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泥沙测验

对流域和水体中泥沙随水流运动的形式、数量及其演变过程的观察和测量。通常在水文测验中则专指河流的悬移质输沙率、推移质输沙率、河床质的测验及泥沙颗粒级配的分析。坡面、沟谷的土壤受雨水冲蚀而发生的产沙,泥沙在河流中的运动和输移,以及泥沙在水体中沉积和冲刷,对于农业生产、水土保持、河湖整治、水资源开发利用等方面,都有广泛的影响。流域产沙量观测 通常选择一些有代表性的区域进行。

对流域和水体中泥沙随水流运动的形式、数量及其演变过程的观察和测量。通常在水文测验中则专指河流的悬移质输沙率推移质输沙率、河床质的测验及泥沙颗粒级配的分析。

坡面、沟谷的土壤受雨水冲蚀而发生的产沙,泥沙在河流中的运动和输移,以及泥沙在水体中沉积和冲刷,对于农业生产、水土保持、河湖整治、水资源开发利用等方面,都有广泛的影响。

流域产沙量观测 通常选择一些有代表性的区域进行。用目测、照相观察记载产沙现象,并在一些小河沟中施测输沙数量。这些观测往往与水土保持措施和效果的研究相结合。对面上的总情况,可采用航测、遥感等技术,取得面上的信息,结合地面典型区的实测资料进行估算。

对水体中的泥沙淤积和冲刷,一般的测算方法是:按一定时间间隔测量过水断面或水下地形,并测沉积物容重,用先后资料对比,得出冲淤数据(见水库水文测验)。或测定一定时段通过水体上下游两断面的输沙量,应用沙量平衡方程,确定两断面间冲淤变化。

河流输沙测验 对河流中的输沙测验及与之有关的泥沙颗粒分析,通常在江河的泥沙测站上和分析室中进行。现分项介绍如下:

悬移质 输沙率测验。其内容包括断面输沙率测验和单位水样含沙量(简称单沙)测验。断面输沙率测验的目的是为了准确推求断面平均沙量(简称断沙),据以建立单沙与断沙的关系。单沙的测验目的是控制河流含沙量的变化过程,通过单沙和断沙的关系,将它换算成为断沙,再与其相对应的时段平均流量相乘,即得该时段的平均输沙率。然后乘上所经历的时间并累积相加,即得各种时段(如日、月、年等)的输沙量。①单沙测验:单沙的取样位置应选择在能使测得的单沙、断沙关系保持稳定的垂线上,取样垂线数一般为1~3根。单沙的测次可按含沙量的变化情况掌握。②断面输沙率测验:与流量测验同时进行,断沙测次以能准确确定单沙与断沙的关系为原则。断沙采样垂线的数目和布设位置,应能控制含沙量的横向转折变化。垂线上采样方法有:积点法(每线几点,逐点取样)、定比混合法(各点按一定容积比例取样,并予混合)、流速比混合法(各点按其流速比例确定取样容积,并予混合)和积深法(用积深式采样器以均匀速度提放采集水样)等,可根据水情、水深和测验设备条件合理选用。在断沙测验的开始和终了,应进行相应单沙测验。

由于采样器不能取到临近河底的沙样,因此实测悬移质输沙率中床沙质部分不能代表真实值,必须借助理论公式,结合某些实测资料,确定修正系数,据以对实测值进行修正,才能得到符合实际的输沙率

推移质 输沙率测验。其方法有器测法和坑测法两种。器测法是将采样器直接放在床面上采集推移质样品,坑测法是在河床上设置测坑测取推移质。前者应用比较广泛,后者只在有特殊需要时应用。应用器测法进行推移质输沙率测验的内容包括:在垂线上施测水深,流速和单宽推移质输沙率,进行样品的颗粒分析,观测水位、比降,并取河床质作颗粒分析。推移质输沙率的测次布置随着河床组成性质不同而各不相同。对于沙质河流(床沙粒径小于2.0毫米),由于沙质推移质输沙率与水力因素存在密切关系,有可能通过后者推算前者,因此,测次可以较少。对于砾石、卵石河床(床沙粒径大于2.0毫米),由于床面在水流的作用下,床沙组成会出现显著的粗化或细化现象,在同等的水力条件下,床沙粒径变化范围很大,因此,水力因素与推移质输沙率的关系往往不密切。测次一般要按水位(或流量)的变化过程掌握施测。

推移质 输沙率测验垂线布设应控制推移质输沙率的横向变化。在强烈推移带,垂线应加密。每条垂线上应重复取样2~3次,以消除推移质的脉动影响。

用器测法施测推移质,由于仪器放到床面后,改变了床面的水流结构,因而测验成果不能完全反映实际情况,必须进行修正。修正系数通过试验求得。

河床质测验 其内容是采样河床质进行床沙颗粒分析,目的是为研究推移质单宽输沙率的横向分布、河床的冲淤变化、利用公式推算推移质输沙率和估算河床糙率、阻力等提供资料。

河床质的采样方法随着河床组成性质不同而各不相同。对于沙质河床,主要是用采样器进行取样,采样器有拖曳式、挖掘式和钻式等类,分别用于采集表层和深层样。对于卵石河床,采样方法分表层和表层以下两种。表层样品的采样方法有网格采样法(将一网格置于卵石床面,采集恰好位于网格交叉点下的各个卵石作为样品),面上采样法(在所选取的面积内,采取全部位于表层的卵石作为样品)和横断面采样法(在横断面若干垂线上取样,或在一条横过取样区域的直线之下收集全部表层卵石作为样品)。床面以下的河床质用体积采样法,将一圆桶状的采样器压入卵石河床,然后取出桶内全部样品;如要采集不受扰动样品,则用冰冻采样法,即将一根管子压入河床,然后将二氧化碳低温气体注入管内,使管子附近的孔隙水冻结,再用绞车将管子连同样品从河床中提起;对于大卵石河床,由于需要采集大量样品,须用挖土机或类似设备挖取。

泥沙颗粒分析 其内容是测定泥沙样品的沙粒粒径和各粒径组的沙量占样品总量的百分比,其成果用粒配曲线表达,曲线的横座标为粒径,纵座标为小于某粒径的沙重百分数。分析的方法有直接法和间接法两类。属于直接法的有尺量法和筛分析法,尺量法适用于大卵石的粒径测量,筛分析法适用于分析粒径在0.1~100毫米范围内的样品。间接法是通过测定泥沙在水体中的沉降速度,再根据沉速与泥沙粒径的关系间接推求泥沙粒径。属于这类方法的有泥沙样品在盛清水的玻璃管中沉降的粒径计法,其所适用的沙样粒径范围0.05~2.0毫米;还有泥沙样品在混匀悬液中沉降的吸管法、比重计法、消光法和底漏管法等,其所适用的沙样粒径范围一般为小于0.05毫米的粉沙和粘粒。