水文測(cè)驗(yàn)與資料收集-河流泥沙測(cè)算（工程水文課件）

河流泥沙測(cè)算目錄1泥沙測(cè)驗(yàn)的意義2河流泥沙測(cè)算泥沙測(cè)驗(yàn)的意義01（1）淤積河道，使得河床逐年抬高，造成河流泛濫。（2）造成河道游蕩（3）形成地上“懸河”1泥沙的危害（4）造成水庫淤積，降低防洪、灌溉能力（5）磨損水力機(jī)械2泥沙的用處（1）粗顆粒是良好的建筑材料；細(xì)顆粒泥沙進(jìn)行灌溉，可以改良土壤，使鹽堿沙荒變?yōu)榱继?。?）引黃河泥沙充填采煤沉陷區(qū)。（3）用黃河泥沙制磚3泥沙測(cè)驗(yàn)的意義（1）了解泥沙的特性、來源、數(shù)量及其時(shí)空變化。（2）提供可靠的依據(jù)。河流泥沙測(cè)驗(yàn)02河流中的泥沙主要分為：懸移質(zhì)泥沙、推移質(zhì)泥沙、河床質(zhì)泥沙，目前，河流泥沙測(cè)驗(yàn)主要是針對(duì)懸移質(zhì)泥沙開展的。河流中懸移質(zhì)泥沙的測(cè)驗(yàn)主要是測(cè)定水流中的含沙量和輸沙率。

1泥沙測(cè)驗(yàn)（1）含沙量的測(cè)量

含沙量測(cè)驗(yàn)，一般需要采樣器從水流中采取水樣。我國(guó)目前使用較多的采樣器是橫式采樣器和瓶式采樣器，取得的水樣后要經(jīng)過量積、沉淀、烘干、稱重等步驟，才能得出一定體積渾水中的干沙重量。

橫式采樣器

橫式采樣器屬于瞬時(shí)采樣器，器身為圓管，容積500～3000ml，兩端有筒蓋，取樣時(shí)張開兩蓋，將采樣器下放至測(cè)點(diǎn)位置，水樣自然的從筒內(nèi)流過，操縱開關(guān)關(guān)閉桶蓋。

普通瓶式采樣器由容積為500～2000ml的玻璃瓶制成，瓶口加有橡皮塞，塞上裝有進(jìn)水管和排氣管，調(diào)整進(jìn)水管和排氣管出口的高差ΔH，選用粗細(xì)不同進(jìn)水管和排氣管，可以調(diào)整進(jìn)口流速。瓶式采樣器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，屬于積時(shí)式的范疇，可以減少含沙量的脈動(dòng)影響。

瓶式采樣器

利用γ射線穿過水樣時(shí)，強(qiáng)度將發(fā)生衰減的原理制成。其衰減程度與水樣中含沙量的大小有關(guān)，可利用γ射線衰減的強(qiáng)度反求含沙量。同位素測(cè)沙儀（2）輸沙率測(cè)算垂線平均含沙量計(jì)算

根據(jù)測(cè)點(diǎn)的水樣，得出各測(cè)點(diǎn)的含沙量之后，可用流速加權(quán)計(jì)算垂線平均含沙量。例如暢流期的垂線平均含沙量的計(jì)算式為：

一點(diǎn)法：

二點(diǎn)法：

三點(diǎn)法：

五點(diǎn)法：

斷面輸沙率計(jì)算

根據(jù)各條垂線的平均含沙量，配合測(cè)流計(jì)算的部分流量，即可算得斷面輸沙率Qs為：

式中：qi

---第i根垂線與第i-1根垂線間的部分流量；

ρmi

---第i根垂線的平均含沙量。

斷面平均含沙量計(jì)算

斷面平均含沙量：

河流泥沙目錄1河流泥沙概念2河流泥沙來源3河流泥沙影響因素河流泥沙概念01（1）河流泥沙概念

隨水流運(yùn)動(dòng)以及構(gòu)成河床的固體顆粒稱為河流泥沙，又稱固體徑流，它不僅包括在水流中運(yùn)動(dòng)或相對(duì)靜止的粗細(xì)泥沙，還包括河道中的礫石與卵石。

泥沙運(yùn)動(dòng)和沉積是河流中重要的水文現(xiàn)象，對(duì)河流水文情勢(shì)、河流發(fā)育以及河床演變影響極大。鑒于我國(guó)大多數(shù)河流挾帶泥沙，興修水利工程和進(jìn)行流域治理時(shí)，不僅需要研究河流水文情勢(shì)，也要考慮與之相伴的泥沙運(yùn)動(dòng)狀況。1河流泥沙概述

河流中的泥沙，按其運(yùn)動(dòng)形式可分三類：懸移質(zhì)泥沙：浮于水中并隨之運(yùn)動(dòng)；推移質(zhì)泥沙：受水流沖擊沿河底移動(dòng)或滾動(dòng)；河床質(zhì)泥沙：相對(duì)靜止而停留在河床上。

三者可隨隨水流條件的變化而相互轉(zhuǎn)化。一般情況，河流中泥沙以懸移質(zhì)為主。（2）河流泥沙分類河流泥沙來源02（1）坡面侵蝕（2）河槽沖刷（3）風(fēng)沙沉積（4）泥石流2河流泥沙的來源

流域表層的土壤或巖石碎屑在風(fēng)吹日曬、水沖以及地球重力的作用下，從原來所處狀態(tài)剝離、沖刷、搬運(yùn)而隨徑流注入河道的水土流失過程，稱為坡面侵蝕。（1）坡面侵蝕

