《水文測(cè)驗(yàn)學(xué)講義》PPT課件

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1、2021-5-5 1 第 五 節(jié) 、 其 它 面 積 流 速 法 流 量 測(cè) 驗(yàn) 一 、 纜 道 積 寬 法 測(cè) 流 纜 道 積 寬 法 測(cè) 流 是 用 纜 道 輸 送 流 速 儀 沿 斷 面 橫 渡進(jìn) 行 流 速 測(cè) 量 的 一 種 測(cè) 流 方 法 。 它 能 縮 短 測(cè) 流 歷時(shí) ， 提 高 工 作 效 率 ， 而 且 計(jì) 算 簡(jiǎn) 便 ， 因 此 便 于 掌握 流 量 變 化 過(guò) 程 。 屬 于 動(dòng) 船 法 測(cè) 流 。 纜 道 積 寬 法 的 測(cè) 流 原 理 ， 與 動(dòng) 船 法 測(cè) 流 原 理 大 體相 同 ， 在 計(jì) 算 流 量 的 方 法 上 略 有 不 同 。 （ 一 ） 纜 道 積

2、 寬 法 測(cè) 流 的 基 本 原 理 1 積 寬 法 測(cè) 定 斷 面 平 均 流 速 2021-5-5 2 在 橫 斷 面 上 的 每 一 觀 測(cè) 點(diǎn) 記 錄 的 流 速 是 矢 量 ， 它代 表 水 流 與 船 的 合 成 速 度 ， 即 水 流 速 度 V與 測(cè)船 航 速 的 矢 量 和 。 bv vv 2021-5-5 3 流 速 儀 安 置 在 水 下 某 一 固 定 深 度 ， 由 纜 道 沿 斷 面方 向 輸 送 儀 器 作 勻 速 的 航 行 ， 同 時(shí) 記 錄 儀 器 從 一岸 到 另 一 岸 所 需 的 時(shí) 間 和 流 速 信 號(hào) 。 假 如 航 速 極小 ， 流 速 儀 沿

3、 程 的 平 均 流 速 稱(chēng) 積 寬 流 速 。 由 于 流 速 儀 是 沿 斷 面 河 寬 B連 續(xù) 累 積 沿 途 各 點(diǎn) 的瞬 時(shí) 流 速 ， 故 又 可 表 示 為 T vdtTv 01積 CTNKvdbB1v B0 積 2021-5-5 4 由 于 流 速 儀 的 航 速 不 可 能 很 小 ， 因 此 沿 斷 面 橫 渡 ，流 向 垂 直 于 斷 面 ， 施 測(cè) 出 的 流 速 并 不 是 水 流 的 流速 ， 而 是 流 速 與 航 速 的 合 速 度 。 而 流 速 儀 的 航 速 為 ： 則 積 寬 流 速 為 ： TLvb 2222 TLCTNKvvv bv積 2b2v0

4、vvv 積 2021-5-5 5 2 積 寬 法 測(cè) 流 的 斷 面 流 量 計(jì) 算 根 據(jù) 流 量 模 的 概 念 可 得 ： 矩 形 斷 面 ： B Bm dBvdhdBhvQ 0 0 10 )( 10 vdvm B Bm QKdBhvKdBhvQ 0 0 00000Q B0 0dBhv B0 00 dBvB1v 積 B vBhdBvBF 0 001 積0Q 2021-5-5 6 纜 道 積 寬 法 測(cè) 流 計(jì) 算 斷 面 流 量 的 基 本 公 式 當(dāng) 斷 面 為 矩 形 斷 面 時(shí) ， 所 求 是 一 致 的 。 但 在 非 矩形 斷 面 ， 水 深 h沿 河 寬 方 向 有 變 化

5、， 用 上 式 計(jì) 算 是 偏 小 的 。 積積積形 0000 vFKQKQKKQ 形積 KKK 0 2021-5-5 7 2 纜 道 積 寬 法 測(cè) 流 中 的 幾 個(gè) 問(wèn) 題 （ 1） 積 寬 系 數(shù) K積 的 確 定 ： 通 過(guò) 比 測(cè) 試 驗(yàn) 推 求 （ 2） 岸 邊 盲 區(qū) 的 處 理 處 理 方 法 是 測(cè) 出 積 寬 起 點(diǎn) 和 終 點(diǎn) 的 相 應(yīng) 點(diǎn) 流 速（ 如 等 深 水 面 積 寬 ， 則 測(cè) 水 面 流 速 ） ， 然 后 求 出各 種 水 位 級(jí) 的 岸 邊 流 速 系 數(shù) 的 實(shí) 測(cè) 段 （ 積 寬 測(cè) 速段 ） 平 均 流 速 按 河 道 寬 度 加 權(quán) 求 全

6、斷 面 的 積 寬 平均 流 速 。 右積左 右右右積積左左積 BBB BvBvBvv 0000 2021-5-5 8 （ 3） 流 速 儀 橫 移 速 度 的 問(wèn) 題 流 速 儀 橫 移 速 度 （ 稱(chēng) 航 速 ） 的 快 慢 與 積 寬 測(cè) 速 成果 的 質(zhì) 量 有 密 切 關(guān) 系 。 當(dāng) 航 速 愈 大 ， 測(cè) 速 歷 時(shí) 愈短 ， 合 速 度 愈 大 。 在 一 定 水 流 流 速 條 件 下 ， 航 速愈 大 ， 所 得 合 速 度 中 航 速 所 占 成 分 愈 大 ， 而 積 寬流 速 所 占 的 成 分 小 ， 易 造 成 測(cè) 驗(yàn) 誤 差 。 2021-5-5 9 三 、 比

7、降 面 積 測(cè) 流 法 比 降 面 積 測(cè) 流 法 也 是 流 速 面 積 法 的 一 種 ， 它 是 測(cè)量 比 降 ， 用 水 力 學(xué) 公 式 計(jì) 算 河 段 平 均 流 速 ， 測(cè)量 河 段 的 平 均 斷 面 面 積 ， 并 將 平 均 流 速 與 平 均斷 面 面 積 的 乘 積 得 流 量 ， 即 vF vFQ 2/13/21 eIRnv 2021-5-5 10 四 、 量 水 建 筑 物 測(cè) 流 量 水 建 筑 物 測(cè) 流 屬 于 水 力 學(xué) 法 測(cè) 流 。 它 是由 測(cè) 得 的 水 位 或 水 深 、 水 頭 等 ， 代 入 水 力學(xué) 公 式 計(jì) 算 出 流 量 ， 該 方 法

8、比 流 速 儀 法 測(cè)流 簡(jiǎn) 單 ， 觀 測(cè) 人 員 少 ， 量 測(cè) 精 度 較 高 ， 使用 方 便 ， 主 要 是 用 于 小 流 量 的 測(cè) 定 。 而 且容 易 實(shí) 現(xiàn) 遙 測(cè) 和 便 于 電 子 計(jì) 算 機(jī) 處 理 數(shù) 據(jù) 。常 用 的 量 水 建 筑 物 有 量 水 槽 、 量 水 堰 等 。量 水 建 筑 物 類(lèi) 型 的 選 擇 主 要 根 據(jù) 流 量 大 小 、河 床 特 性 及 排 沙 情 況 而 定 。 下 面 介 紹 幾 種量 水 建 筑 物 及 其 適 用 條 件 。 2021-5-5 11 五 、 水 電 站 測(cè) 流 水 電 站 測(cè) 流 ， 可 以 在 引 水 渠 、

9、 壓 力 水 管 、水 輪 機(jī) 蝸 殼 或 尾 水 渠 上 進(jìn) 行 。 在 引 水 渠 和尾 水 渠 上 可 以 采 用 一 般 河 流 上 的 測(cè) 流 方 法 ，應(yīng) 用 最 廣 的 是 流 速 儀 法 。 在 壓 力 水 管 和 蝸殼 中 測(cè) 流 的 方 法 有 流 速 儀 法 、 鹽 溶 液 法 、指 數(shù) 法 、 抽 水 法 、 壓 力 時(shí) 間 法 、 畢 脫 管 法 、文 德 利 管 法 、 摩 擦 損 失 落 差 法 等 。 2021-5-5 12 六 、 超 聲 波 測(cè) 流 超 聲 波 測(cè) 流 方 法 是 利 用 超 聲 波 傳 播 具 有 很強(qiáng) 的 方 向 性 的 特 點(diǎn) ， 超

