潘家莊水文站泥沙測驗方式探討

祁向榮

(甘肅省酒泉水文水資源勘測局，甘肅 嘉峪關 735100)

我國水文站監測的河流泥沙資料在國民經濟建設中有著重要意義，比如在河流上修建水庫，要考慮泥沙淤積情況來確定水庫的使用壽命；河道的整治、堤防的修建、航道的維護，都需要研究河流泥沙運動規律；灌溉引水工程需要考慮入渠泥沙量大小和渠道不被沖淤的水力條件；水土保持工程需要研究流域產沙過程，等等。地處內陸河流域疏勒河水系的潘家莊水文站，開展泥沙等項目監測已有53 a，積累的水文資料為疏勒河水工程規劃建設提供技術依據。但是，潘家莊水文站泥沙目前仍實行全年人工監測，年單沙監測達400多次，測驗工作量非常大，嚴重阻礙該站水文監測自動化進程，極不適應當前水利改革發展和水文現代化建設的形勢要求。筆者通過對潘家莊水文站單斷沙關系等的深入分析，探討該站泥沙測驗方式改革，提出該站泥沙間測的可行性，可大大減少泥沙測驗工作量，為該站水文現代化管理提供技術支撐。

1 潘家莊水文站基本概況

潘家莊水文站設于1958年3月，地處內陸河流域疏勒河水系疏勒河中下游，位于甘肅省酒泉市瓜州縣布隆吉鄉，地理位置：東經96°31′32.9″，北緯40°33′01.5″，集水面積18 496 km2，屬國家重要水文站、省級報汛站、省級水質監測站、大河控制站。測驗項目有水位、流量、泥沙、降水。設站目的是為了監測疏勒河水文要素，收集基本水文信息，開展水情報汛、水資源評價、水文調查等工作，探索疏勒河水文要素變化規律，為國家長期積累水文基礎資料，為下游雙塔堡水庫抗旱防洪調度等提供基礎信息和依據。

潘家莊水文站測驗河段基本順直，河寬約65 m；河床由細沙組成，主泓相對穩定，沖淤變化不大。建站以來，潘家莊水文站實測最高水位1 348.51 m，最大流量441 m3/s，最大含沙量254 kg/m3，最大輸沙率45 400 kg/s，年徑流量4.170億 m3，年輸沙量1 500萬 t。

2 潘家莊水文站泥沙測驗概況

目前，潘家莊水文站泥沙測驗包括懸移質單位水樣含沙量和斷面輸沙率測驗，全年均實行人工監測。

2.1 單沙

水文纜道懸索懸吊橫式1 000 ml采樣器，采用全斷面混合法測沙，在流速儀測流斷面起點距36 m處取樣，測驗方法為固定一線一點(0.5水深)法，水樣處理方法為過濾法。洪水期每日單沙按六段制測驗，根據沙情變化隨時加測，以控制含沙量變化的轉折點為原則。一般情況下年單沙監測達400多次。

2.2 斷沙

水文纜道懸索懸吊橫式1 000 ml采樣器，分別在測沙垂線上用四線或五線一點( 4/0.5或5/0.5)選點法測驗，用過濾法處理沙樣，1‰天平稱重，計算輸沙率和斷面平均含沙量。一場洪水過程斷沙測次不少于3次，并視沙情變化，增加斷沙測次。一般情況下年輸沙率測驗10多次。

3 潘家莊水文站泥沙時空分布分析

2000年以來，隨著經濟的迅速發展，潘家莊水文站上游先后修建昌馬水庫、昌源電站、大灣一級電站等近二十個梯級電站工程。受工程調蓄作用影響，尤其是修建昌馬水庫后，潘家莊水文站水文情勢發生了較大變化，泥沙急劇減少。

潘家莊水文站設站以來，已積累了53年的水文資料。經多年系列資料分析，潘家莊水文站含沙量年內分布極不均勻，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月間河道流量小，挾沙能力弱。歷年月平均含水量過程線見圖1。

圖1 潘家莊水文站歷年月平均含沙量過程線

含沙量年際變化較大，多年平均含沙量7.57 kg/m3，年平均最大含沙量為36.0 kg/m3，最小為1.41 kg/m3，Cv值為0.78；歷年最大含沙量為254 kg/m3，最小含沙量為零。從歷年平均含沙量過程線(見圖2)中看出，2011年以后年平均含沙量遠遠小于多年均值。

圖2 潘家莊水文站歷年平均含沙量過程線

輸沙率分布與含沙量分布相似，多年平均輸沙率69.4 kg/s，多年平均輸沙量228萬 t。年平均輸沙率最大為475 kg/s，最小為7.89 kg/s，Cv值為1.0。

輸沙量年內分配與含沙量相似，主要集中在6-9月，占年輸沙量的90%。輸沙量的年際變化較大，最大年輸沙量為1 500萬 t，最小年輸沙量為24.1萬 t， Cv值1.01。

4 潘家莊水文站泥沙間測分析

4.1 單位含沙量

選取潘家莊水文站2010-2018年資料進行分析，對非汛期(1-3月和10-12月)輸沙量資料進行統計分析，1-3月及10-12月時段輸沙量小于多年平均輸沙量的3.0%，根據《水文巡測規范》SL195～2015巡測條件和要求4.2.7條規定，每年低、枯水期連續3個月以上的時段輸沙量小于多年平均輸沙量的3.0%，在該時段內可停測泥沙，停測期間含沙量作為零處理。

表1 非汛期1-3、10-12月輸沙總量

4.2 輸沙率

潘家莊水文站歷年單斷沙關系曲線為近似45°直線(見圖3)，2006-2018年期間，單斷沙比例系數在0.992 0～1.03區間變化。根據《河流懸移質泥沙測驗規范》間測輸沙率分析，選取5年(2014-2018)年輸沙率和相應單位含沙量實測成果，按沙量級分成若干組，分別求出各組的相應單沙以及斷沙的平均值。用各級平均單斷沙關系點，繪制歷年綜合單斷沙關系線，通過“南方片資料整編程序”對曲線進行三種檢驗，檢驗合格(見表2)，單斷沙比例系數為1.013(見圖4)，各年單斷沙關系線偏離歷年綜合關系線的最大值小于±3%～5%。

圖3 2014-2018年單斷沙關系曲線

表2 潘家莊水文站歷年綜合單斷沙關系曲線檢驗表

由于該站上游修建了多處梯級電站和水利工程，受水利工程影響，歷年實測最大、最小輸沙率選取2010-2018年的系列資料挑選，沙量變幅占歷年沙量變幅36%，水位變幅占歷年水位變幅的76.9%，符合《水文巡測規范》間測條件，可實行間測。

綜上分析，潘家莊水文站含沙量非汛期(1-3月及10-12月)停測，汛期(4-9月)駐測，測驗方法為橫式、固定一線0.5一點法，輸沙率可實行間測。

5 結語

隨著新時期水文發展服務社會的需求，水文監測改革需遵循“駐巡結合，巡測優先，測報自動，應急補充”的原則，以加強水文監測管理為核心，以科技創新和新技術應用為手段，以水文測驗方式改革為主要內容，全面提升水文監測能力和服務水平，最終實現水文信息測報自動化。通過上述分析，潘家莊水文站泥沙測驗方式非汛期泥沙停測，輸沙率間測是完全可行的，將大大減輕泥沙測驗工作量，提高水文站監測效率，符合當前水文現代化發展的需要，對貫徹落實水利改革發展總基調具有重要的意義。