1、第六章 泥 沙 測(cè) 驗(yàn),天然河流挾帶的泥沙，直接影響河道的演變，也影響著人類的發(fā)展。世界上很多河流挾帶的泥沙，形成的沖積平原、河谷和河口地區(qū)的三角洲大多是工農(nóng)業(yè)發(fā)達(dá)地區(qū)；同時(shí)，河床泥沙也可作為自然資源加以利用，例如，可以改良土壤和作為建筑材料等。但河流泥沙也給人類帶來(lái)了一定的問(wèn)題，例如，泥沙在河渠、湖泊和水庫(kù)等淤積，常給防洪、發(fā)電和航運(yùn)等造成困難；河床沖刷、水土流失會(huì)使生態(tài)失去平衡。為達(dá)到興利除害、解決泥沙問(wèn)題，必須系統(tǒng)地掌握河道泥沙信息，掌握時(shí)空變化規(guī)律，因此，進(jìn)行泥沙測(cè)驗(yàn)是十分必要的。,第一節(jié) 泥沙運(yùn)動(dòng)及其分布 一、 河流泥沙的運(yùn)動(dòng)及分類 河流向下游輸送的不同顆粒大小的泥沙總稱為全沙。 按

2、照泥沙的運(yùn)動(dòng)方式，全沙可分成懸移質(zhì)和推移質(zhì)。懸移質(zhì)是指懸浮于水中，與水流基本相同的速度運(yùn)動(dòng)的泥沙；推移質(zhì)是指在河床上以滾動(dòng)、滑動(dòng)或跳躍的方式運(yùn)動(dòng)的泥沙。 (河床質(zhì) ) 按照河流泥沙的來(lái)源，全沙又可分為沖瀉質(zhì)和床沙質(zhì)。沖瀉質(zhì)是指懸移質(zhì)中不參與造床作用的那部分泥沙，來(lái)源于徑流對(duì)流域表面的浸蝕；床沙質(zhì)是指全沙中參與造床作用的那部分泥沙，主要來(lái)源于床沙。,二、 河流泥沙的脈動(dòng)現(xiàn)象 天然河流的水流一般都是紊流。水流中任一點(diǎn)的流速、流向和含沙量都是隨時(shí)變化的，懸移質(zhì)的運(yùn)動(dòng)也是隨時(shí)變化的，這種情況構(gòu)成了泥沙的脈動(dòng)現(xiàn)象。河流泥沙脈動(dòng)強(qiáng)度與流速脈動(dòng)強(qiáng)度及泥沙特性等因素有關(guān)，并且大于流速脈動(dòng)強(qiáng)度。泥沙脈動(dòng)是影響泥

3、沙測(cè)驗(yàn)資料精度的一個(gè)因素，在進(jìn)行泥沙測(cè)驗(yàn)及其儀器的設(shè)計(jì)和制造時(shí)，必須充分考慮。,三、 懸移質(zhì)泥沙的斷面分布 懸移質(zhì)含沙量在垂線上的分布，一般是自水面向河底逐漸增加，近河底處含沙量最大。垂線上含沙量分布的特征與泥沙的脈動(dòng)及泥沙的自重影響是相應(yīng)的。垂線含沙量的分布還隨著泥沙顆粒大小的不同而變化。底部的粗沙較上層多，且粗沙的垂直分布不均勻，而泥沙愈細(xì)，垂直分布就愈趨均勻。,懸移質(zhì)含沙量沿?cái)嗝娴臋M向分布，受河流特性（如河道情勢(shì)、橫斷面形狀等）、泥沙特性和水力條件等因素的影響而變化。單式斷面上如河道順直、水深較大，則含沙量橫向分布比較均勻。在復(fù)式斷面上或有分流漫灘、水深較淺、沖淤頻繁的斷面上，含沙量的橫

