阿勒泰地区泥沙间测对比分析

胡安尼别克·杰恩斯汗

(新疆阿勒泰水文勘测局，新疆 阿勒泰 836500)

阿勒泰地区河流在低水期冲淤变化较小使得其水位流量关系较为单一，而高洪期受洪水涨落影响水位流量关系单一性较为复杂，使得其泥沙测验难度也较大[1]。阿勒泰地区水文测站在高洪期间测沙的次数不能少于3次，当含沙量受洪峰重叠影响变化较为剧烈时，需要增加测沙的次数，才能满足泥沙测验资料数据整编的要求[2]。在汛期河道水量较为平稳的时期需要每隔2～5 d进行一次泥沙测验，非汛期由于河道内水量较低，含沙量变化相对较为稳定，可每隔5～10 d进行一次泥沙测验，当含沙量变化较为剧烈时需要对其测验次数进行相应增加。当前，随着水文现代化逐年实施，水文测验方式得到了明显改进和提高，河道泥沙测验方式的变化也取得一定的研究成果[3-10]，其中泥沙间测方式目前成为国内许多地方有泥沙测验改进的一种较为行之有效的方式，但泥沙间测方式需要结合不同区域不同类型河流的特点进行分析，通过减少测次来提高区域河流泥沙测验的效率。为提高阿勒泰地区泥沙测验的效率，选取阿勒泰地区两个水文站，对其悬移质间测方式进行探讨。研究成果对于新疆地区泥沙测验方式的改进具有参考价值。

1 资料的选用与分析

1.1 分析资料的选用

按照《河流悬移质泥沙测验规范》(GB/T 50159—2015)的悬移质泥沙测验的精度要求，选取阿勒泰地区两个水文测站2013—2022年30组悬移质单断沙数据，分析其历史单沙关系曲线。结合阿勒泰地区水文站历史含沙量数据，对不同年份单断沙关系系数取值为1.00，对其断面含沙量最大值进行推求，通过分析，选取的阿勒泰水文站2020—2022年含沙量变幅尽量在70%～80%之间，断面含沙量的变幅可满足规范GB/T 50159—2015对泥沙间测比对分析的含沙量变幅的要求。对近3a来选取水文站的水位变幅，丰枯水位下其水位变幅总体可在80%以上，也可满足规范GB/T 50159—2015对泥沙间测方式下水位变幅的占比要求，可用来对比分析阿勒地区水文站泥沙间测方式的可行性。

1.2 各年单断沙关系分析

阿勒泰地区水文站悬移质输沙率量每年观测的次数不低于10组，按照丰枯水位量级进行悬移质输沙率测次的布设，汛期由于河道内含沙量相对较高，因此在汛期布设的测次相对较多。在不同年份单沙数据和相应断面的断沙实测数据在坐标纸上进行数据点绘后，绘制一条斜率为1.0且纵、横坐标轴夹角均为45°的直线，直线以坐标原点(0，0)为起点，单断沙曲线绘制后按照规范GB/T 50159—2015进行检验，以检验单断沙曲线是否满足泥沙测验的误差规范要求，在误差检验后其单断系数均采用0.985进行泥沙资料的整编。单断沙曲线可通过散点图软件进行绘制，单断沙系数可通过自动添加直线公式进行计算，选取的阿勒泰地区两个水文站的单断沙关系系数结果如表1所示。

表1 阿勒泰两个测站单断沙关系系数计算结果

1.3 历年单断沙关系分析

将2012—2021年的所有实测断沙和相应单沙数据点绘在同一张图上，通过原点(0，0)绘出一条直线且直线与纵、横坐标轴夹角均为45°(直线斜率为1.0)作为历年综合单断沙关系线，采用三种检验方法对单断沙关系线进行检验，三种检验均符合泥沙定线精度要求，悬移质泥沙关系曲线法定线精度指标见表2。

