河流泥沙测验及计算
水文信息学第六章-泥沙测验
一、 悬移质泥沙测验仪器 1 瞬时式采样器 2 瓶式采样器 3 调压积时式采样器
4 光电测沙仪 当用一稳定的光源透射含沙量为、厚度为L的含沙 浑水层时，由于产生吸收、反射和散射的作用，使 透射光强度减弱，其关系可用指数公式表示为 − KC s L / D （6-5） 0 透射光强I用光电池或光导管的光电效应中反映和 I 测定。测定含沙量前，预先检定出水样的含沙量和 光电流之间的关系曲线（或公式）。因此，施测时 只要根据测得的光电流数值即可通过率定曲线求得 水流的含沙量。 光电测沙仪用于野外现场测定含沙量， 光电测沙仪用于野外现场测定含沙量，
两测沙垂线的垂线平均含沙量其平均值为部分平均含沙量岸边部分的部分平均含沙量为靠近岸边的垂线平均含smsmsmsmsmsmnsmn相应单样含沙量的计算在一次输沙率测验的开始和终了各测一次单沙或在测验期间均匀测几次单沙时以各次单沙之算术平均值作为该次输沙率的相应单沙
第六章 泥 沙 测 验
天然河流挟带的泥沙，直接影响河道的演变，也影 响着人类的发展。世界上很多河流挟带的泥沙，形 成的冲积平原、河谷和河口地区的三角洲大多是工 农业发达地区；同时，河床泥沙也可作为自然资源 加以利用，例如，可以改良土壤和作为建筑材料等。 但河流泥沙也给人类带来了一定的问题，例如，泥 沙在河渠、湖泊和水库等淤积，常给防洪、发电和 航运等造成困难；河床冲刷、水土流失会使生态失 去平衡。为达到兴利除害、解决泥沙问题，必须系 统地掌握河道泥沙信息，掌握时空变化规律，因此， 进行泥沙测验是十分必要的。
3 垂线含沙量的测验方法 1） 积点法：在垂线上不同测点位置采取水样，分 别处理。取样测点数及各测点相对水深位置按水深 及仪器悬吊方法而定。和测速相同，畅流期有五点 法、三点法、二点法和一点法；封冻期有六点法、 二点法和一点法。开始进行输沙率测验的测站，宜 用多点法，以便为简化取样方法的分析积累资料。 用多点法不仅可以测得断面上含沙量的变化，且便 于对各测点的沙样进行颗粒分析。
河流泥沙计算
W S
1 n
n
WS ,i
1
（二）实测泥沙资料不足时： 将短期资料插补延长为长期资料，插补延长的方法如
１.年悬移质输沙量与年径流量相关 ２.年悬移质年输沙量与汛期径流量
（三）实测泥沙资料缺乏时
１.由悬移质多年平均侵蚀模数分区图查算
类似设计年径流计算，采用适线法推求悬移质 输沙量的理论频率曲线和设计值
2.缺乏泥沙资料时
由年径流的离势系数 Cv,Q 估计输沙量的离势系
数 Cv,s
Cv,s KCv,Q
K——系数，由水文手册查取 Cs,s=2
按P-Ⅲ型绘制悬移质输沙量的理论频率曲线和计算设计值Cv,s
二、悬移质输沙量的年内分配 有资料时：选有代表性的丰沙、平沙、枯沙年的输沙月分
直接用长系列资料计算其平均值 （二）具有短期推移质资料时
常常由建立的推移质输沙量与悬移质输沙量关系推算 （三）缺乏推移质资料时
1.用多年悬移质输沙量资料估算
W b W s
:平原河流0.01～0.05；丘陵区河流0.05～0.15；
