潘家庄水文站泥沙测验方式探讨

祁向荣

(甘肃省酒泉水文水资源勘测局，甘肃 嘉峪关 735100)

我国水文站监测的河流泥沙资料在国民经济建设中有着重要意义，比如在河流上修建水库，要考虑泥沙淤积情况来确定水库的使用寿命；河道的整治、堤防的修建、航道的维护，都需要研究河流泥沙运动规律；灌溉引水工程需要考虑入渠泥沙量大小和渠道不被冲淤的水力条件；水土保持工程需要研究流域产沙过程，等等。地处内陆河流域疏勒河水系的潘家庄水文站，开展泥沙等项目监测已有53 a，积累的水文资料为疏勒河水工程规划建设提供技术依据。但是，潘家庄水文站泥沙目前仍实行全年人工监测，年单沙监测达400多次，测验工作量非常大，严重阻碍该站水文监测自动化进程，极不适应当前水利改革发展和水文现代化建设的形势要求。笔者通过对潘家庄水文站单断沙关系等的深入分析，探讨该站泥沙测验方式改革，提出该站泥沙间测的可行性，可大大减少泥沙测验工作量，为该站水文现代化管理提供技术支撑。

1 潘家庄水文站基本概况

潘家庄水文站设于1958年3月，地处内陆河流域疏勒河水系疏勒河中下游，位于甘肃省酒泉市瓜州县布隆吉乡，地理位置：东经96°31′32.9″，北纬40°33′01.5″，集水面积18 496 km2，属国家重要水文站、省级报汛站、省级水质监测站、大河控制站。测验项目有水位、流量、泥沙、降水。设站目的是为了监测疏勒河水文要素，收集基本水文信息，开展水情报汛、水资源评价、水文调查等工作，探索疏勒河水文要素变化规律，为国家长期积累水文基础资料，为下游双塔堡水库抗旱防洪调度等提供基础信息和依据。

潘家庄水文站测验河段基本顺直，河宽约65 m；河床由细沙组成，主泓相对稳定，冲淤变化不大。建站以来，潘家庄水文站实测最高水位1 348.51 m，最大流量441 m3/s，最大含沙量254 kg/m3，最大输沙率45 400 kg/s，年径流量4.170亿 m3，年输沙量1 500万 t。

2 潘家庄水文站泥沙测验概况

目前，潘家庄水文站泥沙测验包括悬移质单位水样含沙量和断面输沙率测验，全年均实行人工监测。

2.1 单沙

水文缆道悬索悬吊横式1 000 ml采样器，采用全断面混合法测沙，在流速仪测流断面起点距36 m处取样，测验方法为固定一线一点(0.5水深)法，水样处理方法为过滤法。洪水期每日单沙按六段制测验，根据沙情变化随时加测，以控制含沙量变化的转折点为原则。一般情况下年单沙监测达400多次。

2.2 断沙

水文缆道悬索悬吊横式1 000 ml采样器，分别在测沙垂线上用四线或五线一点( 4/0.5或5/0.5)选点法测验，用过滤法处理沙样，1‰天平称重，计算输沙率和断面平均含沙量。一场洪水过程断沙测次不少于3次，并视沙情变化，增加断沙测次。一般情况下年输沙率测验10多次。

3 潘家庄水文站泥沙时空分布分析

2000年以来，随着经济的迅速发展，潘家庄水文站上游先后修建昌马水库、昌源电站、大湾一级电站等近二十个梯级电站工程。受工程调蓄作用影响，尤其是修建昌马水库后，潘家庄水文站水文情势发生了较大变化，泥沙急剧减少。

潘家庄水文站设站以来，已积累了53年的水文资料。经多年系列资料分析，潘家庄水文站含沙量年内分布极不均匀，主要分布在汛期6-9月，占年平均含沙量的79%，10月至次年3月间河道流量小，挟沙能力弱。历年月平均含水量过程线见图1。

图1 潘家庄水文站历年月平均含沙量过程线

含沙量年际变化较大，多年平均含沙量7.57 kg/m3，年平均最大含沙量为36.0 kg/m3，最小为1.41 kg/m3，Cv值为0.78；历年最大含沙量为254 kg/m3，最小含沙量为零。从历年平均含沙量过程线(见图2)中看出，2011年以后年平均含沙量远远小于多年均值。

图2 潘家庄水文站历年平均含沙量过程线

输沙率分布与含沙量分布相似，多年平均输沙率69.4 kg/s，多年平均输沙量228万 t。年平均输沙率最大为475 kg/s，最小为7.89 kg/s，Cv值为1.0。

输沙量年内分配与含沙量相似，主要集中在6-9月，占年输沙量的90%。输沙量的年际变化较大，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。

4 潘家庄水文站泥沙间测分析

4.1 单位含沙量

选取潘家庄水文站2010-2018年资料进行分析，对非汛期(1-3月和10-12月)输沙量资料进行统计分析，1-3月及10-12月时段输沙量小于多年平均输沙量的3.0%，根据《水文巡测规范》SL195～2015巡测条件和要求4.2.7条规定，每年低、枯水期连续3个月以上的时段输沙量小于多年平均输沙量的3.0%，在该时段内可停测泥沙，停测期间含沙量作为零处理。

表1 非汛期1-3、10-12月输沙总量

4.2 输沙率

潘家庄水文站历年单断沙关系曲线为近似45°直线(见图3)，2006-2018年期间，单断沙比例系数在0.992 0～1.03区间变化。根据《河流悬移质泥沙测验规范》间测输沙率分析，选取5年(2014-2018)年输沙率和相应单位含沙量实测成果，按沙量级分成若干组，分别求出各组的相应单沙以及断沙的平均值。用各级平均单断沙关系点，绘制历年综合单断沙关系线，通过“南方片资料整编程序”对曲线进行三种检验，检验合格(见表2)，单断沙比例系数为1.013(见图4)，各年单断沙关系线偏离历年综合关系线的最大值小于±3%～5%。

图3 2014-2018年单断沙关系曲线

表2 潘家庄水文站历年综合单断沙关系曲线检验表

由于该站上游修建了多处梯级电站和水利工程，受水利工程影响，历年实测最大、最小输沙率选取2010-2018年的系列资料挑选，沙量变幅占历年沙量变幅36%，水位变幅占历年水位变幅的76.9%，符合《水文巡测规范》间测条件，可实行间测。

综上分析，潘家庄水文站含沙量非汛期(1-3月及10-12月)停测，汛期(4-9月)驻测，测验方法为横式、固定一线0.5一点法，输沙率可实行间测。

5 结语

随着新时期水文发展服务社会的需求，水文监测改革需遵循“驻巡结合，巡测优先，测报自动，应急补充”的原则，以加强水文监测管理为核心，以科技创新和新技术应用为手段，以水文测验方式改革为主要内容，全面提升水文监测能力和服务水平，最终实现水文信息测报自动化。通过上述分析，潘家庄水文站泥沙测验方式非汛期泥沙停测，输沙率间测是完全可行的，将大大减轻泥沙测验工作量，提高水文站监测效率，符合当前水文现代化发展的需要，对贯彻落实水利改革发展总基调具有重要的意义。