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泥沙测验

水文测验项目之一。泛指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。通常指河流的悬移质输沙率、推移质输沙率、河床质测定以及泥沙颗粒级配的分析。在河流上修建水库,要考虑泥沙淤积情况来确定水库的使用寿命;河道的整治、堤防的修建、航道的治理,都需要研究河流泥沙运动规律;灌溉引水工程需要考虑入渠泥沙量大小和渠道不被冲淤的水力条件;水土保持工程需要研究流域产沙过程等。泥沙测验在人类经济活动的许多方面有重要意义。

悬移质输沙率测验

悬浮在水中随水流移动的泥沙称悬移质。测验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。断面输沙率是指单位时间内通过河渠某一断面的悬移质沙量,以吨/秒或公斤/秒计。单位水样含沙量是指断面上有代表性的垂线或测点的含沙量(见河流泥沙)。断面输沙率的测验是为了准确推求断面平均含沙量,测验时根据泥沙在横向分布变化情况,布设若干条垂线。取样方法有:在每条垂线的不同测点上,逐点取样,称积点法;各点按一定容积比例取样,并予混合称定比混合法;各点按其流速比例确定取样容积,并予混合,称流速比混合法;用瓶式或抽气式采样器在垂线上以均匀速度提放,采取整个垂线上的水样,称积深法等。可根据水情、水深和测验设备条件合理选用。断面输沙率测验须与流量测验同时进行,需要进行颗粒分析的测次,同时加测水温。由于断面输沙率测验工作量大,费时较多,不可能把断面输沙率变化的每一个转折点都实地测到,更不能在泥沙变化大时逐时实测。因此,运用实测断面输沙率与测定单位水样含沙量两者相结合的方法,即在测得的断面输沙率资料中,选取1条或2~3条垂线的平均含沙量同断面平均含沙量建立稳定对应关系;这样,只要在此选定的1条或2~3条垂线的位置上测取水样,求得此单位水样含沙量后,通过上述稳定的对应关系,即可求得断面平均含沙量,并与相对应的时段平均流量相乘,即得该时段的平均输沙率,然后乘上所经的历时并累积相加,即得各种时段如日、月、年等的输沙量。由于现有悬移质泥沙采样器不能测到临近河底的沙样,因此实测悬移质输沙率不能代表真实值,必须通过实测资料的试验与分析计算,改正实测悬移质输沙率,以便得到比较符合实际的数值。

推移质输沙率测验

沿河床面滚动、移动和跳跃的沙砾称推移质;单位时间内通过河渠某一断面的推移质沙量称推移质输沙率,以公斤/秒计。推移质测验的目的,一是提供实测推移质输沙率资料,直接推求总输沙率;二是研究推移质运动规律和输沙率计算方法,为推求总输沙率提供合理方法。直接进行推移质输沙率测验的方法有:

(1)器测法,是将推移质采样器直接放在床面上采集推移质样品,这种方法应用较广。

(2)坑测法,是在河床上设置测坑,测定推移质,只在特殊需要时采用。推移质输沙率的测次,随着河床组成性质不同而异。床沙粒径小于2毫米的沙质河床,由于沙质推移质输沙率与水力因素存在密切关系,测次少些;床沙粒径大于2毫米的砾石、卵石河床,因水力因素与推移质输沙率的关系往往不密切,测次一般按水位或流量变化过程而定。推移质输沙率测验垂线数量要反映推移质输沙率的横向变化。在强烈推移带,垂线加密。每条垂线上重复取样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。

推移质输沙率与流速的高次方成比例,因此它的沿程变化剧烈。相邻河段,如果断面流速不同,两者的推移质输沙率相差十分悬殊。因此,河流推移质输沙率资料,只在某些重点测站上通过直接测验加以收集。

河床质测验

指河床质(床沙)的取样和颗粒分析。河床质资料可用来研究河流造床泥沙的横向和沿程分布,河床的冲淤变化和估算河床糙率等;根据河床质的组成,还可分析泥沙的来源。河床质取样方法按河床组成的性质不同而异。在沙质河床,主要用采样器(见泥沙测验仪器)取样。对于卵石河床,取样方法分表层和表层以下两种。

(1)表层样品的取样方法有:网格取样法,即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;面上取样法,即在所选取的面积内,采取位于表层的全部卵石作为样品;横断面取样法,即在横断面若干垂线上取样,或顺着河流流向某一平面之下收集全部表层卵石作为样品。

(2)表层以下样品的采集方法有:体积法,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,如要采集不受扰动的样品,则用冰冻取样法,即将一根管子压入河床,然后注入二氧化碳低温气体,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

指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。分析的方法有:

(1)直接法,又分尺量法和筛分析法。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。

(2)间接法,是通过测定泥沙在水中的沉降速度,再根据沉降速度与泥沙粒径的关系间接推求泥沙粒径。这类方法又分为:泥沙样品在盛清水的玻璃管中沉降的粒径计法和目测累积沉降管法,其所适用的沙样粒径范围为0.05~2.0毫米;泥沙样品在混匀悬液中沉降的吸管法;用比重计测定悬浮液中土粒分布的比重计法。此外,还有消光法和底漏管法等,这些方法适用的沙样粒径范围一般为小于0.05毫米的粉砂和粘粒。

参考书目
    水利电力部水利司主编:《水文测验手册》,第 1册,第2册,水利电力出版社,北京,1975,1976。