10、聲 波 傳 播 速 度 與 水流 流 速 成 正 比 例 變 化 ， 以 及 超 聲 波 的 多 普勒 效 應(yīng) 。 在 實(shí) 際 應(yīng) 用 中 可 分 為 三 大 類(lèi) ： 第一 類(lèi) 是 利 用 超 聲 波 在 水 中 傳 播 時(shí) 間 的 變 化來(lái) 反 映 水 流 速 度 的 變 化 ， 包 括 時(shí) 差 法 、 頻差 法 和 相 位 差 法 ； 第 二 類(lèi) 是 利 用 聲 波 波 束偏 移 的 方 法 ， 即 聲 束 偏 移 法 ； 第 三 類(lèi) 是 用多 普 勒 原 理 即 多 普 勒 法 。 2021-5-5 13 （ 一 ） 時(shí) 差 法 （ 脈 沖 時(shí) 差 法 ） 時(shí) 差 法 測(cè) 速 布 置 。

11、 在 河 流 兩 岸 邊 水 下 某 深 度 處 ， 相 對(duì) 地 裝置 一 對(duì) 電 聲 可 逆 的 換 能 器 ， 其 間 距 為 L， 該 層 水 流 平 均 速度 為 v， 水 流 方 向 與 AB成 的 夾 角 為 ， 水 流 在 AB方 面 的 分速 度 為 V， ， 超 聲 波 在 靜 水 中 傳 播 速 度 為 C。 cos1 vv 2021-5-5 14 根 據(jù) 測(cè) 得 的 水 層 平 均 流 速 ， 就 可 計(jì) 算 出 全 斷 面 的流 量 。 計(jì) 算 流 量 的 方 法 隨 測(cè) 流 量 方 法 不 同 而 異 。超 聲 波 測(cè) 流 量 有 兩 種 方 法 ： 一 是 沿 河

12、岸 邊 安 設(shè) 多對(duì) 換 能 器 ， 測(cè) 得 幾 個(gè) 水 層 的 平 均 流 速 ； 二 是 沿 河岸 邊 選 擇 一 個(gè) 合 適 的 固 定 位 置 安 放 一 對(duì) 換 能 器 。前 者 稱(chēng) 為 分 層 測(cè) 流 法 ， 后 者 稱(chēng) 為 單 層 測(cè) 流 法 。 2021-5-5 15 1 分 層 測(cè) 流 法 h ii dhbvQ 0 2021-5-5 16 2、 單 層 測(cè) 流 法 2021-5-5 17 第 五 章 、 泥 沙 測(cè) 驗(yàn) 第 一 節(jié) 、 概 述 一 、 泥 沙 測(cè) 驗(yàn) 的 意 義 二 、 河 流 泥 沙 的 分 類(lèi) 河 流 泥 沙 按 其 運(yùn) 動(dòng) 形 式 可 分 為 懸 移 質(zhì)

13、 、 推 移 質(zhì) 、河 床 質(zhì) 。 懸 移 質(zhì) 是 指 懸 浮 于 水 中 ， 隨 水 流 一 起 運(yùn) 動(dòng) 的 泥 沙 ； 推 移 質(zhì) 是 指 在 河 底 床 表 面 ， 以 滑 動(dòng) 、 滾 動(dòng) 或 跳 躍形 式 前 進(jìn) 的 泥 沙 ； 河 床 質(zhì) 是 組 成 河 床 活 動(dòng) 層 處 于 相 對(duì) 靜 止 的 泥 沙 。 2021-5-5 18 河 流 泥 沙 按 在 河 床 中 的 位 置 可 分 為 沖 瀉 質(zhì) 和 床 沙質(zhì) 。 沖 瀉 質(zhì) 是 懸 移 質(zhì) 泥 沙 的 一 部 分 ， 它 由 更 小 的 泥 沙顆 粒 組 成 ， 能 長(zhǎng) 期 的 懸 浮 于 水 中 而 不 沉 淀 ， 它 在

14、水 中 的 數(shù) 量 多 少 ， 與 水 流 的 挾 沙 能 力 (在 一 定 的 水流 條 件 下 ， 能 夠 挾 運(yùn) 泥 沙 的 數(shù) 量 ， 稱(chēng) 為 挾 沙 力 。 )無(wú) 關(guān) ， 只 與 流 域 內(nèi) 的 來(lái) 沙 條 件 有 關(guān) ； 床 沙 質(zhì) 是 河 床 質(zhì) 的 一 部 分 ， 與 水 力 條 件 有 關(guān) ； 當(dāng)流 速 大 時(shí) ， 可 以 成 為 推 移 質(zhì) 和 懸 移 質(zhì) ， 當(dāng) 流 速 小時(shí) ， 沉 積 不 動(dòng) 成 為 河 床 質(zhì) 。 2021-5-5 19 因 為 泥 沙 運(yùn) 動(dòng) 受 到 本 身 特 性 和 水 力 條 件 的 影 響 ，各 種 泥 沙 之 間 沒(méi) 有 嚴(yán) 格 的 界

15、限 。 當(dāng) 流 速 小 時(shí) ， 懸移 質(zhì) 中 一 部 分 粗 顆 粒 可 能 沉 積 下 來(lái) 成 為 推 移 質(zhì) 或河 床 質(zhì) 。 反 之 ， 推 移 質(zhì) 或 河 床 質(zhì) 中 的 一 部 分 在 水流 的 作 用 下 懸 浮 起 來(lái) 起 成 為 懸 移 質(zhì) 。 隨 著 水 力 條件 的 不 同 ， 它 們 之 間 可 以 相 互 轉(zhuǎn) 化 ， 這 也 是 泥 沙治 理 困 難 的 關(guān) 鍵 所 在 。 河 流 泥 沙 測(cè) 驗(yàn) 的 內(nèi) 容 包 括 懸 移 質(zhì) 、 推 移 質(zhì) 的數(shù) 量 和 顆 粒 級(jí) 配 ， 以 及 河 床 質(zhì) 的 顆 粒 級(jí) 配 。 2021-5-5 20 三 、 河 流 泥 沙

16、的 脈 動(dòng) 現(xiàn) 象 與 流 速 脈 動(dòng) 一 樣 ， 泥 沙 也 存 在 著 脈 動(dòng) 現(xiàn) 象 ，而 且 脈 動(dòng) 的 強(qiáng) 度 更 大 。 在 水 流 穩(wěn) 定 的 情 況下 ， 斷 面 內(nèi) 某 一 點(diǎn) 的 含 沙 量 是 隨 時(shí) 在 變 化的 ， 它 不 僅 受 流 速 脈 動(dòng) 的 影 響 ， 而 且 還 與泥 沙 特 性 等 因 素 有 關(guān) 。 據(jù) 研 究 ， 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) ， 且 大 于 流速 脈 動(dòng) 強(qiáng) 度 。 泥 沙 脈 動(dòng) 是 影 響 泥 沙 測(cè) 驗(yàn) 資料 精 度 的 一 個(gè) 重 要 因 素 ， 在 進(jìn) 行

17、 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 。 2021-5-5 21 四 、 懸 移 質(zhì) 泥 沙 在 斷 面 內(nèi) 的 分 布 縱 向 分 布 ： 懸 移 質(zhì) 含 沙 量 在 垂 線 上 的 分 布 ， 一 般 是 從 水 面 向河 底 呈 遞 增 趨 勢(shì) 。 含 沙 量 的 變 化 梯 度 還 隨 泥 沙 顆粒 粗 細(xì) 的 不 同 而 不 同 。 顆 粒 越 粗 ， 變 化 越 大 。 顆粒 越 細(xì) 其 梯 度 變 化 越 小 ， 這 是 細(xì) 顆 泥 沙 屬 沖 瀉 質(zhì) ，不 受 水 力 條 件 影 響 ， 能 較 長(zhǎng) 時(shí) 間 漂 浮 在 水 中

