T-CI 389-2024 河流悬移质泥沙自动监测技术规程

CCSN00/09T2024-06-24发布2024-06-24实施IT/CI389—2024 2规范性引用文件 3术语与定义 4一般规定 25技术要求 26悬移质泥沙误差来源及所需资料的收集 57悬移质泥沙比测试验精度要求 6附录A（规范性）河流悬移质泥沙自动监测仪器的量程范围 12附录B（资料性）悬移质泥沙自动监测成果的比测分析报告内容 13参考文献 14T/CI389—2024本文件按GB/T1.1-2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别这些专利的责任。本文件由天宇利水信息技术成都有限公司提出。本文件由中国国际科技促进会归口。本文件起草单位：水利部信息中心、长江水利委员会水文局、天宇利水信息技术成都有限公司、松辽水利委员会水文局（信息中心）、广东省水文局、北京市水文总站、四川省都江堰水利发展中心、水利部南京水利水文自动化研究所、河南黄河水文勘测规划设计院有限公司、吉林省水文水资源局、黑龙江省水文水资源中心、陕西省水文水资源勘测中心、四川省水文水资源勘测中心、重庆市水文监测总站、江西省水文监测中心、甘肃省水文站、湖北省水文水资源中心、海南省水文水资源勘测局、通辽水文水资源分中心、河北省承德水文勘测研究中心、河北省张家口水文勘测研究中心、巴彦淖尔市水文水资源勘测中心、杭州市水文水资源监测中心、四川大学、长安大学水利与环境学院、中国南水北调集团水网智慧科技有限公司、河南誉庭岩土工程有限公司、黑龙江省水利水电集团第二工程有限公司。本文件主要起草人：宁方贵、吴鉴、毕宏伟、王亚娟、魏晓鸿、陈坚雄、曹春燕、管利群、闻建伟、王峰、李雨、王材源、王槿妍、佘焰高、吴立健、姚大中、杜兴强、王巧丽、谢静红、张幼成、蒋东进、杨溯、车树森、白冰、赵明钰、魏璟贤、宋飞、谢卫宁、邹云秀、张亚、李志琴、李鹏中、邓彬、黄维东、张英、朱晓涛、黄孝明、聂红海、成春生、穆禹含、晋宁宁、王占峰、王玉明、王云杰、张硕彦、蒋吉发、唐训海、王雨、于宝荣、龚芸、潘正文、周韩路、宋冰、王静、胡道科、聂阳、周红英、梁树栋、丘蔚天、刘鹏、欧阳千林、胡兆荣、谈晓珊、黄宗元、廖轶群、郑翔月、谢志峰、杨志斌、潘晓斌、张勇健、杨鲁斌、李俊、伍晓刚、覃光华、黎小东、霍艾迪、胡春杰、胡宇豪、杨运、高旗远、刘琴、张亮杰、顾雅丽、吴帅、丁希伟、徐宜善、郭雪莲。本文件为首次发布。T/CI389—2024河流悬移质泥沙自动监测技术规程本文件规定了河流悬移质泥沙自动监测仪器所涉及的仪器安装、系统检测、日常管理、误差来源、比测试验精度等技术要求。本文件适用于天然河流、湖泊、水库、人工河渠、受潮汐影响或水工程调节影响河流的悬移质泥沙自动监测及资料分析整理等工作。2规范性引用文件下列文件内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB/T50095水文基本术语和符号标准SL/T247水文资料整编规范3术语与定义GB/T50095界定的以及下列术语和定义适用于本文件。3.1河流泥沙riversediment河水挟带的岩土颗粒。3.2泥沙特性sedimentproperty泥沙颗粒或泥沙混合物的物理、化学性质。3.3悬移质suspendedload悬浮于水中并随水流移动的泥沙及胶质物等。3.4泥沙密度densityofsediment单位体积泥沙的质量。3.5悬移质采样器suspendedloadsampler用于采集悬移质水样的仪器。2T/CI389—20243.6同位素测沙仪radioisotopesedimentconcentrationmeter应用放射性同位素通过不同含沙浓度浑液强度有不同程度衰减的原理来测定含沙量的仪器。