4、向分布將隨流速及水深的橫向變化而變化。由于岸邊流速趨近于零，而含沙量卻不趨近于零，所以，含沙量的橫向分布變化較流速橫向分布相對(duì)變化小。河流的懸移質(zhì)泥沙顆粒越細(xì)，含沙量的橫向分布就越均勻。,第二節(jié) 懸移質(zhì)泥沙測(cè)驗(yàn) 河流中懸移質(zhì)泥沙的多少及其變化規(guī)律是通過(guò)測(cè)定水流中懸沙的濃度（即含沙量）來(lái)確定的。所謂含沙量是指單位體積渾水中所含懸移質(zhì)干沙的質(zhì)量，實(shí)際應(yīng)用時(shí)，不考慮各地區(qū)重力加速度的差異，以重量代替質(zhì)量，其公式為 (6-1) 單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)河渠某一測(cè)驗(yàn)斷面的懸移質(zhì)干沙的質(zhì)量，稱斷面懸移質(zhì)輸沙率。斷面懸移質(zhì)輸沙率是斷面流量和斷面平均含沙量之積，即 (6-2),懸移質(zhì)泥沙測(cè)驗(yàn)的目的在于測(cè)得通過(guò)河流測(cè)驗(yàn)斷

5、面的懸移質(zhì)輸沙率及其變化過(guò)程。由于輸沙率隨時(shí)變化，以目前的技術(shù)水平要直接施測(cè)其連續(xù)的變化過(guò)程是困難的。我國(guó)絕大部分測(cè)站的實(shí)測(cè)資料分析表明，一般河流斷面平均含沙量與斷面上有代表性的垂線或測(cè)點(diǎn)的含沙量（即單樣含沙量，簡(jiǎn)稱單沙）存在著較好的相關(guān)關(guān)系。施測(cè)斷面輸沙率的工作量大，而取單沙較簡(jiǎn)單?？捎檬y(cè)單沙以控制河流的含沙量隨時(shí)間變化過(guò)程，以較精確的方法在全年施測(cè)一定數(shù)量的不同沙情、水情的斷面輸沙率，建立相應(yīng)的單沙斷沙關(guān)系，由單沙過(guò)程資料推求斷沙過(guò)程資料。懸移質(zhì)泥沙測(cè)驗(yàn)的主要內(nèi)容除了測(cè)定流量外，還必須測(cè)定水流含沙量，水流含沙量測(cè)驗(yàn)包括斷面平均含沙量（或斷面輸沙率）測(cè)驗(yàn)和單沙測(cè)驗(yàn)。,一、 懸移質(zhì)泥沙測(cè)驗(yàn)儀

6、器 1 瞬時(shí)式采樣器 2 瓶式采樣器 3 調(diào)壓積時(shí)式采樣器,4 光電測(cè)沙儀 當(dāng)用一穩(wěn)定的光源透射含沙量為、厚度為L(zhǎng)的含沙渾水層時(shí)，由于產(chǎn)生吸收、反射和散射的作用，使透射光強(qiáng)度減弱，其關(guān)系可用指數(shù)公式表示為 （6-5） 透射光強(qiáng)I用光電池或光導(dǎo)管的光電效應(yīng)中反映和測(cè)定。測(cè)定含沙量前，預(yù)先檢定出水樣的含沙量和光電流之間的關(guān)系曲線（或公式）。因此，施測(cè)時(shí)只要根據(jù)測(cè)得的光電流數(shù)值即可通過(guò)率定曲線求得水流的含沙量。 光電測(cè)沙儀用于野外現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定含沙量，可省掉取水樣和水樣處理工作，同時(shí)有可能連續(xù)自記的優(yōu)點(diǎn)。泥沙顆粒級(jí)配和泥沙顏色的影響，渾水水樣的渾濁度與含沙量的關(guān)系不穩(wěn)定 。含沙量較小時(shí)使用。,5振動(dòng)式測(cè)沙