18、不 下沉 所 致 。 由 于 垂 線 上 的 含 沙 量 包 含 所 有 粒 徑 的 泥沙 ， 故 含 沙 量 在 垂 線 上 的 分 布 呈 上 小 下 大 的 曲 線形 態(tài) 。 2021-5-5 22 橫 向 分 布 ： 懸 移 質(zhì) 含 沙 量 沿 斷 面 的 橫 向 分 布 ， 隨 河 道 情 勢(shì) 、橫 斷 面 形 狀 和 泥 沙 特 性 而 變 。 如 河 道 順 直 的 單 式斷 面 ， 水 深 較 大 時(shí) ， 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

19、 向 分 布 將 隨 流 速 及 水深 的 橫 向 變 化 而 變 。 一 般 情 況 下 ， 含 沙 量 的 橫 向變 化 較 流 速 橫 向 分 布 變 化 小 ， 如 岸 邊 流 速 趨 近 于零 ， 而 含 沙 量 卻 不 趨 近 于 零 。 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 ， 否 則 相反 。 2021-5-5 23 第 二 節(jié) 、 懸 移 質(zhì) 泥 沙 測(cè) 驗(yàn) 河 流 中 懸 移 質(zhì) 的 多 少 及 其 變 化 過(guò) 程 是 通 過(guò) 測(cè) 定 水流 中 的 含 沙 量 和 輸 沙 率 來(lái) 確 定 的 。 含 沙 量 ： 是

20、 指 單 位 體 積 水 樣 中 所 含 干 沙 的 重 量 。 含 沙 量 是 一 個(gè) 泛 指 名 詞 ， 它 可 以 是 瞬 時(shí) 、 日 、 月 、年 平 均 ， 也 可 以 是 單 沙 、 相 應(yīng) 單 沙 、 測(cè) 點(diǎn) 、 垂 線平 均 、 部 分 及 斷 面 平 均 含 沙 量 ， 視 所 處 的 條 件 而定 ,單 位 都 是 一 樣 的 。輸 沙 率 ： 是 指 單 位 時(shí) 間 內(nèi) 通 過(guò) 某 一 過(guò) 水 斷 面 的 干沙 重 量 。 是 斷 面 流 量 與 斷 面 平 均 含 沙 量 的 乘 積 。 2021-5-5 24 懸 移 質(zhì) 泥 沙 測(cè) 驗(yàn) 的 目 的 在 于 測(cè) 得 通

21、 過(guò)河 流 測(cè) 驗(yàn) 斷 面 懸 移 質(zhì) 輸 沙 率 及 變 化 過(guò)程 。 由 于 輸 沙 率 隨 時(shí) 間 變 化 ， 要 直 接 測(cè) 獲連 續(xù) 變 化 過(guò) 程 無(wú) 疑 是 困 難 的 。 通 常 是利 用 輸 沙 率 （ 或 斷 面 平 均 含 沙 量 ） 和其 它 水 文 要 素 建 立 相 關(guān) 關(guān) 系 ， 用 其 它水 文 要 素 變 化 過(guò) 程 的 資 料 通 過(guò) 相 關(guān) 關(guān)系 求 得 輸 沙 率 變 化 過(guò) 程 。 2021-5-5 25 我 國(guó) 絕 大 部 分 測(cè) 站 的 實(shí) 測(cè) 資 料 分 析 表 明 ，一 般 斷 面 平 均 含 沙 量 與 斷 面 上 有 代 表 性 的某 垂

22、線 或 測(cè) 點(diǎn) 含 沙 量 （ 即 單 位 含 沙 量 ， 簡(jiǎn)稱(chēng) 單 沙 ） 存 在 著 較 好 的 相 關(guān) 關(guān) 系 。 測(cè) 斷 面輸 沙 率 的 工 作 量 大 ， 測(cè) 單 沙 簡(jiǎn) 單 。 可 用 施測(cè) 單 沙 以 控 制 河 流 的 含 沙 量 隨 時(shí) 間 的 變 化過(guò) 程 。 以 較 精 確 的 方 法 ， 在 全 年 施 測(cè) 一 定數(shù) 量 的 斷 面 輸 沙 率 ， 建 立 相 應(yīng) 的 單 沙 斷 沙關(guān) 系 ， 然 后 通 過(guò) 相 關(guān) 關(guān) 系 由 單 沙 過(guò) 程 資 料推 求 斷 沙 過(guò) 程 資 料 ， 進(jìn) 而 計(jì) 算 懸 移 質(zhì) 的 各種 統(tǒng) 計(jì) 特 征 值 。 因 此 ， 懸 移

23、質(zhì) 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 。 懸 移 質(zhì) 泥 沙 測(cè) 驗(yàn) 包 括 斷 面 輸 沙 率 測(cè)驗(yàn) 和 單 沙 測(cè) 驗(yàn) 。 2021-5-5 26 一 、 懸 移 質(zhì) 泥 沙 測(cè) 驗(yàn) 儀 器 及 使 用 目 前 懸 移 質(zhì) 泥 沙 測(cè) 驗(yàn) 儀 器 分 瞬 時(shí) 式 、 積 時(shí) 式 和 自記 式 三 種 。 為 了 正 確 的 測(cè) 取 河 流 中 的 天 然 含 沙 水樣 ， 必 須 對(duì) 各 種 采 樣 器 性 能 有 所 了 解 ， 通 過(guò) 合 理使 用 ， 以 取 得 正 確 的 水 樣 。 (一 ) 懸 移 質(zhì) 泥 沙 采 樣

24、 器 的 技 術(shù) 要 求1 儀 器 對(duì) 水 流 干 擾 要 小 ： 儀 器 外 形 應(yīng) 為 流 線 型 ，器 嘴 進(jìn) 水 口 設(shè) 置 在 擾 動(dòng) 較 小 處 。2 盡 可 能 使 采 樣 器 進(jìn) 口 流 速 與 天 然 流 速 一 致 。 當(dāng)河 流 流 速 小 于 5m/s和 含 沙 量 小 于 30Kg/m3時(shí) ， 管 嘴進(jìn) 口 流 速 系 數(shù) 在 0.9 1.1之 間 的 保 證 率 應(yīng) 大 于 75%，含 沙 量 為 30 100Kg/m 3時(shí) ， 管 嘴 進(jìn) 口 流 速 系 數(shù) 在0.7 1.3之 間 的 保 證 率 應(yīng) 大 于 75%。 2021-5-5 27 3.采 取 的 水 樣

25、 應(yīng) 盡 量 減 少 脈 動(dòng) 影 響 。 采 取的 水 樣 必 須 是 含 沙 量 的 時(shí) 均 值 ， 同 時(shí) 取 得水 樣 的 容 積 還 要 滿 足 室 內(nèi) 分 析 的 要 求 ， 否則 就 會(huì) 產(chǎn) 生 較 大 的 誤 差 。 4 儀 器 能 取 得 接 近 河 床 床 面 的 水 樣 ， 用 于寬 淺 河 道 的 儀 器 ， 其 進(jìn) 水 管 嘴 至 河 床 床 面距 離 宜 小 于 0.15m.5.儀 器 應(yīng) 減 少 管 嘴 積 沙 、 器 壁 粘 沙 。6 儀 器 取 樣 時(shí) ， 應(yīng) 無(wú) 突 然 灌 注 現(xiàn) 象 。7 儀 器 應(yīng) 具 備 結(jié) 構(gòu) 簡(jiǎn) 單 、 部 件 牢 固 、 安 裝容

26、 易 、 操 作 方 便 ， 對(duì) 水 深 、 流 速 的 適 應(yīng) 范圍 廣 等 特 點(diǎn) 。 2021-5-5 28 （ 二 ） 常 用 采 樣 器 結(jié) 構(gòu) 形 式 、 性 能 特 點(diǎn) 及 采 樣 方 法 1 橫 式 采 樣 器 橫 式 采 樣 器 屬 于 瞬 時(shí) 采 樣 器 ， 器 身 為 一 園 管 制 成 ，容 積 為 5003000ml， 兩 端 有 筒 蓋 ， 筒 蓋 關(guān) 閉 后 ，儀 器 密 封 。 取 樣 時(shí) 張 天 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(guò) ， 操 縱 開(kāi) 關(guān) ， 開(kāi)關(guān) 形 式 有 拉 索 、 錘 擊 和 電

