胡庆武
（辽宁省朝阳水文局，辽宁朝阳１２２０００）
中图分类号：Ｐ３３５ 文献标志码：Ａ ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７３－５３６６．２０２１．０４．１５
摘要：测验垂线和测点可通过水文缆道进行准确定位，在同一位置采用ＯＢＳ－３Ａ浊度仪和横式采样器进行同步观测。通过建立采样点含沙量及对应的浊度值线性方程，对断面含沙量进行推求，结合实测含沙量对其进行误差分析，检验是否满足含沙量测验精度。检验结果表明：ＯＢＳ－３Ａ浊度仪可实现含沙量快速测定，测验精度基本满足要求。
关键词：ＯＢＳ－３Ａ浊度仪；含沙量推求；同步对比观测；误差分析；锦州地区
水文要素测验中极其重要的一项内容是对悬移质含沙量的测验。随着水文先进技术的逐步发展，含沙量测验技术也成为研究的重点之一［１］。含沙量测验传统方式一般通过对现场采样进行室内烘干称量后
进行测定，这种方式需要消耗的时间较多，过程较为繁琐［２］。近些年来，一种基于光学测定原理的ＯＢＳ－３Ａ浊度仪在河流含沙量中被应用［３－９］，通过水文对比观测试验分析，当河流中含沙量低于５ｋｇ／ｍ３时，含沙量与水体浊度具有较好的线性关系，基于该线性关系可推算断面含沙量。这种测验方式可实现含沙量快速、连续测验，对于含沙量波动变化明显的潮汐河段较为适宜［１０］。锦州地区一些河段近些年通过工程整治后，水流携带泥沙的能力有所减弱，为探寻断面含沙量的快速、连续测定的最优方式，以锦州义县水文站为研究实例，在同一位置采用ＯＢＳ－３Ａ浊度仪和横式采样器进行同步观测，建立采样点含沙量及对应的浊度值线性方程，对义县断面含沙量进行推求，从而对ＯＢＳ－３Ａ浊度仪在锦州地区含沙量测验进行适用性分析。
１ 测站概况
义县水文站位于义县义洲镇东北街，东经１２１°１４′，北纬４１°３３′。控制面积１８７２３ｋｍ２，区间面积为３４６３ｋｍ２，距河口１０３ｋｍ。测验河段顺直长约８００ｍ，各水位级流心偏右。中、高水横比降大。中水河面宽５００ｍ左右，高水水面宽约为９００ｍ。水位在６２．００ｍ时，左岸跑滩约５００ｍ。河床为细沙、卵石，冲淤变化较大；左岸起点距７００～９３０ｍ处有林地，高水测验不便。右岸为砌石护坡。
檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪
基本水尺
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收稿日期：２０２１－０４－１５
作者简介：陈玄通（１９８０—），男，辽宁朝阳人，助理工程师，主要从事水文勘测、水文水资源、水文测验、监督管理等工作。
（责任编辑 赵旭珍 责任校对 戈素芬）
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３水土保持应用技术 ２０２１年第４期
断面上游８００ｍ处右岸有一小水沟汇入，上游７００ｍ处有铁路桥一座，下游６００ｍ处有公路桥一座。近些年来，由于对流域的改造采取了很多的有效措施，水土流失保护工作取得了很大的成就，上游白石水库自２
０００年建成蓄水以后，蓄水滞沙对本站含沙量及输沙量影响较大，年平均含沙量和输沙量分别
为０．１０９ｋｇ／ｍ３和２．４７万ｔ。
２ 比测及精度评价方法