7、儀 振動(dòng)式測(cè)沙儀就是根據(jù)不同密度液體通過(guò)振動(dòng)管時(shí)，振動(dòng)頻率會(huì)根據(jù)密度的不同而發(fā)生變化的原理，通過(guò)振動(dòng)、傳感、換算等工作流程而獲取實(shí)時(shí)泥沙數(shù)據(jù)。但是，試驗(yàn)人員又面臨兩難境地，按設(shè)計(jì)原理，振動(dòng)管越長(zhǎng)、越大，越能使液體密度測(cè)驗(yàn)更精確，但是在黃河之上，高含沙水流通過(guò)太長(zhǎng)的振動(dòng)管時(shí)，就會(huì)發(fā)生沉淀，反而影響測(cè)沙效果。這也是過(guò)去振動(dòng)式測(cè)沙設(shè)備未能在黃河泥沙測(cè)驗(yàn)工作中取得突破的制約因素。歷經(jīng)無(wú)數(shù)次的試驗(yàn)表明，只要把研究的主要精力盯在縮小探頭結(jié)構(gòu)（振動(dòng)管）上，就可能在振動(dòng)式測(cè)沙儀研究工作上求取突破。 含沙量較大時(shí)使用。,6 超聲波測(cè)流方法 超聲波法分為超聲波反射法和超聲波衰減法。前者根據(jù)超聲波的反射量與沙粒的多

8、少呈正比例關(guān)系，從而測(cè)定含沙量。后者考慮泥沙顆粒對(duì)超聲波的散射、吸收和超聲波自身的擴(kuò)散因素，利用傳感器檢測(cè)其能量的衰減，來(lái)計(jì)算含沙量。超聲波反射法對(duì)于低含沙量水流較敏感，測(cè)量精度較高，只是測(cè)量范圍較窄，在3kgm3之間。陳彥華等研制的含沙量垂線分布測(cè)試系統(tǒng)，依據(jù)聲波在泥水中沿垂線傳播時(shí)不同深度不同濃度泥沙顆粒對(duì)聲波的散射程度不同測(cè)量含沙量，該儀器可在低含沙量水流(含沙量在2.5 kgm3以下)中對(duì)水面下20cm范圍內(nèi)含沙量及其分布進(jìn)行快速測(cè)量，并可圖形顯示測(cè)量結(jié)果。 超聲波衰減法利用聲波在泥水中傳播時(shí)聲波大小受到衰減的原理，通過(guò)接收換能器將衰減后的超聲波轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，再經(jīng)放大處理后得到隨含沙量

9、變化的模擬電信號(hào)，依據(jù)其與含沙量間的關(guān)系來(lái)測(cè)量含沙量。,在線測(cè)量?jī)x器總結(jié)： 雖然振動(dòng)法、超聲波法、光電測(cè)沙法依據(jù)的測(cè)量原理各有不同，儀器設(shè)備也千差萬(wàn)別，但其都將不同程度的受到水流中泥沙運(yùn)動(dòng)情況、泥沙特性及其粒徑組成的影響，而使含沙量的測(cè)量結(jié)果存在一定的局限性，要精確測(cè)量徑流中的含沙量還需要進(jìn)一步加以改進(jìn)。相比較而言，在現(xiàn)有測(cè)量方法中，烘干法、比重法和射線法是目前測(cè)量精度較高，應(yīng)用較廣泛的含沙量測(cè)量方法。,二、 懸移質(zhì)輸沙率測(cè)驗(yàn) 懸移質(zhì)輸沙率測(cè)驗(yàn)的目的在于用較精確的方法測(cè)定單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)測(cè)驗(yàn)斷面的懸移質(zhì)泥沙干沙的重量，據(jù)以計(jì)算斷面平均含沙量。因懸移質(zhì)泥沙和水流運(yùn)動(dòng)速度基本相同，考慮含沙量在斷面上

10、的變化，懸移質(zhì)輸沙率可用下列公式表示：,1 輸沙率測(cè)驗(yàn)的內(nèi)容和測(cè)次 懸移質(zhì)輸沙率測(cè)驗(yàn)的工作內(nèi)容包括： 1）觀測(cè)水位、比降，按流量測(cè)驗(yàn)的方法在各測(cè)速垂線上施測(cè)水深、起點(diǎn)距和流速；（測(cè)量流量） 2）各測(cè)沙垂線上采取水樣，如所取水樣兼作顆粒分析時(shí)，須同時(shí)加測(cè)水溫；（測(cè)量含沙量） 3）單沙垂線上采取相應(yīng)單沙水樣。（建立單斷沙關(guān)系） 一年內(nèi)施測(cè)輸沙率的測(cè)次，應(yīng)根據(jù)全年水情和沙情的變化安排，主要布置在洪水期，平、枯水期少些，含沙量很小時(shí)可以不測(cè)。全年輸沙率的測(cè)驗(yàn)次數(shù)以能滿足建立推算輸沙率用的關(guān)系曲線為原則。應(yīng)用單沙、斷沙關(guān)系推算全年輸沙率過(guò)程資料的測(cè)站，通常在全年約測(cè)20次左右的輸沙率。當(dāng)單、斷沙關(guān)系隨洪