3.7光学测沙仪opticssedimentconcentrationmeter应用光学逆投影成像、比浊法、米氏（Mie）散射原理、光谱测定等一种或多种组合的方法测量悬移质含沙量的仪器。3.8振动式测沙仪vibrationalsedimentconcentrationmeter应用振动原理和电子技术测定含沙量的仪器。3.9超声波测沙仪acousticsedimentconcentrationmeter利用超声波穿过含沙量不同的水体强度衰减不同的原理来测量含沙量的仪器。4一般规定4.1河流悬移质泥沙自动监测断面选址前，应对下列监测环境进行调查了解：a）河段顺直度、紊流影响、沉水或挺水植物、漂浮物或漂浮植物、槽滩结构形态、冲淤变化等河槽结构形态及变化情况。b）特征水位、洪水涨落、水位季节性或时段型变化幅度、水体流速流态、含沙量量级、断面特征、航运状况等河流水情。c）测验河段安装位置是否有非自然光、声波、电磁波等直接严重干扰，通讯信号是否覆盖等，是否是取水或排水口位置。d）分析测验河段水体情况，水质是否属于重度污染、油性污染等。4.2采用河流悬移质泥沙自动监测仪器时应适时检查固件和软件版本，并及时升级。4.3河流悬移质泥沙自动监测仪器使用的数据后处理第三方软件应经测试，衔接相关技术规程并符合《水文资料整编规范》的要求，以保证量值传递正确。5技术要求5.1基本要求5.1.1河流悬移质泥沙自动监测仪器适用安装条件应满足下列要求：a）测验河段宜顺直、稳定、水流集中，无分流岔流、斜流、回流、死水等现象，应避开河床水草等植物、强磁场等影响，否则会影响测量精度。3T/CI389—2024b）应避开测验河段安装位置有非自然光、声波、电磁波等严重干扰的位置，应避开取水或排水口位置。c）测验河段水体存在重度污染、油性污染等情况的，应避开选择光学原理的悬移质泥沙自动监测仪器，根据污染情况应慎重选择超声波原理的悬移质泥沙自动监测仪器。d）测验河段应具备牢固稳定的安装条件和水深范围，不宜长期暴露在空气中。针对冬季存在封冻情况的河段或者枯水期仪器长期暴露在空气中，造成悬移质泥沙自动监测仪器不能正常运行，可进行断电处理或拆回处理。5.1.2对于河口区宽阔河段，同一断面宜采用多台仪器不同垂线同步自动监测。5.1.3使用河流悬移质泥沙自动监测仪器时，应符合如下质量要求：a）河流悬移质泥沙监测仪器应符合出厂质量标准和指标参数要求，并进行校准。b）在测前准备阶段，正确使用仪器出厂提供的自检程序对仪器进行检验。c）根据自动监测水域水文泥沙特性对仪器的各项参数进行优化设置。d）定期对河流悬移质泥沙自动监测成果进行合理性检查，排除仪器自身原因。e）正确操作和掌握仪器的安装、拆卸，排除常见故障。f）资料备份及存储管理安全可靠。5.1.4选用河流悬移质泥沙自动监测仪器时,应在适宜悬移质泥沙自动监测仪器的量程范围内进行选型，不同量程范围适用仪器参考附录A。5.2仪器的安装及使用要求5.2.1安装方式应符合下列规定：a）安装支架的设计应方便河流悬移质泥沙自动监测仪器的安装维护。b）仪器可安装在河岸边、水位自记井、桥墩建筑物或水泥灌注桩上。c）仪器可安装在水下基座或锚定的浮体上或测船上。5.2.2仪器载体（浮体、测船）应符合下列要求：a）无漂浮物和船只触碰影响；b）仪器的数量和位置，根据断面含沙量分布分析以及试验确定。c）使用多台仪器时，设备保持或基本保持在同一断面线上。d）流速、波浪较小，漂浮物不大时，采用船形或圆形等专用浮体。e）流速、波浪较大，漂浮物较多较大时，浮体摇晃影响观测且断面能行船时，采用水文测船。5.2.3采用水文测船时，可安装在船头、船弦或穿透船体的竖井内，并应符合下列要a）水深较小时可采用船头安装或船体竖井安装。b）水深较大时可采用船舷安装。4T/CI389—2024c）根据水流速度、水面波浪、测船吃水深度、船底形状等因素，减小传感器入水深度，但应保证传感器在工作过程中始终不露出水面。d）保证船体不妨碍仪器信号的发射和接收。