２．１ 比测方法
ＯＢＳ－３Ａ浊度仪基于光学测定原理，通过红外辐射光的接收对悬浮物质进行监测。建立泥沙浓度和水体浊度的相关关系，对含沙量进行推求。在进行对比观测时，将横式采样器和ＯＢＳ－３Ａ浊度仪在水文缆道在同一水平线上进行安装，采用Ｕ型比测架进行平衡和固定。ＯＢＳ－３Ａ浊度仪对横式采样器进行同步取样和数据采集。采样仪器在水中停留３ｍｉｎ后对数据采集的时间进行记录。连续测量２０次作为采样点浊度的平均值，横式采样器在开启数据采集的同时进行水样的采集，各采样点依次位于垂线各测点，在每个垂线监测点至少保持８０ｓ的观测时间，保证数据采集的时效性和准确性。从２０１６年７月至８月下旬，进行对比观测试验５５次，试验
观测含沙量在０．０２０～０．１０５ｋｇ／ｍ３之间，对整个年
份义县水文站断面含沙量进行基本涵盖。比测试验代表性较高，分布较为均匀。２．２ 精度评价指标
对比观测主要是分析采用ＯＢＳ－３Ａ浊度仪推算的含沙量和同一观测断面实测含沙量之间精度，主要采用系统误差、随机不确定度以及标准差３个指标作为比测试验的精度评价指标，各指标计算方程分别为：曲家瑞资料
系统误差
ΔＮ＝ ［（Ｃｓｉ－Ｃｓｃｉ）／Ｃｓｉ
］／（ｎ－２）（１）清朝历代皇帝
标准差
Ｓｅ
＝［１ｎ－２ （Ｃｓｉ－ＣｓｃｉＣｓｃｉ）２］１
２（２）
随机不确定度Ｘ′Ｃｓ＝２ｓｅ
（３）ＸＣｓ＝Ｘ′Ｃｓ
／２×１．１５（４）式中：ΔＮ为系统误差；Ｃｓｃｉ和Ｃｓｉ
分别为第ｉ次推求的含沙量值和实测的含沙量值，ｇ／ｍ３
；
ｎ为测点分布
的总数；ｓｅ为实测采样点的含沙量标准差；Ｘ′Ｃｓ
为９５％置信水平下的随机不确定度；ＸＣｓ为７５％置信水平下的随机不确定度。
３ 比测定线结果
３．１ 测验断面布置
在义县水文站测验断面上、中、下各布设３个观测断面，各观测断面起点距见表１，并在各观测断面同一位置布设６条测沙垂线，测沙垂线的具体位置见表２。
表１ 对比观测断面起点距范围
序号子断面号性质起点距范围１１＃上游１５０～１８０ｍ２２＃中游１４５～１７５ｍ３
３＃
下游
１５０～２００ｍ
表２ 测沙垂线分布情况
序号垂线起点距１Ｓ１２５ｍ２Ｓ２４５ｍ３Ｓ３８０ｍ４Ｓ４１２０ｍ５Ｓ５１５０ｍ６
Ｓ６
２００ｍ
３．２ ＯＢＳ浊度值与含沙量相关方程的建立
将横式采样器和ＯＢＳ－３Ａ浊度仪进行捆绑后，同步观测采集水样的浊度值，建立布设的６条测沙垂线的含沙量和浊度值之间的线性回归方程，如表３所示。
表３ 测沙垂线的含沙量和浊度值之间的线性回归方程１
）
测沙垂线
含沙量率定公式ＲＳ１Ｙ＝０．０００１８１６Ｘ－０．０３３４００．６５Ｓ２Ｙ＝０．０００１８０９Ｘ－０．０４０８５０．５８Ｓ３Ｙ＝０．０００１７７２Ｘ－０．０４１１５０．５７Ｓ４
凯特-戴琳斯Ｙ＝０．０００１７６３Ｘ－０．０４３２５０．６３Ｓ５
Ｙ＝０．０００１８３５Ｘ－０．０３４８５０．５１Ｓ６
Ｙ＝０．０００１７２５Ｘ－０．０３２１５山海经之山河图
０．５５
１
）Ｙ为含沙量；Ｘ为浊度；Ｒ为相关系数。从６条测沙垂线的浊度值和含沙量的线性方程可看出，各垂线线性方程的相关系数均在０．５以上，义县水文站浊度值和其含沙量具有较好的线性关系，这和相关研究成果中，当河流中含沙量低于
５ｋｇ／ｍ３
时，含沙量与水体浊度具有较好的线性关