27、 磁 吸 閉 三 種 。 2021-5-5 29 橫 式 采 樣 器 的 優(yōu) 點(diǎn) 是 儀 器 的 進(jìn) 口 流 速 等 于 天 然 流速 ， 結(jié) 構(gòu) 簡(jiǎn) 單 ， 操 作 方 便 ， 適 用 于 各 種 情 況 下 的逐 點(diǎn) 法 或 混 合 法 取 樣 。 其 缺 點(diǎn) 是 不 能 克 服 泥 沙 的脈 動(dòng) 影 響 ， 且 在 取 樣 時(shí) ， 嚴(yán) 重 干 擾 天 然 水 流 ， 采樣 器 關(guān) 閉 時(shí) 口 門(mén) 擊 閉 影 響 水 流 ， 加 之 器 壁 粘 沙 ，使 測(cè) 取 的 含 沙 量 系 統(tǒng) 偏 小 ， 據(jù) 有 關(guān) 單 位 試 驗(yàn) ， 其偏 小 程 度 為 0.41 11.0%。 2021-5-

28、5 30 取 樣 方 法 ： 橫 式 采 樣 器 主 要 應(yīng) 考 慮 脈 動(dòng) 影 響 和 器 壁 粘 沙 。在 輸 沙 率 測(cè) 驗(yàn) 時(shí) ， 因 斷 面 內(nèi) 測(cè) 沙 點(diǎn) 較 多 ， 脈 動(dòng) 影 響 相 互 可以 抵 消 ， 故 每 個(gè) 測(cè) 沙 點(diǎn) 只 須 取 一 個(gè) 水 樣 即 可 。 在 取 單 位 水樣 含 沙 量 時(shí) ， 采 用 多 點(diǎn) 一 次 或 一 點(diǎn) 多 次 的 方 法 ， 總 取 樣 次數(shù) 應(yīng) 不 少 于 2 4次 。 所 謂 多 點(diǎn) 一 次 是 指 在 一 條 或 數(shù) 條 垂 線的 多 個(gè) 測(cè) 點(diǎn) 上 ， 每 點(diǎn) 取 一 個(gè) 水 樣 ， 然 后 混 合 在 一 起 ， 作 為單

29、位 水 樣 含 沙 量 。 一 點(diǎn) 多 次 是 指 在 某 一 固 定 垂 線 的 某 一 測(cè)點(diǎn) 上 ， 連 續(xù) 測(cè) 取 多 次 混 合 成 一 個(gè) 水 樣 ， 以 克 服 脈 動(dòng) 影 響 。為 了 克 服 器 壁 粘 沙 ， 在 現(xiàn) 場(chǎng) 倒 過(guò) 水 樣 并 量 過(guò) 容 積 后 ， 應(yīng) 用清 水 沖 洗 器 壁 ， 一 并 注 入 盛 樣 筒 內(nèi) 。 采 樣 器 采 取 的 水 樣 應(yīng)與 采 樣 器 本 身 容 積 一 致 ， 其 差 值 一 般 不 得 超 過(guò) 10%， 否 則應(yīng) 廢 棄 重 取 。 2021-5-5 31 2 普 通 瓶 式 采 樣 器 用 容 積 為 500 2000毫

30、升 的 玻 璃 瓶 制 成 ， 瓶 口 加 有橡 皮 塞 ， 塞 上 裝 有 進(jìn) 水 管 和 出 水 管 ， 調(diào) 整 進(jìn) 水 管和 出 水 管 出 口 的 高 差 H， 和 選 用 粗 細(xì) 不 同 進(jìn) 水 管和 出 水 管 ， 可 以 調(diào) 整 進(jìn) 口 流 速 。 2021-5-5 32 采 樣 器 最 好 設(shè) 置 有 開(kāi) 關(guān) 裝 置 ， 否 則 不 適 于逐 點(diǎn) 法 取 樣 。 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 。 但 也 存 在 一 些 問(wèn) 題 ： 當(dāng) 采樣 器 下 放 到 取 樣 位

31、置 時(shí) ， 瓶 內(nèi) 的 空 氣 壓 力是 一 個(gè) 大 氣 壓 P0， 內(nèi) 外 壓 力 不 等 。 2021-5-5 33 由 于 取 樣 器 內(nèi) 部 壓 力 小 于 外 部 壓 力 ， 在 打開(kāi) 進(jìn) 水 口 和 排 氣 口 的 瞬 間 ， 進(jìn) 水 口 和 排 氣口 都 迅 速 進(jìn) 水 ， 出 現(xiàn) 突 然 灌 注 現(xiàn) 象 。 在 這一 極 短 的 時(shí) 段 內(nèi) ， 進(jìn) 口 流 速 比 天 然 流 速 大的 多 。 進(jìn) 入 取 樣 器 的 水 樣 含 沙 量 ， 與 天 然情 況 差 別 很 大 ， 這 種 誤 差 水 深 越 大 ， 誤 差越 大 。 所 以 該 儀 器 不 宜 在 大 水 深 中

32、 使 用 。 該 儀 器 僅 使 用 于 水 深 為 1.0 5.0m雙程 積 深 和 手 工 操 作 取 樣 。 2021-5-5 34 3 調(diào) 壓 積 時(shí) 式 采 樣 器 該 儀 器 適 用 于 纜 道 上 同 時(shí) 進(jìn) 行 測(cè) 流 、 取 沙 。在 一 次 行 車(chē) 過(guò) 程 中 ， 測(cè) 量 斷 面 內(nèi) 每 個(gè) 預(yù) 定測(cè) 點(diǎn) 的 流 速 ， 同 時(shí) 用 全 斷 面 混 合 法 一 次 完成 懸 移 質(zhì) 泥 沙 的 斷 面 平 均 含 沙 量 測(cè) 驗(yàn) 。 2021-5-5 35 儀 器 設(shè) 置 調(diào) 壓 系 統(tǒng) ， 有 開(kāi) 關(guān) 控 制 ， 主 要 有 頭 倉(cāng) 、鉛 魚(yú) 體 、 調(diào) 壓 艙 、 取

33、樣 艙 、 排 氣 管 、 控 制 艙 和 尾翼 等 部 分 組 成 。 調(diào) 壓 系 統(tǒng) 包 括 調(diào) 壓 孔 、 調(diào) 壓 倉(cāng) 、水 樣 倉(cāng) 和 排 氣 管 等 。 在 取 樣 前 ， 調(diào) 壓 孔 進(jìn) 水 ， 壓 縮 調(diào) 壓 倉(cāng) 內(nèi) 空 氣 經(jīng) 連通 管 至 水 樣 倉(cāng) ， 使 水 樣 倉(cāng) 內(nèi) 的 空 氣 壓 力 與 器 外 靜水 壓 力 平 衡 。 當(dāng) 用 控 制 系 統(tǒng) 打 開(kāi) 進(jìn) 水 管 開(kāi) 關(guān) 取 樣時(shí) ， 排 氣 管 開(kāi) 始 排 氣 ， 使 水 樣 倉(cāng) 內(nèi) 氣 壓 接 近 于 排氣 管 口 的 壓 力 （ 靜 水 壓 力 和 動(dòng) 水 壓 力 之 和 ） ， 是進(jìn) 口 流 速 與 天 然

34、 流 速 一 致 。 調(diào) 壓 歷 時(shí) 于 調(diào) 壓 孔 的大 小 有 關(guān) ， 一 般 為 5秒 。 該 儀 器 適 用 于 積 點(diǎn) 法 、 垂 線 混 合 法 和 積 深 法取 樣 ， 也 適 用 于 纜 道 測(cè) 流 取 沙 。 存 在 問(wèn) 題 ， 管 嘴容 易 積 沙 。 2021-5-5 36 4 皮 囊 積 時(shí) 式 采 樣 器 皮 囊 積 時(shí) 式 采 樣 器 ， 借 助 皮 囊 容 器 的 柔 性 以 傳 導(dǎo)和 調(diào) 整 儀 器 內(nèi) 壓 力 與 儀 器 外 靜 水 壓 力 使 其 平 衡 ，不 另 設(shè) 調(diào) 壓 系 統(tǒng) 。 主 要 由 取 水 系 統(tǒng) 和 鉛 魚(yú) 體 殼 兩大 部 分 組 成