5.2.4安装支架应符合下列规定：a）设计应以结构简单、操作方便、升降转动灵活、安全可靠为原则。b）应根据所使用仪器的结构特点专门设计、定制安装支架或直接使用仪器生产商提供的配套支架。c）结构应牢固稳定，应采用防锈、防腐蚀能力强,重量轻，强度大的材料制作。d）宜配置仪器探头保护装置，以防止碰撞仪器的探头表面。5.2.5仪器安装位置应符合下列规定：a）安装时，仪器探头至水面、河底的距离，不得小于所选仪器规定的有效距离。b）在仪器安装位置取样时，注意不要碰撞仪器，应从侧面下游位置靠近。c）工作时，仪器安装位置区域不得有水草、漂浮物等影响仪器正常工作的杂质。5.3仪器自检使用河流悬移质泥沙自动监测仪器前应进行仪器自检，并应符合下列要求：a）通过随机配置的仪器状态检测软件进行逐项自检，判断仪器是否正常，保证数据的可靠性。b）可设置每日定时自动自检。c）保存自检结果。d)应将仪器时间与服务器时钟同步。5.4参数设置5.4.1应根据测验河段悬移质泥沙含量的特性，设置合理的采样历时和采样间隔，以减少水流脉动对仪器测量数据的影响。5.4.2具有自动清洗装置的仪器，使用前应根据测验河段悬移质泥沙含量的特性，设置合理的自清洁频率，以减少维护工作。5.5日常数据检查5.5.1测量结束时，应及时检查成果，分析评价自动监测成果质量，检查内容应符合下列要求：a）检查参数设置的合理性，对于采集命令有错的需要立即重新设置并重新测量。b）查看监测数据，发现监测数据异常、中断，应当及时进行原因分析、故障排除及恢复处理。c）检查系统电源电压等工况数据，确保仪器运行正常。5.5.2自动监测数据文件保存应符合下列要求：a）文件名的编制规则应统一，可由断面名和流水号组成。5T/CI389—2024b）仪器设置、仪器自检和河流悬移质泥沙含量自动监测总结文件应打印并附在记录表后保存。c）同一个项目文件夹，应至少保存在两处具有物理隔绝的独立介质中，实行异地备份。5.6仪器检查与保养5.6.1应重视仪器的安全工作，保证仪器固定牢固、不丢失。5.6.2定期查看仪器周边环境情况，及时清理仪器周边拦挂的漂浮物。5.6.3定期对仪器进行检查，内容应包括仪器是否被撞或被刮划检查、防腐蚀部件检查、电缆（信号）线检查：a）如仪器有明显的裂痕或较深的划痕时，应检验是否影响测量精度。b）防腐蚀部件腐蚀严重时，应更换新的部件。c）电缆（信号）线破损、漏电时，应维修或更换。5.6.4仪器安全管理及保养应符合下列要求：a）在仪器安装位置附近做好警示，防止船只从仪器后部撞坏接线装置。b）供电系统按规定作好保养。c）发现有无关人员在仪器附近逗留、游玩时，应及时劝阻。d）发现有漂浮物在仪器附近影响系统安全时，应及时清理。e）检修时，船只应从侧面向仪器靠近，或预先将仪器提出水面。5.7仪器检验5.7.1仪器检验应包括对比自动监测数据、固件升级、返厂维修及厂商返回。5.7.2仪器可靠性对比自动监测应符合下列要求：a）仪器首次使用以及仪器维修后首次使用，应开展1次现场比测检验。b）仪器固件版本升级后，应开展1次现场比测检验。c）每年汛期前应至少开展1次现场比测检验。d）对需要校准的仪器，使用期间，应定期进行工作曲线的校测，以保证工作曲线的一致性。6悬移质泥沙误差来源及所需资料的收集6.1误差来源悬移质泥沙测验误差分量应为仪器、水样处理、采样历时、垂线取样方法和取样垂线数目等各项，不同测验方式的误差，应由各分项误差组成。6.2误差组成6.2.1仪器误差，为仪器处于标准工作状态下，同参证仪器比测的偏差。6.2.2水样处理误差，为不同的水样处理方法或操作带来的误差。6.2.3CsI型误差，为垂线上单点取样的有限历时所引起的脉动误差。6T/CI389—20246.2.4CsⅡ型误差，为有限取样点数和计算规则所引起的垂线均含沙量的误差。6.2.5CsⅢ型误差，为有限垂线数目和计算规则所引起的断面均含沙量的误差。