系的结论相似，义县水文站多年含沙量均值为
９
３ ２０２１年第４期 胡庆武：ＯＢＳ－３Ａ浊度仪在锦州地区含沙量测验中的初探
０．１０９ｋｇ／ｍ３，低于５ｋｇ／ｍ３时，且由于近些年来，其
上游白石水库的调蓄、河道整治工程、水土保持措施的综合作用影响，河流携沙能力也逐步减弱，义县水文站含沙量值也呈现逐年减小的变化趋势，因此对于义县水文站，其浊度值和测沙垂线含沙量具有较好的线性关系。可以采用该理论方程来进行断面含沙量的推求。
３．３ 比测精度分析结果
基于上述线性关系可推算断面含沙量，结合实测含沙量进行精度对比分析，检验推算的含沙量是否满足测验精度要求。对６条测沙垂线的的含沙量推求精度进行评定，评定结果如表４所示。
表４ 义县水文站各测沙垂线的含沙量比测精度分析结果测沙垂线ＡＢＣＤＥＳ１０．６５（合格）－０．９２（免检）１．０５（合格）５．６（合格）－１．５（合格）Ｓ２０．５８（合格）－０．２１（免检）１．２１（合格）６．５（合格）－２．６（合格）Ｓ３０．６２（合格）０．２１（合格）１．４８（合格）７．３（合格）－８．３（合格）Ｓ４０．５４（合格）０．８９（合格）１．０６（合格）８．２（合格）－５．９（合格）Ｓ５０．３９（合格）０．０９２（合格）１．０５（合格）９．４（合格）６．５（合格）Ｓ６０．４７（合格）－０．２３（免检）１．１
５（合格）８．７（合格）７．４（合格）１）Ａ为符号检验；Ｂ为适线检验；Ｃ为随机不确定度；Ｄ为标准差；Ｅ为系统误差。
从比测观测试验而言，义县水文站含沙量和浊度过程变化较为一致，当浊度值增大时，其含沙量也逐步增大，当浊度值减少时含沙量也逐步减少，且含沙量的峰度值也和浊度的峰度值保持一致性。结合符号检验、适线检验、随机不确定度、标准差以及系统误差指标对义县水文站６条测沙垂线推求的含沙量和实测含沙量进行了精度对比分析，义县水文站属于国家基本水文站，按照水文测验标准规范要求，义县水文站含沙量比测试验的符号检验值在０．２～０．９之间为合格，从符号检验结果可看出，各测沙垂线符号检验均为合格。按照规范要求，６条测沙垂线中，２条测沙垂线达到免检要求，其他４条测沙垂线均可达到合格要求。此外对各测沙垂线的随机不确定度、标准差以及系统误差进行了检验，检验值均可达到水文测验标准规范要求的误差允许范围，满足泥沙测验的精度要求。４ 比测结论
（１）ＯＢＳ－３Ａ浊度仪可实现沙峰有效监测，含沙量测验测次的合理布置，可对含沙量变化过程进行有效控制，对含沙量测验时效性提升具有重要的指导意义。
（２）在使用ＯＢＳ－３Ａ浊度仪进行含沙量测验时，水流携沙能力影响悬沙粒径的垂向分布，因此对于上下层水样泥沙颗粒具有分层效应的水文站点，可依据不同水深分层建立浊度与含沙量的线性方程。
（３）当含沙量低于５ｋｇ／ｍ３时，水流浊度和含水量具有较好的线性关系，含沙量的测验精度总体可满足测验精度要求。
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收稿日期：２０２１－０４－１５
作者简介：胡庆武（１９７９—），男，辽宁朝阳人，高级工程师，主要从事水文情报预报、水资源监测评价等工作。
（责任编辑 赵旭珍 责任校对 戈素芬）
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