山区河流0.15～0.30
2. 用该地区早期修建水库的淤积资料估算
第十章 河流泥沙计算
§10-1 概 述
一、作用 为河流、水库、湖泊的冲淤计算提供依据 为流域泥沙控制与治理规划提供依据 二、内容 流域产沙规律 河流多年平均泥沙量及其年际、年内变化计算 三、泥沙分类 悬移质 推移质 河床质
§10-2 多年平均输沙量计算
多年平均输沙量→年际变化→各代表年的年内分配 一、多年平均悬移质年输沙量的计算 （一）具有长期实测泥沙资料时
配过程，同倍比法放大计算 缺资料时：用参证流域的输沙月分配过程计算 三、洪水过程中的输沙变化计算
第四章 泥沙测验
河流泥沙按其运动形式可分为悬移质、推移质、河床质：悬移 质是指悬浮于水中，随水流一起运动的泥沙；推移质是指在河底 床表面，以滑动、滚动或跳跃形式前进的泥沙；河床质是组成河 床活动层处于相对静止的泥沙。 河流泥沙按在河床中的位置可分为冲泻质和床沙质：冲泻 质是悬移质泥沙的一部分，它由更小的泥沙颗粒组成，能长期的 悬浮于水中而不沉淀，它在水中的数量多少，与水流的挟沙能力 无关，只与流域内的来沙条件有关；床沙质是河床质的一部分， 与水力条件有关；当流速大时，可以成为推移质和悬移质，当流 速小时，沉积不动成为河床质。 因为泥沙运动受到本身特性和水力条件的影响，各种泥沙 之间没有严格的界限。当流速小时，悬移质中一部分粗颗粒可能 沉积下来成为推移质或河床质。反之，推移质或河床质中的一部 分在水流的作用下悬浮起来起成为悬移质。随着水力条件的不同， 它们之间可以相互转化，这也是泥沙治理困难的关键所在。 河流泥沙测验的内容包括悬移质、推移质的数量和颗粒级 配，以及河床质的颗粒级配。
悬移质泥沙测验的目的在于测得通过河流测验断面悬移质输沙率及变化 过程。由于输沙率随时间变化，要直接测获连续变化过程无疑是困难的。 通常是利用输沙率（或断面平均含沙量）和其它水文要素建立相关关系， 有其它水文要素变化过程的资料通过相关关系求得输沙率变化过程。我 国绝大部分测站的实测资料分析表明，一般断面平均含沙量与断面上有 代表性的某垂线或测点含沙量（即单位含沙量，简称单沙）存在着较好 的相关关系。测断面输沙率的工作量大，测单沙简单。可用施测单沙以 控制河流的含沙量随时间的变化过程。以较精确的方法，在全年施测一 定数量的断面输沙率，建立相应的单沙断沙关系，然后通过相关关系由 单沙过程资料推求断沙过程资料，进而计算悬移质的各种统计特征值。 因此，悬移质测验的主要内容除了测定流量外，还必须测定水流含沙量。 悬移质泥沙测验包括断面输沙率测验和单沙测验。
泥沙测验
五、河流泥沙测验的内容 • 悬移质、推移质的数量 • 悬移质、推移质的颗粒级配 • 河床质的颗粒级配
六、 测验方法介绍 (一)分析法：通过采样器采样分析。经过量积、沉淀、 过滤、烘干、称重等手续，得出一定体积浑水中的干沙 重量,即测点含沙量。 采样器: 横式采样器、普通瓶式采样器、皮囊积式采样
器等。
测验方法
1.仪器法: (1)直接测量法
在一个测点上，用一个仪器直接测得时段平均悬移 质输沙率。由各测点之和求得断面输沙率.