11、水漲落有顯著變化或用其他方法推求輸沙率過(guò)程資料時(shí)，測(cè)次應(yīng)以能控制流量和含沙量的主要轉(zhuǎn)折變化為宜。,2 測(cè)沙垂線的布置 懸移質(zhì)含沙量在斷面上的分布是不均勻的，因此，輸沙率測(cè)驗(yàn)所需要的測(cè)沙垂線數(shù)目和位置，一般在斷面上大致均勻分布的基礎(chǔ)上，主流應(yīng)較岸邊為密，以能控制含沙量橫向分布的轉(zhuǎn)折變化，同時(shí)由實(shí)測(cè)資料結(jié)合輸沙率測(cè)驗(yàn)所需要的精度確定垂線的數(shù)目。 布設(shè)測(cè)沙垂線的具體方法主要有三種。 1）等水面寬中心線法，即均勻布線法。 2）等流量中心線法。對(duì)斷面沖淤變化大、主流不穩(wěn)定的測(cè)站，宜用等流量中心線法布設(shè)測(cè)沙垂線，且便于使用全斷面混合法測(cè)輸沙率。 3）固定垂線法。對(duì)于主流穩(wěn)定、河床沖淤變化小的測(cè)站，測(cè)沙垂線

12、和一部分測(cè)速垂線位置相同，可隨流速垂線固定。我國(guó)大部分水文站系按固定垂線布設(shè)測(cè)沙垂線。,3 垂線含沙量的測(cè)驗(yàn)方法 1） 積點(diǎn)法：在垂線上不同測(cè)點(diǎn)位置采取水樣，分別處理。取樣測(cè)點(diǎn)數(shù)及各測(cè)點(diǎn)相對(duì)水深位置按水深及儀器懸吊方法而定。和測(cè)速相同，暢流期有五點(diǎn)法、三點(diǎn)法、二點(diǎn)法和一點(diǎn)法；封凍期有六點(diǎn)法、二點(diǎn)法和一點(diǎn)法。開始進(jìn)行輸沙率測(cè)驗(yàn)的測(cè)站，宜用多點(diǎn)法，以便為簡(jiǎn)化取樣方法的分析積累資料。用多點(diǎn)法不僅可以測(cè)得斷面上含沙量的變化，且便于對(duì)各測(cè)點(diǎn)的沙樣進(jìn)行顆粒分析。,2） 積深法：用積時(shí)式采樣器在垂線上勻速提放，采取整個(gè)垂線上的水樣。若采樣器進(jìn)口流速系數(shù)接近于1.0的穩(wěn)定值時(shí)，采樣器取得的水樣處理后的含沙量可

13、以代表垂線上的平均含沙量。取樣時(shí)可以勻速下放，再勻速提出水面雙程取樣，也可以用開關(guān)控制以勻速單程取樣。但無(wú)論何種方法取樣，采樣器內(nèi)的水樣均不得裝滿。 積深法取水樣的方法簡(jiǎn)單，垂線平均含沙量代表性好。但積深法不能測(cè)得含沙量和顆粒級(jí)配在垂線上的變化，只能測(cè)得各垂線的平均含沙量和平均顆粒級(jí)配。,3） 混合法：在垂線上不同測(cè)點(diǎn)位置按一定容積比例取樣，混合處理求垂線平均含沙量。有定比混合法，如暢流期的2:1:1三點(diǎn)法（0.2、0.6、0.8水深）和1:1二點(diǎn)法（0.2、0.8水深），還有按測(cè)點(diǎn)流速比例取樣的流速比混合法等。使用混合法取樣，一般須在垂線上用多點(diǎn)法取樣，進(jìn)行垂線含沙量分析后使用?；旌戏ǚ椒ê?jiǎn)

