

对于悬移质单沙取样垂线位置的确定，通常是选取几次能代表各级水位、各级含沙量的输沙率资料，绘制垂线平均含沙量与断面平均含沙量比值的横向分布图，在图上选择其值最为集中，且等于1处，作为悬移质单沙取样垂线位置。有的站断面含沙量分布较均匀，或在某个区域分布较均匀，其集中的垂线在所设垂线中会有多条出现，仅凭肉眼在图上难以准确找出比值最集中而且在1附近的垂线。文中对这个问题加以探讨，并推荐一种分析的方法。

分析法；悬移质单沙；取样垂线；确定位置

1 绪论

断面比较稳定且主流摆动不大的站，悬移质输沙率的测验，采用单断沙关系法进行输沙率的测验和整编，即在断面上选取一或两条固定的悬移质单沙取样垂线，建立垂线平均含沙量与断面平均含沙量的关系，通过实测单沙过程，得到断面平均含沙量的变化。

对于悬移质单沙取样垂线的确定，《河流悬移质泥沙测验规范》已作了定性规定：通常是选取几次能代表各级水位、各级含沙量的输沙率资料，绘制垂线平均含沙量与断面平均含沙量比值Csm/Cs的横向分布图，在图上选择Csm/Cs值最为集中，且等于1处，作为悬移质单沙取样垂线的位置。有的站断面含沙量分布较均匀，或在某个区域分布较均匀，这样就会产生Csm/Cs集中的垂线在所设垂线中有多条出现，有时仅凭肉眼在图上就难以准确找出比值最集中而且在1附近的垂线。这里介绍一种定量分析方法，以快速准确地找到最佳的单沙取样垂线。

2 单沙取样垂线位置的选择

实际工作中经常采用标准差来表示一组数据相对于真值的偏离程度。因为真值实际上是不可知的，所以通常采用多次测量数据的平均值代替真值。在水位流量关系的定线和检验时，一般以水位流量关系线上查得的流量作为真值，来计算实测流量的标准差，确定测点的测验精度。同样，在单沙取样垂线位置的分析确定时，可以用断面平均含沙量作为真值，分析和计算每条单沙取样垂线的平均含沙量与断面平均含沙量的偏离程度。偏离程度越小，垂线平均含沙量与断面平均含沙量越接近，取样垂线的代表性越好。而垂线平均含沙量与断面平均含沙量越接近，也就是垂线平均含沙量与断面平均含沙量的比值越接近1。根据标准差的定义，设y2为垂线平均含沙量与断面平均含沙量的比Csm/Cs值与1相减后的差值乘方后得到的均值，则y为垂线平均含沙量相对于断面平均含沙量的样本标准差。y的计算公式为：

式中：Ci——某条垂线第i次测量的垂线平均含沙量与该次断面平均含沙量的比值；N——数据的个数。

3 单沙取样垂线位置的分析

以白城地区的镇西水文站为例。镇西水文站位于本区内洮儿河最上游段，集水面积18 462 km2，至河口距离48 km。测验项目有水位、流量、泥沙、降水、水质，属于二类泥沙站。河道测流测沙断面近似于“U”形。输沙率测验采用横式采样器取沙，在这里仅选主槽的5条取样垂线，因为主槽内的垂线具有很好的代表性。起点距分别是30 m、40 m、50 m、70 m、90 m。选择能代表各级水位、各级含沙量的输沙率资料，点绘各次垂线平均含沙量与断面平均含沙量的关系图（图略），可发现每条垂线的平均含沙量与断面平均含沙量都有较好的关系，而且随着水位的级不同，含沙量的级别也不同，两者的相关关系无明显的转折变化。

根据《河流悬移质泥沙测验规范》，绘制各条垂线平均含沙量与断面平均含沙量的比值横向分布图（图略）。各条垂线平均含沙量与断面平均含沙量的比值大都集中在0.93～1.07之间。起点距30 m、50 m、90 m垂线的比值比略松散；垂线点偏离略远些；起点距40 m、70 m垂线的比值相对于其它垂线较为集中。但哪条垂线的比值是最集中而且最接近1，用肉眼看很难准确找出更好的位置，采用公式（1）对各条垂线的值进行计算（因篇幅关系，计算过程略），计算结果如下表1。

从表1中可知，起点距40 m垂线的值最小，仅为0.057。也就是说，这条垂线的平均含沙量与断面平均含沙量最接近，垂线具有的代表性最好。

4 单沙取样垂线位置的确定

为检验计算结果，点绘值最小、次小垂线（分别为起点距40 m、70 m）的单断沙关系图（图略），定出的关系线通过了符号检验、适线检验、偏离数值检验，关系系数为1.07，0.93，均符合《河流悬移质泥沙测验规范》的规定。二类泥沙站的单断沙关系系数应在0.93～1.07之间，但是，起点距40 m的垂线值更小，关系系数更接近于1。因此镇西水文站确定起点距40 m、70 m为该站悬移质单沙取样垂线位置。

表1 各取样垂线的值计算表

5 结论

综合上述讨论结果可以看出，用计算分析法确定悬移质单沙取样位置，在断面上较多垂线产生Csm/Cs都比较集中的情况时，比用绘制垂线平均含沙量与断面平均含沙量比值的Csm/Cs横向分布图确定的悬移质单沙取样位置更精确。

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2016-05-20