表2 阿勒泰1#测站单沙～断沙历年综合关系曲线检验结果

从选取的阿勒泰地区水文站单沙～断沙历年综合关系曲线检验结果可看出，两个测站不同检验样本数据随机不确定度分别为17.0%和16.5%，满足规范GB/T 50159—2015中对泥沙测验单沙～断沙历年综合关系曲线随机不确定度低于28%的检验要求，此外从阿勒泰地区各测站不同显著性水平下符号、适线、偏离数值检验按照规范GB/T 50159—2015均可满足标准检验要求。从两个测站单沙～断沙历年综合关系曲线检验的标准差和系统误差可看出，其标准差分别为0.79%和0.85%，系统误差分别为-0.60%和-0.70%，均满足规范GB/T 50159—2015要求的标准差和系统误差均在±3.00%的误差检验要求。

2 输沙率间测误差检验

在对阿勒泰地区两个水文测站单沙～断沙历年综合关系曲线检验基础上，通过建立查读关系曲线结合各站悬移质输沙率历年值可以对其含沙量进行推求，当单断沙关系曲线与历年综合曲线之间的偏差<±5%则可采用泥沙间测的方式进行悬移质泥沙测验，单断沙含沙量可采用历年综合线进行泥沙资料在间测期间的整编处理。

2.1 各年关系线系数与综合线系数分析

对阿勒泰地区两个水文站近30组单断沙观测数据对其单断沙综合关系线和各年份单断沙关系线进行比测分析，2013—2022年近10 a单断沙关系采用水文测验整编程序进行计算，用式(1)进行各年断沙的计算。

C断(2012—2021)=K(2012—2021)×C单

C断(历年)=C单

(1)

式中：C断(2012—2021)为2012—2021年的平均单断沙，kg/m3；K(2012—2021)为2012—2021年的单断沙折算系数；C单为单断沙，kg/m3；C断(历年)为历年平均断面含沙量，kg/m3。

选取的阿勒泰地区两个水文站不同年份历年综合单断沙系数与各年单断系数之间的误差值计算结果如表3。

表3 阿勒泰两测站历年综合单断沙系数与各年单断沙线系数之间误差统计结果

从选取的阿勒泰地区两个水文站年综合单断沙系数与各年单断沙线系数之间误差统计结果可看出，各站不同年份历年综合单断沙系数与各年单断系数之间的误差值均在±2%以内，按照据《水文资料整编规范》(SL/T 247—2020)规定要求，满足偏离综合线最大误差不能高于±2%的要求。

2.2 关系线误差检验

采用t检验方法对阿勒泰地区水文站历年综合单断沙数据和各年单断沙数据进行误差检验，显著水平a值和临界值按照规范SL/T 247—2020规定要求分别设置为0.05和1.96，各站点关系线误差检验结果如表4所示。

表4 阿勒泰地区两处测站综合单断沙关系线与各年单断沙关系线t检验结果

通过阿勒泰地区各测站综合单断沙关系系数和各年单断沙关系系数的T检验结果可看出，两组样本属于同一总体系列，按照规范GB/T 50159—2015精度要求各年关系线相对偏离值均低于±5.0%，阿勒泰地区悬移值泥沙间测方式可行，悬移值泥沙间测期间可在相对水深为0.6 m或0.5 m的区域进行单样含沙量的选取和测定，测次需要按照规范要求进行均匀布设，在进行泥沙资料整编时可采用历年综合单断沙关系线进行单断沙的分析，按照规范GB/T 50159—2015的要求悬移测泥沙间测时测次布设和次；采用历年综合单断沙关系线进行资料整编时，间测期间的施测年份不能低于12次，间测期间在进行泥沙资料整编时含沙量要高于均值，当测沙断面受人为影响较为明显时应对阿勒泰地区泥沙测验间测方式进行重新评估和误差检验。

3 结 论

(1)当阿勒泰地区水文测站水位及含沙量变幅高于80%时，可采用间测方式来提高阿勒泰地区悬移质泥沙测验的时效性。

(2)对于阿勒泰地区水文站而言，可采用悬移质输沙率历年值和实测单沙测验成果进行综合得到单断沙历年综合关系线后，进行误差检验，单断沙关系历年综合关系线偏离误差应低于±5%。

(3)当测沙断面受人为影响较为明显时应对阿勒泰地区泥沙测验间测方式进行重新评估和误差检验，从而满足规范GB/T 50159—2015泥沙测验的精度要求。