14、單，處理水樣工作量小。此法也只能測(cè)得各垂線的平均含沙量和平均顆粒級(jí)配。,4 相應(yīng)單樣含沙量測(cè)驗(yàn) 擬建立單沙斷沙關(guān)系，由單沙過(guò)程資料推求斷沙或輸沙率過(guò)程資料的測(cè)站，在施測(cè)輸沙率的同時(shí)，應(yīng)在單沙測(cè)驗(yàn)位置測(cè)得和輸沙率相應(yīng)的含沙量，稱相應(yīng)單樣含沙量。相應(yīng)單樣含沙量必須有足夠的代表性和精度。取樣次數(shù)決定于一次輸沙率測(cè)驗(yàn)過(guò)程中含沙量的變化。一般在輸沙率測(cè)驗(yàn)開始和終了各取一次單樣水樣。含沙量變化復(fù)雜時(shí)，適當(dāng)增加取樣次數(shù)。取樣方法與平時(shí)單沙測(cè)驗(yàn)相同。 5 全斷面混合法 當(dāng)洪水期、流冰期測(cè)速與取水樣同時(shí)進(jìn)行有困難或枯水期含沙量很小時(shí)，可使用全斷面混合法進(jìn)行輸沙率測(cè)驗(yàn)。要求各測(cè)沙垂線所代表的部分流量應(yīng)大致相等。每

15、條垂線取相同容積水樣，以混合水樣的含沙量代表全斷面平均含沙量。全斷面混合法輸沙率測(cè)驗(yàn)的取樣垂線不固定，可按“等流量中心線法”布設(shè)。 ,三、 懸移質(zhì)單樣含沙量測(cè)驗(yàn) 懸移質(zhì)單沙測(cè)驗(yàn)，是在測(cè)驗(yàn)斷面上能反映全斷面含沙量及其隨時(shí)間變化的位置上經(jīng)常進(jìn)行的含沙量測(cè)驗(yàn)。目的在于以簡(jiǎn)化的外業(yè)工作測(cè)得含沙量的變化過(guò)程并利用單沙斷沙關(guān)系推求斷沙變化過(guò)程及各種懸移質(zhì)特征值。 單沙的測(cè)次，以能控制含沙量隨時(shí)間的變化過(guò)程為原則。平水時(shí)，一般在每日基本水位定時(shí)觀測(cè)時(shí)取樣一次；含沙量變化很小時(shí)，可510天取樣一次；洪水期，則根據(jù)含沙量變化增加測(cè)次。為了及時(shí)了解含沙量的變化，可用比色法、簡(jiǎn)易比重計(jì)法等方法進(jìn)行自測(cè)和估測(cè)以掌握測(cè)

16、驗(yàn)時(shí)間。,取樣位置系通過(guò)輸沙率資料分析選定。所選位置測(cè)得的單沙應(yīng)能在較長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)和斷沙有較好關(guān)系，且取樣方便。 垂線上取單樣水樣的方法，一般用定比混合法或積深法，水淺時(shí)用一點(diǎn)法（0.5或0.6相對(duì)水深）。如經(jīng)實(shí)測(cè)資料分析，一點(diǎn)法（水面或0.2、0.5、0.6相對(duì)水深）測(cè)得的單沙與斷沙關(guān)系好，不論水深大小均用一點(diǎn)法。用瞬時(shí)式采樣器取樣時(shí)，為消除脈動(dòng)影響，每次單沙取樣次數(shù)應(yīng)不少于24次（一點(diǎn)多次或多點(diǎn)一次）。如有30次以上試驗(yàn)資料證明，75%以上測(cè)次的一次脈動(dòng)誤差小于5%時(shí)，可只取一次，以盡量減少測(cè)驗(yàn)工作。,四、 懸移質(zhì)水樣處理 用懸移質(zhì)采樣器取水樣后，應(yīng)及時(shí)量取水樣容積，將水樣進(jìn)行處理，稱出干沙重