河道中水流沖刷河底或兩岸的土壤或巖石，均稱為河槽沖刷。河流上、中游，河底沖刷使河床下切是侵蝕主要形式。河流下游，水流主要是沖刷岸灘，使河道斷面變形。河槽沖刷增大了河水的含沙量。（2）河槽沖刷強(qiáng)風(fēng)吹過沙源區(qū)，會(huì)卷起地表泥沙顆粒。其中，稍大沙粒因重力作用移動(dòng)距離小而降落在附近的河中，稍小沙粒則會(huì)被風(fēng)挾帶到遠(yuǎn)處再降落到河中。這也是河流泥沙的來源之一，但比重極小。（3）風(fēng)沙沉積

山區(qū)暴雨有時(shí)會(huì)形成挾帶大量沙石等雜質(zhì)的洪流，稱為泥石流。泥石流會(huì)使得河流中的泥沙量驟增。（4）泥石流河流泥沙影響因素03(1)河流泥沙含量受氣候(2)下墊面(3)河道形態(tài)(4)人類活動(dòng)3河流泥沙影響因素

氣溫、降水、濕度、風(fēng)力等氣候因素對(duì)河流泥沙影響很大。一般而言，降雨強(qiáng)度低，坡面徑流小，土壤侵蝕也小；而降雨的強(qiáng)度高而集中，則侵蝕量大，會(huì)使河流泥沙增多；氣溫、濕度、風(fēng)力等因素與植被狀況關(guān)系密切，也會(huì)間接影響河流泥沙含量。(1)河流泥沙含量受氣候

下墊面因素，如地表坡度、土壤結(jié)構(gòu)、地質(zhì)條件、植被狀況也都影響河流泥沙。地勢(shì)平緩且植被良好的流域，河流泥沙含量小；地形起伏且植被差的流域，河流泥沙含量較大。黃土區(qū)因土壤疏松又富含碳酸鈣，抗侵蝕力低，易于被暴雨徑流沖刷，而使河流泥沙含量大。沙質(zhì)土區(qū)域則由于雨水易于下滲，坡面徑流沖刷作用小，但風(fēng)蝕又較為突出。(2)下墊面因素

河道的縱比降、河段局部地形因?yàn)楦淖兯鳁l件而使河槽沖淤發(fā)生變化，也就改變了河中水流挾帶泥沙的狀況。(3)河道形態(tài)

破壞林地、陡坡開荒、開礦采油等人類活動(dòng)會(huì)改變地表?xiàng)l件，加大侵蝕而導(dǎo)致河流泥沙增大；而流域治理、興建淤地壩、植樹造林等活動(dòng)則可改善地表狀況，減小侵蝕及河流泥沙。(4)人類活動(dòng)河流泥沙測(cè)算目錄1設(shè)計(jì)年輸沙量推求2懸移質(zhì)輸沙量的年內(nèi)分配設(shè)計(jì)年輸沙量推求011設(shè)計(jì)年輸沙量推求

懸移質(zhì)設(shè)計(jì)年輸沙量的變化表現(xiàn)在各年輸沙總量的差異上面。在水文計(jì)算中,一般采用頻率計(jì)算方法來確定懸移質(zhì)設(shè)計(jì)輸沙量年際變化的統(tǒng)計(jì)特征值。(1)有長(zhǎng)期資料（包括延長(zhǎng)后的）時(shí)

在資料不足的情況下,可以設(shè)法建立懸移質(zhì)年輸沙量變差系數(shù)Cv,s與年徑流量變差系數(shù)Cv,Q的相關(guān)關(guān)系,從而由年徑流量變差系數(shù)去推算懸移質(zhì)年輸沙量的變差系數(shù),通常用下式計(jì)算：(2)缺乏泥沙資料時(shí)

式中K—系數(shù)，隨河流特性而異，由水文手冊(cè)可查取。年輸沙量的偏差系數(shù)Ｃs,s

，一般可考慮用Cｖ,ｓ的２倍。

表1我國(guó)北方多沙河流懸移質(zhì)統(tǒng)計(jì)參數(shù)由前述方法求得Ｗｓ，Ｃv,s

和Ｃs,s后,一般采用皮爾遜Ⅲ型頻率曲線繪制懸移質(zhì)年輸沙量頻率曲線,據(jù)此根據(jù)式確定不同頻率的懸質(zhì)量移設(shè)計(jì)年輸沙量。

我國(guó)北方多沙河流懸移質(zhì)觀測(cè)資料統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明,泥沙的年際變化遠(yuǎn)大于徑流的年際變化,河流年輸沙量的變差系數(shù)Ｃv,s一般比年徑流的變差系數(shù)Ｃv,Q大。懸移質(zhì)輸沙量的年內(nèi)分配021

懸移質(zhì)輸沙量的年內(nèi)分配

懸移質(zhì)輸沙量的年內(nèi)分配可由各月輸沙量或汛期輸沙量占全年輸沙量的相對(duì)百分比表示。由于汛期暴雨洪水集中,侵蝕強(qiáng)烈,汛期輸沙量的絕大部分集中在暴雨時(shí)期,常達(dá)到全年輸沙量的70%~80%,因此懸移質(zhì)輸沙量的年內(nèi)分配過程基本上與徑流量的年內(nèi)分配過程相似,且與洪峰流量大小有關(guān)。同一流域各年輸沙量的大小不同，其年內(nèi)分配也不相同。(1)在有長(zhǎng)期實(shí)測(cè)泥沙資料的情況下可從中選出豐沙、平沙和枯沙三種代表年份，分析各年輸沙量年內(nèi)分配的規(guī)律，作為水工設(shè)計(jì)時(shí)參考使用。常用水文比擬法，移用參證流域輸沙量的典型年內(nèi)分配，作為設(shè)計(jì)流域懸移質(zhì)輸沙量的代表年內(nèi)分配。(2)在資料不足或缺乏時(shí)【例】某設(shè)計(jì)流域