35、。 取 水 系 統(tǒng) 包 括 管 嘴 、 進(jìn) 水 管 、 電 磁開(kāi) 關(guān) 和 皮 囊 。 鉛 魚(yú) 體 殼 側(cè) 面 設(shè) 有 弧 形 活 門(mén) 和 若 干進(jìn) 水 小 孔 。 取 樣 前 ， 將 皮 囊 內(nèi) 空 氣 排 出 ， 并 由 電磁 鐵 將 管 道 封 閉 。 取 樣 時(shí) ， 電 磁 鐵 通 一 電 流 ， 開(kāi)啟 管 道 ， 水 樣 在 動(dòng) 水 作 用 下 即 可 通 過(guò) 管 道 注 入 可以 張 開(kāi) 的 皮 囊 容 器 內(nèi) ， 皮 囊 內(nèi) 外 始 終 保 持 壓 力 平衡 。 2021-5-5 37 皮 囊 積 時(shí) 式 采 樣 器 是 利 用 柔 性 極 強(qiáng) 的 乳 膠 皮 囊 作 盛 水 容

36、器 ，儀 器 本 身 可 保 證 內(nèi) 外 靜 水 壓 強(qiáng) 相 等 ， 沒(méi) 有排 氣 孔 ， 也 不 需 要 設(shè) 置 調(diào) 壓 艙 ， 就 可 達(dá) 到瞬 時(shí) 調(diào) 壓 的 目 的 。 該 儀 器 結(jié) 構(gòu) 簡(jiǎn) 單 ， 操 作 方 便 ， 同 調(diào) 壓 積 時(shí)式 一 樣 能 克 服 脈 動(dòng) 影 響 ， 不 干 擾 天 然 水 流 ，進(jìn) 口 流 速 接 近 天 然 流 速 等 優(yōu) 點(diǎn) 。 適 用 于 高流 速 ， 大 含 沙 量 和 不 同 水 深 條 件 下 的 積 點(diǎn)法 ， 垂 線 混 合 法 和 積 深 法 取 樣 等 。 2021-5-5 38 5 同 位 素 測(cè) 沙 儀 同 位 素 測(cè) 沙 儀 是

37、 利 用 r射 線 穿 過(guò) 水 樣 時(shí) ， 強(qiáng) 度 將 發(fā) 生 衰減 的 原 理 而 制 成 的 ， 其 衰 減 程 度 與 水 樣 中 含 沙 量 的 大 小 有關(guān) ， 從 而 可 利 用 r射 線 衰 減 的 強(qiáng) 度 反 求 含 沙 量 。 測(cè) 沙 前 應(yīng) 進(jìn) 行 比 測(cè) 試 驗(yàn) :即 同 時(shí) 測(cè) 出 某 一 含 沙 量 及 其 相 應(yīng)的 脈 沖 計(jì) 數(shù) 率 ， 建 立 脈 沖 計(jì) 數(shù) 率 與 含 沙 量 的 相 關(guān) 曲 線 。 測(cè) 沙 時(shí) ， 將 儀 器 下 放 至 測(cè) 點(diǎn) 位 置 ， 打 開(kāi) 儀 器 ， 測(cè) 出脈 沖 計(jì) 數(shù) 率 （ 一 般 取 數(shù) 次 計(jì) 數(shù) 率 的 平 均 值 ）

38、， 在 率 定 曲 線上 讀 含 沙 量 即 得 。 同 位 測(cè) 沙 儀 可 以 在 現(xiàn) 場(chǎng) 測(cè) 得 瞬 時(shí) 含 沙 量 可 省 去 水 樣的 采 取 及 外 理 工 作 ， 操 作 簡(jiǎn) 單 ， 測(cè) 量 迅 速 。 其 缺 點(diǎn) 是 放 射性 同 位 素 衰 變 的 隨 機(jī) 性 對(duì) 儀 器 的 穩(wěn) 定 性 有 一 定 影 響 ； 探 頭的 效 應(yīng) ， 水 質(zhì) 及 泥 沙 礦 物 質(zhì) 對(duì) 施 測(cè) 含 沙 量 會(huì) 產(chǎn) 生 一 定 誤 差 ，另 外 ， 要 求 的 技 術(shù) 水 平 和 設(shè) 備 條 件 較 高 。 2021-5-5 39 6 光 電 測(cè) 沙 儀 光 電 測(cè) 沙 儀 就 是 利 用 光 電

39、 原 理 測(cè) 量 水 體 中含 沙 量 的 儀 器 。 當(dāng) 光 源 透 過(guò) 含 有 懸 移 質(zhì) 泥沙 的 水 體 后 ， 一 部 分 光 能 被 懸 沙 吸 收 ， 一部 分 光 能 被 懸 沙 散 射 ， 因 此 透 過(guò) 渾 水 的 光能 只 是 入 射 光 能 的 一 部 分 。 利 用 懸 移 質(zhì) 沙的 這 種 消 光 作 用 ， 使 光 能 透 過(guò) 懸 移 質(zhì) 沙 的衰 減 轉(zhuǎn) 換 成 電 流 值 ， 從 而 測(cè) 定 含 沙 量 。 2021-5-5 40 7 振 動(dòng) 管 測(cè) 沙 儀 由 物 理 學(xué) 知 道 物 體 （ 或 單 位 體 積 的 物 質(zhì) ）的 固 有 頻 率 與 其 質(zhì)

40、量 （ 或 密 度 ） 有 確 定 的關(guān) 系 。 振 動(dòng) 測(cè) 沙 儀 的 就 是 測(cè) 定 金 屬 傳 感 器的 振 動(dòng) 頻 率 ， 從 而 確 定 流 經(jīng) 金 屬 棒 體 內(nèi) 水體 的 懸 移 質(zhì) 泥 沙 含 沙 量 。 2021-5-5 41 8 超 聲 波 測(cè) 沙 儀 根 據(jù) 超 聲 波 在 含 沙 水 流 中 傳 播 時(shí) ， 其 衰 減規(guī) 律 與 渾 水 中 懸 浮 顆 粒 濃 度 有 關(guān) ， 可 根 據(jù)這 一 原 理 實(shí) 現(xiàn) 對(duì) 水 體 含 沙 量 的 測(cè) 量 。 2021-5-5 42 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 ， 是 用 比

41、 較 精 確 的 方 法 ，測(cè) 定 單 位 時(shí) 間 內(nèi) 通 過(guò) 懸 移 質(zhì) 干 沙 重 量 ， 結(jié) 合 同 時(shí)的 流 量 資 料 確 定 斷 面 平 均 含 沙 量 ， 利 用 單 斷 沙 關(guān)系 或 斷 沙 過(guò) 程 線 以 推 求 不 同 時(shí) 期 的 斷 沙 數(shù) 值 。 （ 一 ） 輸 沙 率 測(cè) 驗(yàn) 的 工 作 內(nèi) 容 理 論 上 的 懸 移 質(zhì) 輸沙 率 用 下 式 表 示 ： dBdHCsVhBQs 00 2021-5-5 43 1、 直 接 測(cè) 量 法 在 一 個(gè) 測(cè) 點(diǎn) 上 ， 用 一 個(gè) 儀 器 直 接 測(cè) 得 時(shí) 段平 均 懸 移 質(zhì) 輸 沙 率 。 要 求 水 流 不 受 擾

42、動(dòng) ，儀 器 進(jìn) 口 流 速 等 于 或 接 近 天 然 流 速 。 2、 間 接 測(cè) 量 法 ： 在 一 個(gè) 測(cè) 點(diǎn) 上 ， 分 別 用 兩個(gè) 儀 器 幾 乎 同 時(shí) 進(jìn) 行 時(shí) 段 平 均 含 沙 量 和 時(shí)段 平 均 流 速 的 測(cè) 量 ， 兩 者 乘 積 得 測(cè) 點(diǎn) 輸 沙率 。 2021-5-5 44 測(cè) 沙 的 同 時(shí) ， 要 求 測(cè) 流 ， 其 工 作 內(nèi) 容 為 ： 1 包 含 流 量 測(cè) 驗(yàn) 的 全 部 項(xiàng) 目 ： 觀 測(cè) 水 位 、 比降 、 各 垂 線 的 水 深 、 起 點(diǎn) 距 離 及 流 速 等 ； 2 在 選 定 的 測(cè) 沙 垂 線 上 測(cè) 取 水 樣 （ 測(cè) 沙