(2)间接测量法 在一个测点上，分别用两个仪器几乎同时进行时段 平均含沙量和时段平均流速的测量，两者乘积得测点输 沙率,由各测点求得断面输沙率. 要求:水流不受扰动，仪器进口流速等于或接近天然流速. 特点:误差大，不能保证仪器进口流速等于天然流速 。
积时式采样器历时比例
采样 方法 采样位置（相对水深） 说明
水面下
二点法 三点法
0.2
t/2 t/3
0.6
0.8
t/2
河底
t:垂线 采样总 历时
t/3
t/3
五点法
t/10
3t/10
3t/10
2t/10
t/10
4.全断面混合法 指在断面上按一定的规则测取若干个水样，混在一起 处理求得含沙量，作为断面平均含沙量。 方法:等部分流量法； 等水面宽、等速积深全断面混合法； 面积、历时加权混合法。
振动式测沙仪
2.振动式测沙仪实时监测含沙量变化
高含沙河流的泥沙测验是世界级重大难题，黄委水文局 自行研制的振动式测沙仪在此领域取得重大突破，并已在花 园口水文站试应用。该仪器实现了含沙量的在线测验，实时 监测含沙量的变化。
5.2 悬移质输沙率测验
目的: 用比较精确的方法,测得单位时间内通过的悬移质的 干沙重,结合同时测得的流量资料确定断面平均含沙量, 建立单、断沙关系或断沙过程线以推求不同时期的断面 含沙量. 原理: 把过水断面划分成若干个部分,在每块面积上测速、 测沙，得到每部分的输沙率，断面输沙率即为各部分之 和。（与流量相同）
河流泥沙测验方法
河流泥沙测验方法河流中的泥沙，按其运动形式可分三类：悬移质泥沙浮于水中并随之运动；推移质泥沙受水流冲击沿河底移动或滚动；河床质泥沙则相对静止而停留在河床上。
三者没有严格的界线，随水流条件的变化而相互转化。
一般情况，河流中泥沙以悬移质为主。
描述河流中悬移质的情况，常用的两个定量指标是含沙量和输沙率。
单位体积内所含干沙的质量，称为含沙量，用Cs表示，单位为kg/m3。
单位时间流过河流某断面的干沙质量，称为输沙率，以Qs表示，单位为kg/s。
断面输沙率是通过断面上含沙量测验配合断面流量测量来推求的。
（一）含沙量的测量含沙量测验，一般需要采样器从水流中采取水样。
我国目前使用较多的采样器有横式采样器和瓶式采样器。
不论用何种方式取得的水样，都要经过量积、沉淀、过滤、烘干、称重等手续，才能得出一定体积浑水中的干沙重量。
水样的含沙量可按式计算：式中：Cs --- 水样含沙量，g/L 或kg/m3；Ws --- 水样中的干沙重量，g 或kg；V --- 水样体积，L或m3；（二）输沙率测验输沙率测验是由含沙量测定与流量测验两部分工作组成的。
为了测出含沙量在断面上的变化情况，由于断面内各点含沙量不同，因此输沙率测验和流量测验相似，需在断面上布置适当数量的取样垂线，通过测定各垂线测点流速及含沙量，计算垂线平均流速及垂线平均含沙量，然后计算部分流量及部分输沙率。
对于取样垂线的数目，当河宽大于50m时，取样垂线不少于5条；水面宽小于50m时，取样垂线不应少于3条。
垂线上测点的分布，视水深大小以及要求的精度而不同。
（三）悬移质输沙量的计算人们从不断的实践中发现，当断面比较稳定、主流摆动不大时，断面平均含沙量（简称断沙）与断面某一垂线或某一测点的含沙量（简称单沙）之间有稳定关系。
通过多次实测资料的分析，建立其相关关系。
这样经常性的泥沙取样工作可只在此选定的垂线（或其上的一个测点）上进行，便大大地简化了测验工作。
根据多次实测的断面平均含沙量和单样含沙量的成果，以单沙为纵坐标，以相应断沙为横坐标，点绘单沙与断沙的关系点，并通过点群中心绘出单沙与断沙的关系线。
第四节 泥沙测验
三点法
二点法
一点法
式中 Csm --- 垂线平均含沙量,kg/m3; Csj --- 测点含沙量,脚标j为该点的相对水深,kg/m3; Vj --- 测点流速,m/s,脚标j的含意同上; Vm --- 垂线平均流速,m/s; b --- 一点法的系数,由多点法的资料分析确定,无
资料时可用1.0.
2, 断面输沙率计算
目的:
在于预估未来工程运用期间的 在于预估未来工程运用期间的河流来 运用期间 沙量, 沙量,为水利水电工程规划设计提供 有关泥沙数量的资料. 有关泥沙数量的资料.