6.3误差收集6.3.1分析仪器误差，应收集各级含沙量的不少于30次的仪器比测资料。6.3.2分析水样处理误差，应根据不同水样处理方法的主要误差来源，通过试验收集水样处理误差的资料。6.3.3分析CsI型误差，应在不同水位与含沙量级时，在中泓、中泓边和近岸边不同位置的0.6相对水深处，连续取30个样品作为一组并收集各种条件下的30组资料。6.3.4分析CsⅡ型和CsⅢ型误差，应收集各级水位、各级含沙量的30次以上的二点法或积深法的多垂线资料。7悬移质泥沙比测试验精度要求7.1比测要求7.1.1比测试验应在枯季、汛期的不同洪水过程的不同悬移质含沙量级开展比测。有效比测总次数应不少于30次，比测特征值数据宜涵盖悬移质含沙量变化范围的75%。7.1.2用于比测分析的断面平均含沙量资料，应采用人工取样分析处理，人工施测的垂线数和测点数布置根据测验任务书或资料使用要求确定，其单次含沙量误差应小于误差指标值的75%，断面平均含沙量的误差指标可参照单次含沙量误差指标值执行。7.1.3应按SL/T247的规定检验待验证仪器与参证方法泥沙取样分析成果是否属于同一个总体。7.2比测时机7.2.1分析测验河段含沙量变化，区分不同流量级和含沙量级进行比测，分级数不少于10个。多个代表含沙量关系的，每一代表关系的流量或含沙量分级数不少于6个。7.2.2每一流量或含沙量分级进行3～5次比测，条件不足时至少进行2次。7.2.3多个含沙量计算模型衔接时，应衔接1～3个测点，测点互差应不大于10%。7.2.4除了明确可以确定的粗差外，不得舍弃比测点据，每一关系线用于定线的有效点据不少于20个。7.2.5间测站和巡测断面在巡测方案确定的巡测期内进行比测。7.2.6代表含沙量的测次与全断面含沙量的测次同步。7.2.7当含沙量变率较大，受自动监测条件限制，无法实现代表含沙量与全断面平均含沙量的观测中时刻完全一致的，可将泥沙监测的测次间隔加密至近似连续观测，代表含沙量样本数据按照全断面平均含沙量参比样本的测次时间，从代表含沙量过程线上摘录获得。不应在较大间隔测次上采取插补、推算。7.3含沙量关系模型建立7.3.1点含沙量模型建立7T/CI389—2024点含沙量模型建立如下：a）根据仪器的一点（线、水平层）或多点（线、水平层）含沙量数据与同时实测人工取样分析的垂线平均含沙量数据建立关系，建立、优化断面含沙量模型；b）悬移质泥沙自动监测仪器数据与人工取样分析含沙量建立关系模型时，其相关系数不应小于0.9。7.3.2断面含沙量模型建立断面含沙量模型建立如下：a）根据仪器的一点（线、水平层）或多点（线、水平层）含沙量数据与同时实测的断面平均含沙量数据建立关系，建立、优化断面含沙量模型；b）悬移质泥沙自动监测仪器数据与断面平均含沙量建立关系模型时，其相关系数不应小于0.9。7.4比测定线精度要求7.4.1用于比测分析的测点含沙量资料，应采用人工取样分析处理。也可通过其他已定精度的测量方法作为基准，率定、校准、优化含沙量模型和测验方案。7.4.2由于泥沙运动的复杂性，在测验过程中，产生误差的环节较多，特别是容易产生较大的系统误差，因此，应经常注意合理性检查与分析，这是保证泥沙测验质量的最重要环节。7.4.3误差统计方法a）实测点标准差标准差可按式（1）计算:1（1）式中：ci——测沙仪第i次的含沙量；csi——常规法测验第i次的含沙量；n——实测次数。b）随机不确定度随机不确定度可按式（2）计算：X'=2se（2）式中：X'——置信水平为95%的随机不确定度；8T/CI389—2024Se——实测点标准差。c）系统误差在重复性条件下，对同一被测量进行无限多次测量所得结果的平均值与被测量的真值之差，可按式（3）计算：（3）式中： δ——系统误差，单位为%;n——测次总数；i——测次号。