悬移质测算方法优化

2023-06-21 理论教育版权反馈

【摘要】：河流中悬移质泥沙的测验主要是测定水流中的含沙量，推求输沙率、断面平均含沙量等。图X2.15某站单沙与断沙关系水文年鉴中刊布成果有逐日平均悬移质输沙率表、逐日平均含沙量表、洪水水文要素摘录表中的含沙量过程摘录以及实测输沙率成果表等。

河流中悬移质泥沙的测验主要是测定水流中的含沙量，推求输沙率、断面平均含沙量等。由于过水断面上各点的含沙量不同，因此，输沙率测验与流量测验原理相似，要在断面上布置测沙垂线，原则上测沙垂线数目少于测速垂线数目，并且在测速垂线中挑选若干条兼作测沙垂线。具体布设方法和垂线数目应由试验分析确定。测沙垂线数目可依据《河流悬移质泥沙测验规范》（GB50159—92）确定。各测沙垂线上布置测点，从测点含沙量测验入手，其测验和计算步骤如下。

1.测点含沙量测验

测量悬移质含沙量的仪器种类较多，有横式、瓶式和抽气式采样器，以及目前较为先进的同位素测沙仪和光学测沙仪等。最常用的采样仪器可分两类：瞬时式采样器是采集过水断面预定测点极短时间间隔内泥沙水样的仪器，如横式采样器，如图X2.13所示；另一类积时式采样器是采集过水断面预定测点某一时段内泥沙水样的仪器，如瓶式采样器（图X2.14）、调压式采样器、皮囊式采样器。测验时，采样工作一般和流量测验同时进行，然后经过测量水样的体积V（m3），再静置待泥沙沉淀后，将泥沙过滤烘干，称得干沙质量Ws（kg或g），求出各测点含沙量ρ

图X2.13　横式采样器

图X2.14　瓶式采样器

2.垂线平均含沙量计算

有了垂线各测点含沙量ρ，用流速加权计算垂线平均含沙量，公式如下：

二点法：

三点法：

五点法：

式中　ρm——垂线平均含沙量，kg/m3；

ρ0.0，ρ0.2，ρ0.6，ρ0.8，ρ1.0——各相对水深处的含沙量，kg/m3；

vm——垂线平均流速，m/s；

v0.0，v0.2，v0.6，v0.8，v1.0——各相对水深处的测点流速，m/s。

3.断面输沙率计算

断面输沙率的计算方法与流速仪测流时计算流量的方法类似，先根据垂线平均含沙量计算部分平均含沙量，再与部分面积的部分流量相乘，即得部分面积的输沙率，最后相加得断面输沙率。计算公式为

式中　Qs——断面输沙率，kg/s；

ρmi——第i条测沙垂线的垂线平均含沙量，kg/m3；

q0，q1，…，qn——以测沙垂线分界的部分面积相应的部分流量，m3/s。

4.断面平均含沙量计算

断面平均含沙量为输沙率除以断面流量，即

5.单样含沙量及单断沙关系

由于泥沙测验工作量比较大，不宜采用此法逐时逐日施测以求得断面输沙率的变化过程。通常是根据多次实测资料研究断面平均含沙量（简称断沙）与单样含沙量（简称单沙）之间的相关关系，称为单断沙关系。所谓单样含沙量，是指与断面平均含沙量有较好相关关系的断面上的某一测点含沙量或某一垂线的平均含沙量。有了单断沙关系后，（图X2.15），就可以根据测定的单沙，查得断面平均含沙量，并进一步推求断面输沙率。

根据实测输沙率资料，可计算逐日平均输沙率及各月、年平均输沙率等，并可进一步求得各时段的输沙量。

图X2.15　某站单沙与断沙关系

水文年鉴中刊布成果有逐日平均悬移质输沙率表、逐日平均含沙量表、洪水水文要素摘录表中的含沙量过程摘录以及实测输沙率成果表等。

悬移质测算方法优化

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