17、，以便計(jì)算含沙量。 水樣處理的方法有以下幾種。 （1） 焙干法。（2） 過(guò)濾法。（3） 置換法。把經(jīng)過(guò)量積沉淀濃縮的水樣裝入比重瓶，用澄清的河水加滿（或裝到一定刻度），稱出瓶和渾水重，則水樣中的干沙重為,置換法處理水樣前，應(yīng)事先對(duì)比重瓶加以檢定，求出各種水溫T條件下的，繪出T關(guān)系曲線以備查用。本法可省去過(guò)濾、烘干等工作，水樣經(jīng)濃縮后可立即稱出沙重，既快又省。若沙樣要進(jìn)行顆粒分析，用置換法能保持天然水樣。但受沙樣濃度的限制，只適用于含沙量較大的河流；若用于含沙量小的河流，相對(duì)誤差大，所需水樣多。 此外，還可使用光電測(cè)沙儀處理水樣，所需水樣少，效率高，宜于處理大量水樣。但泥沙顆粒級(jí)配、比重和顏色等

18、因素有一定的影響，尚未普遍使用。,五、 實(shí)測(cè)懸移質(zhì)輸沙率計(jì)算（5月11日） 實(shí)測(cè)懸移質(zhì)輸沙率計(jì)算方法有圖解法和分析法。圖解法對(duì)實(shí)測(cè)資料的要求較高，且計(jì)算的工作量也較大。因此，生產(chǎn)上大多數(shù)用分析法計(jì)算懸移質(zhì)輸沙率。 1 垂線平均含沙量的計(jì)算 用積深法或垂線混合法取樣時(shí)，經(jīng)水樣處理后所得的含沙量即為垂線平均含沙量。用積點(diǎn)法測(cè)沙時(shí)，垂線平均含沙量由測(cè)點(diǎn)流速加權(quán)法計(jì)算求得，各計(jì)算公式為,2 部分流量、部分輸沙率計(jì)算 部分流量、部分輸沙率計(jì)算時(shí)是以測(cè)沙垂線作分界的。 若兩根測(cè)沙垂線間有測(cè)速垂線，部分流量應(yīng)為測(cè)沙垂線間幾個(gè)測(cè)速垂線間部分流量之和。 兩測(cè)沙垂線的垂線平均含沙量，其平均值為部分平均含沙量，岸邊

19、部分的部分平均含沙量為靠近岸邊的垂線平均含沙量。 部分輸沙率為部分流量和部分平均含沙量之積：,4 計(jì)算斷面平均含沙量 ,5 相應(yīng)單樣含沙量的計(jì)算 在一次輸沙率測(cè)驗(yàn)的開始和終了各測(cè)一次單沙或在測(cè)驗(yàn)期間均勻測(cè)幾次單沙時(shí)，以各次單沙之算術(shù)平均值作為該次輸沙率的相應(yīng)單沙。若輸沙率測(cè)驗(yàn)期間的含沙量變化很大，且測(cè)了多次單沙，可按下式計(jì)算相應(yīng)單沙：,六、 單沙測(cè)驗(yàn)位置的選擇 單沙測(cè)驗(yàn)的位置，應(yīng)滿足在該處測(cè)得的單樣含沙量和斷面平均含沙量有較穩(wěn)定的關(guān)系。在取得一定的輸沙率測(cè)驗(yàn)資料以后，應(yīng)通過(guò)資料分析選定。 在河道主流變動(dòng)不大或斷面比較穩(wěn)定的測(cè)站，可以選擇若干次不同水位、含沙量情況下的輸沙率測(cè)驗(yàn)資料，以垂線平均含