7.4.4稳定的测点含沙量比测定线精度应符合以下要求：表1悬移质泥沙等关系曲线法定线精度指标表站类定线方法定线精度指标系统误差（%）随机不确定度（%）一类精度站单一线法22多线法26二类精度站单一线法26多线法28三类精度站各种曲线30注1：当含沙量小于0.050kg/m³时，可采用样本累积方法，用绝对误差进行精度评定。如果累计误差不超过8%，则可以采用此新方法进行精度评定。注2：专用站或巡测站（有泥沙项目）可根据测站任务书要求或资料使用需求确7.5关系曲线检验7.5.1符号检验进行符号检验时，分别统计测点偏离曲线的正、负号个数（偏离值为零者，作为正、负号测点各半分配），按公式（4）计算统计量u值，并将其与用给定的显著性水平α查表2所得的u1−a/2值比较。当计算的u1−a/2值比较。当计算的u<u1−a/2时则认为合理，即接受假设；否则拒绝原假设。式中：9T/CI389—2024u——统计量；n——测次总数；k——正号或负号个数；p、q——正、负号概率，各为0.5；*——连续改正数（离散型转换为连续型）。7.5.2适线检验进行适线检验时，按测点由低至高排列顺序，从第二点开始统计偏离正负符号变换，变换符号记1，否则记0。统计记“1”的次数，按公式(5）计算u值，并与给定的显著性水平α查表2的u1−a比较，当u<u1−a则认为合理，即接受检验；否则拒绝原假设。式中：u——统计量；n——测次总数；k——变换符号次数，k<0.5(n−1)时做检验，否则不做此检验；p、q——变换、不变换符号的概率，各为0.5。7.5.3偏离数值检验进行偏离数值检验时，按公式(6)、公式(7）分别计算t值、s值，并将t值与用给定显著性水平α查表3的t1−a/2值比较，当t<t1−a/2则认为合理，即接受检验;否则拒绝原假设。（6）式中：t——统计量；——平均相对偏离值；s——的标准差；s——p的标准差；n——测次总数；pi——测点与关系曲线的相对偏离值。7.5.4检验结果当上述三种检验结果均接受原假设时，应认为定线正确；若三种检验（或其中一种、二种检验）结果拒绝原假设，应分析原因，对原定线适当修改，重做检验。T/CI389—20247.5.5显著性水平α值的选用与临界值的确定要求:a）符号检验，α值采用0.25，临界值按表2确定。b）适线检验，α值采用0.05～0.10，临界值按表2确定。c）偏离数值检验，α值采用0.10～0.20，临界值按表3确定。表2临界值u1−a/2与u1−a显著性水平α0.050.100.25置信水平1-α0.950.900.75u1−a/21.961.641.15u1−a1.641.28-表3临界值t1−a/2αk68203060∞0.052.452.312.232.132.092.042.001.960.101.941.861.811.751.731.701.671.650.201.441.401.371.341.331.311.301.280.301.131.111.091.071.061.061.051.04注：表中k为自由度，对于偏离数值检验，取k=n-1(n为测点总数)；对于t(学生氏)检验，取k=n1+n2-2(n1、n2分别为第一、第二组测点总数)。7.6代表含沙量关系使用7.6.1代表含沙量关系率定，新关系线相对于原关系线的偏离超过10%，应采用新关系线，不大于10%可继续沿用。7.6.2关系线使用期间发生超关系线范围的，应及时补充比测。补充比测的有效比测点据，应符合7.2的要求。7.6.3可3～5年进行率定一次。不作比测率定的年份，应进行关系线检验，根据检验结果确定原关系线是否可以沿用。7.6.4进行检验时，应以比测率定等精度条件，至少实测10个以上点据，可仅在当年水位变幅内均匀分布。7.6.5关系线的使用，超出定线范围的，延长使用时，应按以下规定执行：a）使用二次多项式类型的关系线时，外延部分不超过15%。b）使用一次单项式类型的关系线时，外延部分不超过20%。c）当超出上述外延限制范围时，改用全断面实测方法测沙，并及时