43、垂 線應(yīng) 在 測(cè) 速 垂 線 中 選 取 ） ， 若 作 顆 粒 分 析 時(shí) ，須 同 時(shí) 加 測(cè) 水 溫 。 3 采 用 單 斷 沙 關(guān) 系 進(jìn) 行 資 料 整 編 的 測(cè) 站 ，在 測(cè) 輸 沙 率 的 同 時(shí) ， 測(cè) 取 相 應(yīng) 單 位 水 樣 。 2021-5-5 45 （ 二 ） 懸 移 質(zhì) 輸 沙 率 測(cè) 次 要 求 一 年 內(nèi) 懸 移 質(zhì) 輸 沙 率 的 測(cè) 次 ， 應(yīng) 主 要 分 布 在 洪 水期 ， 要 求 控 制 河 水 含 沙 量 的 變 化 過(guò) 程 。 （ 三 ） 測(cè) 沙 垂 線 的 布 置 斷 面 內(nèi) 測(cè) 沙 垂 線 的 布 置 ， 應(yīng) 根 據(jù) 含 沙 量 橫 向 分

44、布的 規(guī) 律 布 設(shè) ， 一 般 情 況 下 ， 其 分 布 應(yīng) 為 大 致 均 勻 ，中 泓 密 ， 兩 邊 疏 ， 以 能 控 制 含 沙 量 橫 向 變 化 轉(zhuǎn) 折 ，正 確 測(cè) 定 斷 面 輸 沙 率 為 原 則 。 測(cè) 沙 垂 線 數(shù) 目 ， 一般 應(yīng) 根 據(jù) 試 驗(yàn) 資 料 分 析 確 定 ： 。 斷 面 與 水 流 穩(wěn) 定 的 測(cè) 站 ， 測(cè) 沙 垂 線 應(yīng) 該 隨 測(cè) 速 垂線 一 起 固 定 下 來(lái) 。 用 全 斷 面 混 合 法 測(cè) 輸 沙 率 時(shí) ，測(cè) 沙 垂 線 的 數(shù) 目 和 位 置 應(yīng) 按 全 斷 面 混 合 法 的 要 求布 置 。 2021-5-5 46 （ 四

45、 ） 垂 線 上 取 樣 方 法 垂 線 上 取 樣 的 目 的 ， 在 于 推 求 垂 線 平 均 含沙 量 和 分 析 研 究 含 沙 量 沿 垂 線 的 分 布 規(guī) 律 ，其 取 樣 方 法 有 選 點(diǎn) 法 、 積 深 法 和 垂 線 混 合法 三 種 。 1 選 點(diǎn) 法 在 測(cè) 沙 垂 線 有 代 表 性 的 相 對(duì) 位 置 上 ， 逐 點(diǎn)測(cè) 取 水 樣 ， 同 時(shí) 測(cè) 流 速 ， 按 流 量 加 權(quán) 的 原理 計(jì) 算 垂 線 平 均 含 沙 量 。 2021-5-5 47 2.垂 線 混 合 法 在 測(cè) 沙 垂 線 的 有 關(guān) 測(cè) 點(diǎn) 上 ， 按 規(guī) 定 的 要 求分 別 取 樣 ，

46、 混 合 成 一 個(gè) 水 樣 ， 處 理 后 的 含沙 量 即 為 垂 線 平 均 含 沙 量 。 根 據(jù) 儀 器 的 不同 ， 有 以 下 兩 種 取 樣 方 法 。 (1)積 時(shí) 式 采 樣 器 取 樣 ： 使 用 此 種 儀 器 ， 可根 據(jù) 不 同 的 測(cè) 點(diǎn) ， 列 出 的 取 樣 歷 時(shí) 比 例 取樣 ， 然 后 進(jìn) 行 混 合 。 （ 2） 橫 式 采 樣 器 取 樣 :可 按 一 定 容 積 比 例取 樣 ， 進(jìn) 行 垂 線 混 合 。 2021-5-5 48 3 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

47、， 經(jīng) 處 理 求 得 的 含 沙 量即 為 垂 線 平 均 含 沙 量 。 當(dāng) 不 宜 用 選 點(diǎn) 法 ，且 有 一 米 以 上 水 深 時(shí) ， 可 用 此 法 。 為 避 免采 樣 器 進(jìn) 口 流 向 偏 斜 過(guò) 大 ， 提 放 速 度 應(yīng) 不超 過(guò) 垂 線 平 均 流 速 的 1/3， 取 樣 時(shí) ， 可 單 程取 樣 ， 也 可 以 雙 程 取 樣 ， 在 雙 程 取 樣 時(shí) ，下 放 和 上 提 的 速 度 可 以 不 同 ， 但 無(wú) 論 用 何種 方 法 取 樣 ， 采 樣 器 均 不 得 裝 滿 。 2021-5-5 49 （ 四 ） 相 應(yīng) 單 位 含 沙 量 的 取 樣 輸

48、沙 率 測(cè) 驗(yàn) 期 間 ， 在 單 沙 取 樣 位 置 上 取 得的 水 樣 ， 稱(chēng) 為 相 應(yīng) 單 位 含 沙 量 （ 簡(jiǎn) 稱(chēng) 相 應(yīng)單 沙 ） 。 由 于 輸 沙 率 測(cè) 驗(yàn) 不 能 在 一 瞬 間 完成 ， 因 此 ， 相 應(yīng) 單 沙 也 不 能 用 一 次 單 沙 與之 適 應(yīng) ， 應(yīng) 視 沙 情 變 化 ， 通 過(guò) 采 用 取 多 次單 沙 ， 以 推 求 相 應(yīng) 單 沙 。 相 應(yīng) 單 沙 質(zhì) 量 的高 低 ， 直 接 影 響 單 斷 沙 關(guān) 系 。 測(cè) 取 相 應(yīng)單 沙 時(shí) ， 應(yīng) 注 意 以 下 幾 點(diǎn) ： 2021-5-5 50 1 取 樣 次 數(shù) ： 在 水 情 平 穩(wěn) 時(shí)

49、 取 一 次 ； 有 緩 慢 變 化時(shí) ， 應(yīng) 在 輸 沙 率 測(cè) 驗(yàn) 開(kāi) 始 、 終 了 各 取 一 次 ； 水 沙變 化 劇 烈 時(shí) ， 應(yīng) 增 加 取 樣 次 數(shù) ， 并 控 制 轉(zhuǎn) 折 變 化 。 2 取 樣 要 求 ： 在 取 樣 位 置 ， 方 法 、 使 用 儀 器 類(lèi) 型應(yīng) 與 經(jīng) 常 性 的 單 沙 取 樣 相 同 ， 以 不 失 去 相 應(yīng) 單 沙的 代 表 性 。 兼 作 顆 粒 分 析 的 輸 沙 率 測(cè) 次 ， 應(yīng) 同 時(shí)觀 測(cè) 水 溫 。 當(dāng) 單 樣 與 單 粒 取 樣 方 法 相 同 時(shí) ， 可 用相 應(yīng) 單 樣 作 顆 粒 分 析 ， 不 同 時(shí) 應(yīng) 另 取 水

50、 樣 作 顆 粒分 析 。 2021-5-5 51 二 、 全 斷 面 混 合 法 （ 一 ） 等 部 分 流 量 等 容 積 全 斷 面 混 合 法 該 法 簡(jiǎn) 稱(chēng) 等 部 分 流 量 法 ， 取 樣 垂 線 可 按“ 等 部 分 流 量 中 線 法 ” 布 設(shè) 。 該 法 適 用 于穩(wěn) 定 河 床 和 使 用 橫 式 采 樣 器 的 測(cè) 站 。 （ 二 ） 等 水 面 寬 等 速 積 深 全 斷 面 混 合 法 此 法 簡(jiǎn) 稱(chēng) 等 水 面 寬 法 ， 主 要 使 用 于 穩(wěn) 定 的單 式 河 槽 和 使 用 積 深 采 樣 器 的 測(cè) 站 。 其 取樣 垂 線 位 置 按 “ 等 水 面