20、沙量與斷面平均含沙量的比值為縱坐標(biāo)，起點(diǎn)距為橫坐標(biāo)，繪制的橫向 分布曲線。值最集中 的垂線或區(qū)間，含沙 量比值的變幅小，即 該處的垂線平均含沙 量與斷沙關(guān)系最穩(wěn)定， 宜選擇該垂線作為單 沙測(cè)驗(yàn)垂線。 ,第四節(jié) 泥沙顆粒分析 泥沙是由許多不同粒徑的砂粒組成，為確定泥沙中各種粒徑所占的比例，應(yīng)進(jìn)行泥沙顆粒分析。泥沙顆粒分析就是把所取泥沙沙樣中各種粒徑組的干沙重占總沙重的百分?jǐn)?shù)確定出來(lái)，由試驗(yàn)分析的資料繪出泥沙顆粒級(jí)配曲線和計(jì)算出泥沙顆粒級(jí)配的斷面平均粒徑、平均沉速及其他特征值等工作。 泥沙顆粒級(jí)配資料是河流泥沙研究和工程設(shè)計(jì)等方面的基礎(chǔ)資料。 分析的水樣和沙樣，從測(cè)站的懸移質(zhì)、推移質(zhì)和河床質(zhì)測(cè)驗(yàn)中

21、所采取的水樣和沙樣中選取。在測(cè)點(diǎn)分布上能代表全斷面的顆粒級(jí)配情況，在測(cè)次分配上能控制泥沙顆粒級(jí)配在時(shí)間上的變化。懸移質(zhì)泥沙顆粒分析以單沙顆粒級(jí)配（單顆）分析的測(cè)次控制泥沙顆粒級(jí)配在時(shí)間上的變化。輸沙率顆粒分析測(cè)次，以能滿足單顆與斷面平均顆粒級(jí)配（斷顆）關(guān)系的定線要求為原則。,一、 泥沙顆粒的分類及粒徑組的劃分 1 泥沙顆粒的分類 泥沙顆粒按大小順序分為頑石、卵石、粗沙、細(xì)沙、粉沙及粘土等。各類泥沙的粒徑范圍如表6-1所示。 表6-1 各類泥沙粒徑范圍 類別 粒徑大小/mm 頑石 4000250 卵石 2502.00 粗沙 2.000.25 細(xì)沙 0.250.062 粉沙 0.0620.004

22、粘土 0.0040.00024,二、 泥沙顆粒分析方法 泥沙顆粒分析的方法很多，在水文測(cè)驗(yàn)中使用的方法有兩類。一類屬直接觀測(cè)法，主要有卵石粒徑測(cè)定法、篩分析法和顯微鏡法；一類是水分析法，主要有粒徑計(jì)法、比重計(jì)法、移液管法和消光法。 1 直接觀測(cè)法 1） 卵石粒徑測(cè)定法 對(duì)較大的卵石（例如D50mm），可以用卡尺直接測(cè)量其長(zhǎng)軸a、中軸b和短軸c的長(zhǎng)度。 幾何平均值粒徑： 算術(shù)平均值粒徑： 等容粒徑（泥沙顆粒體積相等的球體直徑）：,卵石粒徑測(cè)定法用于粒徑大于50mm的推移質(zhì)和河床質(zhì)的顆粒分析。分析時(shí)，將采取的沙樣按粒徑50mm100mm，100mm200mm，200mm500mm，500mm100

23、0mm分組，然后在每組中選取最大及最小卵石各一個(gè)，按前述方法測(cè)定粒徑，根據(jù)測(cè)定結(jié)果，調(diào)整各組卵石，直至認(rèn)為分組無(wú)誤后，再稱出各組卵石的重量。按粒徑尺寸從小到大累加（沙樣中有小于50mm粒徑的泥沙并用其他方法進(jìn)行顆粒分析者，應(yīng)聯(lián)合計(jì)算），即得到繪制顆粒級(jí)配曲線的數(shù)據(jù)。,2） 篩分析法 將各種孔徑的標(biāo)準(zhǔn)篩，按孔徑大小順序重疊，孔徑大的在上，小的在下，最上一層有篩蓋，最下一層有篩底盤。將干沙置于最上層篩內(nèi)，用震篩機(jī)震搖約15min，然后將留在各篩上的干沙重量分別稱出，或按篩孔從小到大依次累加稱重，得到小于各篩孔徑的干沙重。以參加篩分析的總沙重除之，并乘以100，即得到小于各種粒徑的沙重百分?jǐn)?shù)。當(dāng)沙樣