二,推移质泥沙测验
推移质输沙率是指单位时间内通过测验断面 推移质输沙率是指单位时间内通过测验断面 的推移质泥沙重量,单位为kg/s. 的推移质泥沙重量,单位为 . 推移质取样的方法,是将采样器放到河底直 推移质取样的方法, 接采集推移质沙样.由于推移质粒径不同, 接采集推移质沙样.由于推移质粒径不同, 推移质采样器分为沙质和卵石两类. 推移质采样器分为沙质和卵石两类. 沙质 两类
流量计算 =0.67
v = 0.013 + 0.692 × n
施测时间: 施测时间: 1989.7.25 水深 仪器位置 垂线 起点 号数 距(m) (mm) 测 测 深 速
流速仪牌号及公式:LS68型 v
= 0.013 + 0.692 × n
部分
测速记 录
流速(m/s) 流速(m/s)
相对 测点 总 水深 深 历 (m ) 时T
4. 人们从不断的实践中发现,当( AD ) 人们从不断的实践中发现, 时,断面平均含沙量与断面某一垂线或某一 测点的含沙量之间有稳定关系, 测点的含沙量之间有稳定关系,通过建立其 相关关系,便可大大地简化了泥沙测验工作. 相关关系,便可大大地简化了泥沙测验工作. A.断面比较稳定 B.河道比较窄 断面比较稳定 河道比较窄 C.河道比较宽 D.主流摆动不大 河道比较宽 主流摆动不大
河流泥沙含量的测量方法
河流泥沙含量的测量方法1. 河流泥沙的重要性说到河流，大家可能首先想到的是它的美丽与宁静，但其实，河流背后还有个“隐秘的英雄”——泥沙！没错，泥沙不仅仅是水流中的小颗粒，它们可关系到生态环境、河流健康，还有我们的生活。
想象一下，如果河水清澈见底，鱼儿在水中欢快地游，那是多么美妙的画面呀！但如果泥沙过多，不但影响水质，还可能导致洪水、淤积等问题，真是让人头疼。
1.1 什么是泥沙含量？泥沙含量，简单来说，就是单位水体中泥沙颗粒的多少。
就像是汤里的盐，太多了咸得难以下咽，太少了又淡得没味。
泥沙含量的高低直接影响水的流动性，水质的好坏，甚至还会影响周围的生态系统。
所以，搞清楚河流泥沙的含量，真的是一件大事儿。
1.2 为什么要测量泥沙含量？你可能会问，测量泥沙含量到底有什么用呢？嘿，这可是个大问题！首先，泥沙含量的监测能帮助我们了解河流的健康状况，预测洪水的发生，真是“未雨绸缪”！其次，这些数据还能为水资源管理、生态修复提供科学依据。
总之，河流的“健康档案”离不开泥沙含量的测量。
2. 测量泥沙含量的方法那么，泥沙含量到底是怎么测的呢？这里有几个常用的方法，大家可以一起瞧瞧。
2.1 过滤法首先就是经典的过滤法。
这个方法就像我们在厨房中过滤咖啡一样。
我们把一段河水倒入过滤器中，等泥沙沉淀下来，再把滤出来的水倒掉，剩下的就是泥沙了。
接着，我们用称重的方法，量一量泥沙的重量，最后根据水的体积就能算出泥沙含量了。
这种方法简单易懂，几乎是人人都能上手的。
不过，讲真，时间稍微有点长，耐心可是个必备技能哦！2.2 浊度法再来说说浊度法。
这个方法有点像喝饮料时看看杯子里的泡泡。
我们用一个浊度计，把水放进去，仪器会给出一个数值，告诉我们水的浑浊程度。
水越浑浊，泥沙含量就越高。
简单快捷，不过可惜的是，有时候浊度和泥沙的关系不那么简单，得多加分析才行。
3. 注意事项当然，测量泥沙含量的时候可不是“走马观花”，还有一些小细节需要注意。
河流泥沙动力学习题及答案
河流泥沙动力学习题1.某河道悬移质沙样如下表所列。
要求：（1）用半对数坐标纸绘出粒径组的沙重百分数P 的分布图，绘出粒径的累积分布曲线，求出d 50、d pj 、ϕ（2575d d =）的数值。
（2）用对数概率坐标纸绘出粒径组的沙重百分数P 的分布图，绘出粒径的累积分布曲线，求出d 50、ϕ的数值。
（3）用方格纸绘出粒径组的沙重百分数P 的分布图，绘出粒径的累积分布曲线。
解：根据题意计算出小于某粒径之沙重百分数，列表如上。
（1）、半对数坐标纸上粒径组的沙重百分数P 的分布图及粒径的累积分布曲线,从下述半对数坐标纸上的粒配累计曲线上可查得中值粒径m m 054.050=d ，m m 075.075=d ，m m 041.025=d 。