51、寬 中 心 線 法 ” 確 定 ，這 是 一 種 直 接 測(cè) 取 懸 移 質(zhì) 輸 沙 率 的 方 法 。 2021-5-5 52 （ 三 ） 面 積 加 權(quán) 全 斷 面 混 合 法 1 等 部 分 面 積 全 斷 面 混 合 法 該 方 法 是 指 ， 按 等 部 分 面 積 中 心 線 ， 在 每 條 垂 線上 用 同 一 選 點(diǎn) 法 取 樣 ， 每 條 垂 線 取 樣 歷 時(shí) 相 等 ，儀 器 進(jìn) 水 管 嘴 不 變 ， 水 樣 混 合 處 理 ， 即 得 斷 面 平均 含 沙 量 。 2 部 分 面 積 不 等 的 全 斷 面 混 合 法 該 方 法 是 指 ， 按 部 分 面 積 的

52、權(quán) 重 系 數(shù) （ 即 部 分 面積 與 總 面 積 的 比 值 ） 來(lái) 分 配 各 垂 線 的 取 樣 歷 時(shí) 。各 垂 線 按 分 配 的 取 樣 歷 時(shí) ， 再 由 采 用 的 某 垂 線 混合 法 ， 確 定 各 測(cè) 點(diǎn) 的 取 樣 歷 時(shí) ， 全 斷 面 取 得 的 水樣 混 合 處 理 ， 即 得 斷 面 平 均 含 沙 量 。 2021-5-5 53 三 、 單 樣 含 沙 量 測(cè) 驗(yàn) 當(dāng) 用 單 斷 沙 關(guān) 系 推 算 斷 沙 的 測(cè) 站 ， 應(yīng) 作 單樣 含 沙 量 測(cè) 驗(yàn) 。 單 樣 含 沙 量 測(cè) 驗(yàn) 的 目 的 是控 制 含 沙 量 隨 時(shí) 間 的 變 化 過(guò) 程 ，

53、結(jié) 合 流 量資 料 推 算 不 同 時(shí) 期 的 輸 沙 量 及 特 征 值 。 采 取 單 樣 時(shí) ， 應(yīng) 同 時(shí) 觀 測(cè) 水 位 、 測(cè) 沙 垂 線起 點(diǎn) 及 垂 線 水 深 。 所 取 水 樣 需 作 顆 分 時(shí) ，應(yīng) 加 測(cè) 水 溫 。 單 樣 含 沙 量 測(cè) 驗(yàn) ， 應(yīng) 考 慮 以 下 問(wèn) 題 2021-5-5 54 1 單 樣 含 沙 量 取 樣 位 置 的 確 定 單 樣 含 沙 量 測(cè) 驗(yàn) 方 法 應(yīng) 能 使 一 類(lèi) 站 單 斷 沙關(guān) 系 線 的 比 例 系 數(shù) 在 0.95 1.05之 間 ,二 、三 類(lèi) 站 在 0.93 1.07之 間 。 單 樣 測(cè) 沙 垂 線位 置 在

54、 斷 面 內(nèi) 的 選 擇 ， 應(yīng) 使 單 沙 與 斷 沙 有著 穩(wěn) 定 的 關(guān) 系 ， 具 體 選 擇 應(yīng) 根 據(jù) 情 況 不 同而 定 。 2021-5-5 55 2 單 樣 在 垂 線 上 取 樣 方 法 單 樣 在 垂 線 上 取 樣 方 法 ， 應(yīng) 使 單 沙 與 垂 線平 均 含 沙 量 保 持 穩(wěn) 定 的 關(guān) 系 。 一 般 應(yīng) 與 輸沙 率 測(cè) 驗(yàn) 時(shí) 的 垂 線 取 樣 方 法 相 同 ， 通 常 應(yīng)用 積 深 法 或 垂 線 混 合 法 取 樣 ， 除 高 含 沙 河流 或 某 些 紊 動(dòng) 強(qiáng) 烈 的 山 區(qū) 河 流 外 ， 不 得 采用 一 點(diǎn) 法 取 樣 。 2021-5

55、-5 56 3 單 沙 測(cè) 次 的 布 置 單 沙 測(cè) 次 ， 主 要 應(yīng) 布 置 在 洪 水 期 ， 平 、 枯水 只 須 適 當(dāng) 布 置 測(cè) 次 。 以 控 制 含 沙 量 變 化過(guò) 程 為 原 則 。 2021-5-5 57 五 、 水 樣 處 理 （ 一 ） 概 述 水 樣 處 理 就 是 通 過(guò) 量 積 、 沉 淀 、 稱(chēng) 重 等 工序 ， 求 得 含 沙 量 的 過(guò) 程 。 1 量 積 ： 一 般 在 現(xiàn) 場(chǎng) 應(yīng) 及 時(shí) 量 積 2 水 樣 沉 淀 、 濃 縮 與 稱(chēng) 重 （ 二 ） 沙 樣 處 理 方 法 沙 樣 的 處 理 方 法 很 多 ， 常 用 的 處 理 方 法 有烘

56、干 法 、 過(guò) 濾 法 、 置 換 法 等 。 2021-5-5 58 六 、 實(shí) 測(cè) 懸 移 質(zhì) 輸 沙 率 計(jì) 算 目 前 計(jì) 算 斷 面 輸 沙 率 的 方 法 是 ： 先 求 出 各測(cè) 沙 垂 線 平 均 含 沙 量 ， 然 后 求 兩 測(cè) 沙 垂 線間 部 分 平 均 含 沙 量 ， 再 與 部 分 流 量 相 乘 ，得 部 分 輸 沙 率 ， 累 加 后 得 斷 面 輸 沙 率 。 在計(jì) 算 方 法 上 ， 又 分 為 分 析 法 和 圖 解 法 兩 種 。 2021-5-5 59 （ 一 ） 垂 線 平 均 含 沙 量 的 計(jì) 算 用 積 深 法 或 垂 線 混 合 法 取 樣

57、時(shí) ， 經(jīng) 處 理 求得 的 含 沙 量 ， 即 為 垂 線 平 均 含 沙 量 。 用 逐點(diǎn) 法 取 樣 時(shí) ， 均 需 用 流 速 加 權(quán) 法 計(jì) 算 垂 線平 均 含 沙 量 。 按 定 義 ： 垂 線 平 均 含 沙 量 系 在 單 寬 流 量 中 ，平 均 單 位 水 體 中 所 含 的 干 沙 重 ， 可 用 單 寬輸 沙 率 與 單 寬 流 量 之 比 得 。 2021-5-5 60 （ 二 ） 斷 面 輸 沙 率 和 斷 面 平 均 含 沙 量 的 計(jì) 算 1.采 用 選 點(diǎn) 法 、 垂 線 混 合 法 與 積 深 法 測(cè) 定 垂 線 平均 含 沙 量 ， 并 使 用 流 速

58、儀 法 測(cè) 流 時(shí) ， 斷 面 輸 沙 率和 斷 面 平 均 含 沙 量 計(jì) 算 步 驟 是 ： 首 先 要 計(jì) 算 部 分輸 沙 率 ， 部 分 輸 沙 率 是 以 測(cè) 沙 垂 線 為 分 界 ， 計(jì) 算垂 線 間 部 分 平 均 含 沙 量 和 部 分 流 量 。 （ 1） 部 分 平 均 含 沙 量 計(jì) 算 （ 2） 部 分 流 量 的 計(jì) 算 （ 3） 部 分 輸 沙 率 的 計(jì) 算 以 上 兩 者 相 乘 得 積 （ 4） 斷 面 輸 沙 率 計(jì) 算 為 各 部 分 輸 沙 率 累 計(jì) 和 （ 5） 斷 面 平 均 含 沙 量 2021-5-5 61 2 采 用 選 點(diǎn) 法 、 垂

59、線 混 合 法 與 積 深 法 測(cè) 定垂 線 平 均 含 沙 量 ， 并 使 用 浮 標(biāo) 法 測(cè) 流 時(shí) ，斷 面 輸 沙 率 和 斷 面 平 均 含 沙 量 計(jì) 算 。 3 采 用 全 斷 面 混 合 法 測(cè) 沙 時(shí) ， 實(shí) 測(cè) 輸 沙率 計(jì) 算 。 （ 三 ） 相 應(yīng) 單 樣 含 沙 量 的 計(jì) 算 1 算 術(shù) 平 均 法 2 輸 沙 率 加 權(quán) 法 2021-5-5 62 七 、 懸 沙 測(cè) 驗(yàn) 誤 差 分 析 懸 移 質(zhì) 泥 沙 測(cè) 驗(yàn) 的 誤 差 主 要 來(lái) 源 于 儀 器 、水 樣 處 理 ， 泥 沙 脈 動(dòng) 、 垂 線 上 取 樣 方 法 以及 斷 面 內(nèi) 測(cè) 沙 垂 線 數(shù) 目