24、中粒徑小于0.1mm的沙重百分?jǐn)?shù)大于10%時(shí)，此細(xì)沙應(yīng)通過(guò)洗篩，再用水分析法分析，將聯(lián)合分析資料繪制出顆粒級(jí)配曲線。 篩分析法的設(shè)備簡(jiǎn)單，操作方便，是用于粒徑大于0.1mm，小于50mm的泥沙顆粒分析。,2 水分析法-適用泥沙顆粒小于0.1mm時(shí)。 水分析法的原理：測(cè)得泥沙顆粒在靜水中的沉降速度，利用有關(guān)沉速公式計(jì)算相應(yīng)于該沉速的球體直徑，所以又稱間接分析法。 斯托克斯研究小顆粒物體（如泥沙）在靜水中下沉?xí)r，設(shè)想它為一剛性小球體，在無(wú)限寬廣的均質(zhì)液體中下沉，由于重力加速度的作用，球體在開始下沉?xí)r呈加速運(yùn)動(dòng)。隨著速度的增大，球體受液體的阻力增大，從而阻止下沉速度增大。當(dāng)液體粘滯阻力和球體在水中的

25、重力平衡時(shí)，球體受慣性作用而等速沉降，可得出力平衡方程式，經(jīng)整理有下列關(guān)系式： 用斯托克斯層流區(qū)公式： 水的運(yùn)動(dòng)粘滯系數(shù)； 適合粒徑D0.062（或0.1）mm時(shí),2 水分析法-適用泥沙顆粒小于0.1mm時(shí) 岡察洛夫第二經(jīng)驗(yàn)公式 適用粒徑D=0.15mm1.5mm時(shí) 粒徑D=0.1mm1.5mm時(shí)，用上兩式的Dw關(guān)系曲線的過(guò)渡曲線內(nèi)插。 我國(guó)常用的沉降分析法主要有粒徑計(jì)法、移液管法（吸管法）和消光法。這些方法就是根據(jù)不同粒徑的泥沙有不同的沉降速度，在一定的沉降距離的情況下，建立粒徑與沉降時(shí)間的關(guān)系，繼而確定各種粒徑組泥沙占總沙重的百分?jǐn)?shù)。,1） 粒徑計(jì)法 用粒徑計(jì)進(jìn)行顆粒分析，是將沙樣注入一個(gè)

26、盛滿分析用水（蒸餾水或用離子交換樹脂制取的無(wú)鹽水）的粒徑計(jì)管的水面上，利用不同粒徑的泥沙有不同的沉降速度，根據(jù)其降落到粒徑計(jì)管底部的時(shí)間來(lái)計(jì)算泥沙沙樣的顆粒級(jí)配。 組成：粒徑計(jì)管、加沙器和接沙杯等 問(wèn)題： 粗沙粘滯力較小，注入粒徑計(jì)管后 可以很快擴(kuò)散開，異重下沉段較短； 細(xì)沙顆粒間粘滯力較大，不易散開， 異重下沉段較粗沙的長(zhǎng)。致使分析 成果偏粗。 人為地給了沙樣一個(gè)向下的沖力； 由于管徑限制，大顆粒泥沙沉降時(shí) 可能帶動(dòng)細(xì)沙加速沉降以及較細(xì)泥沙的絮凝作用等，也使泥沙特別是細(xì)沙加速沉降，使分析成果偏粗。 ,2）移液管法 移液管法是屬于混勻沉降分析法。即在分析開始時(shí)，懸液中不同粒徑的泥沙均勻分布。在沉降過(guò)程中，相同粒徑的泥沙相對(duì)位置不變。自沉降開始t時(shí)間后，在量筒中懸液表面以下某一深度h處，單位體積懸液中的泥沙含量是由小于和等于某粒徑D的泥沙組成，該粒徑由沉降時(shí)間t和沉降距離h按斯托克斯公式求出。移液管法是在沉降開始后不同時(shí)間，用移液管吸取量筒內(nèi)一定深度位置一定體積的懸液，經(jīng)過(guò)烘干稱重， 求得各時(shí)間一定深度單位體積懸液的泥沙重量變化來(lái)推求泥沙顆粒級(jí)配。移液管法又叫吸管分析法。,3）消光法 消光法是根據(jù)混勻