林其軍　許廣東

二河閘水文站單斷沙關(guān)系分析

林其軍許廣東

二河閘位于江蘇省洪澤縣西順河鎮(zhèn)，系洪澤湖出湖主要控制工程和入湖重要控制工程，共35孔，單孔凈寬10m，閘總寬401.82 m，閘底高程8.00m，設(shè)計正向排水出湖流量3000m3/s，校核流量9000m3/s，設(shè)計反向引水入湖1000m3/s。工程設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)為300年一遇，工程主要作用為防洪、灌溉、航運(yùn)、供水等。

二河閘水文站是國家重點(diǎn)水文測站，測驗項目主要有水位、流量、泥沙等。

一、泥沙測驗方法

1.單沙測驗方法

單沙即單樣含沙量，測驗時采用三點(diǎn)二線混合法，兩線指起點(diǎn)距100m、400m處的兩條垂線，三點(diǎn)即垂線相對水深0.2、0.6、0.8三點(diǎn)，采樣時在0.2相對水深處采集2次，在0.6、0.8相對水深處各實(shí)測1次，然后將采集的水樣混合，倒入水樣瓶中。取樣時按規(guī)范要求執(zhí)行，水樣超過或不滿標(biāo)準(zhǔn)時重新取樣。

2.斷沙測驗方法

斷沙即斷面平均含沙量，通過施測斷面輸沙率和斷面流量計算所得。在施測有效流量的過程中，在每條垂線上分別采樣，計算時，分別計算部分流量、部分垂線平均含沙量和部分輸沙率，最后累積計算得出斷面輸沙率和斷面流量，推算可得斷面平均含沙量。

二、單斷沙關(guān)系分析

此次選取二河閘站1996～2015年的26次實(shí)測輸沙資料（見表1），分析得出該站單斷沙關(guān)系應(yīng)為45°線性關(guān)系，點(diǎn)繪該站歷年單斷沙關(guān)系線見圖1。

表1　二河閘水文站1996~2015年實(shí)測輸沙資料表

三、成果檢驗及精度分析

上述初步率定出二河閘站歷年單斷沙關(guān)系線，還需對圖1進(jìn)行分析檢驗，如能通過方可表示本次定線是合理的。

1.單一線型合理性分析

如圖1所示，該站單斷沙關(guān)系點(diǎn)據(jù)密集且成帶狀，全部26個測點(diǎn)中，有21個測點(diǎn)在平均關(guān)系線的±15%兩條線（精度較高時偏離不超過±10%，精度較低時可放寬為±15%）內(nèi)，占總點(diǎn)數(shù)的81%（比值超過75%），因此選用單一線法定線是合理的。

2.符號檢驗

為了檢驗本次單斷沙關(guān)系曲線兩側(cè)測點(diǎn)數(shù)目的分配是否均衡合理，從而借以判斷所定關(guān)系曲線是否正確，需要對關(guān)系曲線進(jìn)行符號檢驗。

圖1中26個測次有12個正偏，14個負(fù)偏，根據(jù)實(shí)測關(guān)系點(diǎn)資料計算統(tǒng)計量與臨界值進(jìn)行比較，對其進(jìn)行符號檢驗，根據(jù)統(tǒng)計量公式：

式中：u為統(tǒng)計量；K為正偏數(shù)或負(fù)偏數(shù)；n為測次總數(shù)。

經(jīng)過計算其統(tǒng)計量u為0.20，取顯著性水平α為0.25，從表2中可以查出，其臨界值u1-α/2為1.15，滿足u小于u1-α/2的定線合理的判定條件，故此圖1中的關(guān)系曲線通過了符號檢驗。

3.適線檢驗

適線檢驗是將相關(guān)因素由低至高排列，檢驗實(shí)測點(diǎn)偏離關(guān)系曲線正負(fù)符號的變換情況，借以檢查定線有無明顯的系統(tǒng)偏離。

在適線檢驗中，將單樣含沙量按從低到高排列，統(tǒng)計出實(shí)測點(diǎn)偏離關(guān)系曲線的正負(fù)符號變動次數(shù)。經(jīng)排序統(tǒng)計，其變換正負(fù)號次數(shù)為17次，即符號變換數(shù)K取值17，因為滿足K大于0.5（n-1）的免檢條件，故圖1中的趨勢線可以認(rèn)為通過適線檢驗。

4.偏離數(shù)值檢驗

偏離數(shù)值檢驗是檢查測點(diǎn)偏離關(guān)系曲線的平均偏離值（即平均相對誤差）是否在合理范圍以內(nèi)，借以用數(shù)據(jù)論證關(guān)系曲線定的是否合理的一種檢驗方法。

在對圖1關(guān)系曲線的偏離數(shù)值檢驗中，經(jīng)過對26個測次的相對偏離值進(jìn)行計算比較，其平均相對偏離值、標(biāo)準(zhǔn)差公式、統(tǒng)計量計算公式分別為：

式中：Pi為相對偏離值為平均相對偏離值；n為測次總數(shù)為平均相對偏離值的標(biāo)準(zhǔn)差；t為統(tǒng)計量。

表2　　臨界值u1-α/2與u1-α表

圖1　　二河閘水文站歷年單斷沙關(guān)系線圖

表3　臨界值t1-α/2表

5.精度分析

二河閘站歷年單斷沙關(guān)系線成功通過了三種檢驗，其平均相對偏離值即平均系統(tǒng)誤差經(jīng)計算為2.9%。

根據(jù)系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)差及隨機(jī)不確定度公式：

式中：Se為系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)差；n為測次總數(shù)；Pi為相對誤差；XQ’為隨機(jī)不確定度。

經(jīng)過計算,系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)差 Se為13.9%，其隨機(jī)不確定度XQ’為27.8%。根據(jù)懸移質(zhì)泥沙關(guān)系曲線定線精度指標(biāo)，二河閘站屬于三類精度站。經(jīng)分析，定線精度不高的原因主要是測驗方法造成的，輸沙測驗時方法雖簡單易行，但在閘門開高較小或閘門不均勻開啟的情況下，所測結(jié)果往往存在偏差。

四、結(jié)語

本文根據(jù)多年來實(shí)測單斷沙資料分析率定出該站單斷沙關(guān)系曲線，并通過合理性分析和三種檢驗。在實(shí)際輸沙測驗中，將繼續(xù)探索測驗新方法，解決因測驗方法而造成精度不高的問題，進(jìn)一步補(bǔ)充實(shí)測資料對關(guān)系線加以完善，以期能夠更好地提高斷沙推算精度，提供更為準(zhǔn)確的水文基本數(shù)據(jù)，從而更好地服務(wù)社會■

（作者單位：江蘇淮沭新河管理處223005江蘇省水文水資源勘測局宿遷分局223800）

（專欄編輯：張婷）