60、 的 多 少 等 ， 其 誤 差包 含 有 隨 機(jī) 誤 差 和 系 統(tǒng) 誤 差 兩 種 。 機(jī) 誤 差服 從 正 態(tài) 分 布 ， 置 信 水 平 取 95%， 其 數(shù) 值 用不 確 定 度 表 示 ， 不 確 定 度 在 數(shù) 值 上 等 于 2倍的 標(biāo) 準(zhǔn) 差 。 因 此 ， 欲 求 不 確 定 度 ， 必 先 求出 各 個(gè) 項(xiàng) 目 的 標(biāo) 準(zhǔn) 差 。 2021-5-5 63 （ 一 ） 一 次 斷 面 平 均 含 沙 量 測(cè) 驗(yàn) 的 總 隨 機(jī) 不確 定 度 的 組 成 1 引 起 垂 線 平 均 含 沙 量 誤 差 為 ： （ 1） 儀 器 誤 差 ， 為 儀 器 處 于 標(biāo) 準(zhǔn) 工 作

61、狀 態(tài) 下 ， 同參 證 儀 器 比 測(cè) 的 誤 差 ； （ 2） 水 樣 處 理 誤 差 ， 為 不 同 的 水 樣 處 理 方 法 或 操作 帶 來(lái) 的 誤 差 ； （ 3） CS 型 誤 差 ， 為 垂 線 上 用 單 點(diǎn) 取 樣 的 有 限 取樣 歷 時(shí) 引 起 的 脈 動(dòng) 誤 差 ； （ 4） CS 型 誤 差 ， 為 有 垂 線 上 布 設(shè) 有 限 的 取 樣 點(diǎn)數(shù) 和 計(jì) 算 規(guī) 則 所 引 起 的 垂 線 平 均 含 沙 量 的 誤 差 。 2021-5-5 64 2 引 起 斷 面 平 均 含 沙 量 的 誤 差 CSIII型 誤 差 ， 為 有 垂 線 數(shù) 目 數(shù) 和 計(jì)

62、算 規(guī) 則所 引 起 的 斷 面 平 均 含 沙 量 的 誤 差 。 （ 二 ） 分 項(xiàng) 不 確 定 度 的 估 算 及 控 制 指 標(biāo) 1 CS 型 誤 差 2 CS 型 誤 差 CS 型 誤 差 2021-5-5 65 （ 三 ） 總 隨 機(jī) 不 確 定 度 和 系 統(tǒng) 誤 差 的 估 算 一 次 斷 面 平 均 含 沙 量 測(cè) 驗(yàn) 的 總 隨 機(jī) 不 確 定度 和 系 統(tǒng) 誤 差 分 別 按 下 式 計(jì) 算 ： 1 總 隨 機(jī) 不 確 定 度 計(jì) 算 方 法 2 總 系 統(tǒng) 誤 差 的 計(jì) 算 方 法 （ 四 ） 對(duì) 測(cè) 不 到 層 的 處 理 由 于 受 儀 器 條 件 限 制 ， 臨

63、 近 河 床 附 近 的 水樣 無(wú) 法 測(cè) 到 ， 河 底 處 的 含 沙 量 往 往 用 河 底以 上 某 一 測(cè) 得 到 處 的 含 沙 量 代 替 ， 這 樣 就形 成 誤 差 。 2021-5-5 66 第 三 節(jié) 、 推 移 質(zhì) 及 河 床 質(zhì) 泥 沙 測(cè) 驗(yàn) 一 、 推 移 質(zhì) 泥 沙 測(cè) 驗(yàn) 的 目 的 、 工 作 內(nèi) 容 （ 一 ） 推 移 質(zhì) 泥 沙 測(cè) 驗(yàn) 的 目 的 （ 二 ） 推 移 質(zhì) 輸 沙 率 測(cè) 驗(yàn) 工 作 內(nèi) 容 1 在 各 垂 線 上 采 取 推 移 質(zhì) 沙 樣 。2 確 定 推 移 質(zhì) 移 運(yùn) 地 帶 的 邊 界 。3 采 取 單 位 推 移 質(zhì) 水 樣

64、。4 進(jìn) 行 各 項(xiàng) 附 屬 項(xiàng) 目 的 觀 測(cè) 。5 推 移 質(zhì) 水 樣 的 處 理 。 2021-5-5 67 （ 三 ） 推 移 質(zhì) 測(cè) 驗(yàn) 中 存 在 的 問(wèn) 題 目 前 ， 國(guó) 內(nèi) 外 對(duì) 推 移 質(zhì) 測(cè) 驗(yàn) 普 遍 存 在 著 測(cè) 驗(yàn) 儀 器不 完 善 、 測(cè) 驗(yàn) 方 法 不 成 熟 的 問(wèn) 題 。 同 時(shí) 由 于 推 移質(zhì) 運(yùn) 動(dòng) 形 式 極 為 復(fù) 雜 ， 它 的 泥 沙 脈 動(dòng) 現(xiàn) 象 遠(yuǎn) 比 懸移 質(zhì) 大 得 多 ， 在 不 同 的 水 力 條 件 下 ， 推 移 質(zhì) 顆 粒變 化 范 圍 很 大 ， 小 至 0.01毫 米 的 細(xì) 沙 ， 大 至 數(shù) 十公 斤 的 卵 石

65、 ， 運(yùn) 動(dòng) 形 式 隨 著 流 速 的 大 小 不 同 也 不斷 地 變 化 ， 當(dāng) 流 速 小 時(shí) ， 停 頓 下 來(lái) 成 為 河 床 質(zhì) ，流 速 較 大 時(shí) ， 又 可 以 懸 浮 起 來(lái) 變 為 懸 移 質(zhì) ， 所 有這 一 切 都 給 推 移 質(zhì) 測(cè) 驗(yàn) 帶 來(lái) 很 大 困 難 。 2021-5-5 68 二 、 推 移 質(zhì) 泥 沙 測(cè) 驗(yàn) 儀 器 及 測(cè) 驗(yàn) 方 法 （ 一 ） 推 移 質(zhì) 泥 沙 測(cè) 驗(yàn) 儀 器 及 測(cè) 驗(yàn) 方 法1.對(duì) 推 移 質(zhì) 采 樣 器 的 性 能 要 求（ 1） 儀 器 進(jìn) 口 流 速 應(yīng) 與 測(cè) 點(diǎn) 位 置 河 底 流 速 接 近 。（ 2） 采 樣

66、 器 口 門(mén) 要 伏 貼 河 床 ， 對(duì) 附 近 床 面 不 產(chǎn) 生淘 刷 或 淤 積 。（ 3） 取 樣 效 率 高 ， 效 率 系 數(shù) 穩(wěn) 定 ， 進(jìn) 入 器 內(nèi) 泥 沙堆 沙 部 位 合 理 。（ 4） 外 形 合 理 、 有 足 夠 的 取 樣 容 積 ， 并 有 一 定 的自 重 以 保 持 取 樣 位 置 不 因 水 流 沖 擊 改 變 。（ 5） 結(jié) 構(gòu) 簡(jiǎn) 單 、 牢 固 、 操 作 方 便 靈 活 。 2021-5-5 69 2 采 樣 器 種 類(lèi) 推 移 質(zhì) 采 樣 器 按 用 途 分 為 卵 石 采 樣 器 和 沙質(zhì) 采 樣 器 兩 類(lèi) ： 2021-5-5 70 沙 質(zhì) 推 移 質(zhì) 采 樣 器 2021-5-5 71 3 采 樣 器 效 率 系 數(shù) 的 率 定 所 謂 采 樣 效 率 系 數(shù) ， 系 指 儀 器 測(cè) 得 的 與 河流 實(shí) 際 的 推 移 質(zhì) 輸 沙 率 之 比 值 。 通 常 率 定效 率 系 數(shù) 的 方 法 有 兩 種 ： 一 種 是 在 天 然 河道 （ 或 渠 道 ） 用 儀 器 作 取 樣 試 驗(yàn) ， 以 標(biāo) 準(zhǔn)集 沙 坑 測(cè) 得 的 推