平均粒径：069.01008675.6141141==∆∆=∑∑==i ii iipj pdp d ， 非均匀系数：353.1041.0075.02575===d d ϕ。
半对数坐标纸上的沙重百分数p的分布图2468101214161820220.010.11粒径（mm）沙重百分数（%）半对数坐标纸上的粒配累积分布曲线1020304050607080901000.010.11粒径（mm）小于某粒径之沙重百分数（%）（2）、对数概率坐标纸上粒径组的沙重百分数P 的分布图及粒径的累积分布曲线 （3）、方格纸上粒径组的沙重百分数P 的分布图及粒径的累积分布曲线方格纸上的沙重百分数p的分布图2468101214161820220.050.10.150.20.250.3粒径（mm）沙重百分数（%）方格纸上的粒配累积分布曲线10203040506070809010000.050.10.150.20.250.3粒径（mm）小于某粒径之沙重百分数（%）2.已知泥沙沉降处于过渡区的动力平衡方程式为（ω可查表）：223231)(ωρωρυγγd K d K d K s +=-令上式为 A=B+C要求计算并绘制d ～C B C +及d Re ～C B C +的关系曲线。
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WUHEE
水面蒸发的观测
1. 器测法： 水文部门普遍采用
E601蒸发器。
每日8时观测一次， 得日蒸发量； 月蒸发量 年蒸发量
折算系数：K=E池/E器
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2. 间接计算法
利用气象水文观测资料间接推算蒸发量：
第四节 蒸发
蒸散发是水文循环的重要环节。 对径流形成来说，蒸散发则是一种损失。
蒸发：水由液态或固态转化为气态的过程；
散发或蒸腾：被植物根系吸收的水分，经由植物 的茎叶散逸到大气的过程。
水面蒸发
土壤蒸发 陆面蒸发
流域总蒸发或流域蒸散发
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植物散发
蒸发率：单位时间内的蒸发量
充分供水、不充分供水两种情况
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（二）土壤蒸发观测
1. 器测法；
ΓΓИ500型
E 0.02(G1 G2 ) (R q) P
2. 间接计算法
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流域总蒸发
包括水面蒸发、土壤蒸发、植物截留蒸发 及植物散发。
确定方法： 1. 单项计算，加权求和，例如面积加权
E=F水/F总×E水+F土/F总×E土
2.水量平衡法或蒸发模式计算法.
水汽输送法、热量平衡法、彭曼法、水量平 衡法、经验公式法等。
彭曼水面蒸发公式：
E
1
r
(Qn
)
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土壤蒸发
（一）土壤蒸发过程 三个阶段：
第一阶段：土壤充分湿润， 供水充足E接近最大蒸发能力EM； 第二阶段：土壤水分减少，W<W田，供水条件变
差，E逐渐减小； E=W/W田×EM
第三阶段：W<W断，水分运动十分缓慢，蒸发率 很小。
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模式计算法
1. 一层模式 E=W/W田×EM
2. 二层模式 上层：E上=EM 下层： E下=W下/W田×EM剩 3. 三层模式 上层：E上=EM 下层： E下=W下/W田×EM剩 深层：量小且稳定，（1/5～1/10）×EM
0.3-1.0mm/d
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