第5泥沙测验.ppt

泥沙测验一、概述二、悬移质泥沙测验三、推移质及河床质泥沙测验1一、概述泥沙测验的意义河流泥沙的分类河流泥沙的脉动现象悬移质泥沙在断面内的分布2泥沙测验的意义1.泥沙淤积的两面性（1）不利方面 河床抬高，容易造成河流的泛滥和游荡；黄河因含沙量大，下游泥沙的长期沉积形成了举世闻名的“悬河”；水库的淤积缩短了工程寿命，降低了工程的防洪、灌溉、发电能力；泥沙还可以加剧水力机械和水工建筑物的磨损，增加维修和工程造价的费用等。3泥沙测验的意义（2）有利方面 泥沙也有其有利的一面，粗颗粒是良好的建筑材料；细颗粒泥沙进行灌溉，可以改良，使盐碱沙荒变为良田；抽水放淤可以加固大堤，从而增强抗洪能力等。4泥沙测验的意义2.泥沙测验意义 对一个流域或一个地区，为了达到兴利除害的，就要了解泥沙的特性、来源、数量及其时空变化，为流域的开发和国民经济建设，提供可靠的依据。为此，必须开展泥沙测验工作，系统地搜集泥沙资料。5河流泥沙的分类按运动形式分：悬移质、推移质、河床质按在河床上的位置分：冲泻质、床沙质 因泥沙运动受到本身特性和水利条件影响，各种泥沙之间没有严格的界限。6河流泥沙的脉动现象据研究，河流泥河流泥沙脉动强度与流沙脉动强度与流速脉动强度及泥速脉动强度及泥沙特性等因素有沙特性等因素有关关，且大于流速脉动强度。泥沙脉动是影响泥沙测验资料精度的一个重要因素，在进行泥沙测验及其仪器的设计和制造时，必须充分考虑。7悬移质泥沙在断面内的分布 悬移质含沙量在垂线上的分布 一般是从水面向河底呈递增趋势。含沙量的变化梯度还随泥沙颗粒粗细的不同而不同。悬移质含沙量沿断面的横向分布 随河道情势、横断面形状和泥沙特性而变。如河道顺直的单如河道顺直的单式断面式断面，水深较大时，含沙量横向分布比较均匀。在复式断面在复式断面上上，或有分流漫滩、水深较浅、冲淤频繁的断面上，含沙量的横向分布将随流速及水深的横向变化而变。8悬移质泥沙在断面内的分布 一般情况下，含沙量的横向变化较流速横向分布变化小一般情况下，含沙量的横向变化较流速横向分布变化小，如岸边流速趋近于零，而含沙量却不趋近于零。这是由于流速等水力条件主要影响悬移质中的粗颗粒泥沙及床沙质的变化，而对悬移质中的细颗粒（冲泻质）泥沙影响不大。因此，河流的悬移质泥沙颗粒越细，含沙量的横向分布就越均匀，否则相反。9二、悬移质泥沙测验几个概念悬移质泥沙测验仪器悬移质输沙率测验全断面混合法单样含沙量测验水样处理实测悬移质输沙率计算10几个概念1.含沙量（Cs）单位体积水样中所含干沙的重量。（瞬时、日、月、年平均；单沙、相应单沙、垂线平均、部分及断面平均含沙量）。单位：kg/m3、g/m32.输沙率（Qs）单位时间内通过某一断面的干沙重量，是断面流量与断面平均含沙量的乘积。单位：t/s、kg/s3.单沙 断面上有代表性的某垂线或测点含沙量。11悬移质泥沙测验仪器1.分类：瞬时式、积时式、自记式3种。2.泥沙采样器的技术要求：（1）仪器对水流干扰小。（2）尽可能使采样器进口流速与天然流速一致。（3）采取的水样应尽量减少脉动影响。（4）仪器能取得接近河床床面的水样。（5）减少积沙、器壁粘沙。（6）取样时应无突然灌注现象。（7）结构简单、安装容易、操作方便。12悬移质泥沙测验仪器3.常用采样器介绍 （1）横式采样器 属瞬时采样器。适用于各种情况下的逐点法或混合法取样。（2）普通瓶式采样器 属积时式采样器。即使用于水深1-5m双程积深和手工操作取样。（3）调压积时式采样器 用于积点法、垂线混合法和积深法取样，也适用于缆道上同时进行测流、取沙。131415悬移质泥沙测验仪器（4）皮囊积时式采样器 适用于高流速、大含沙量和不同水深条件下的积点法、垂线混合法和积深法取样。（5）同位素测沙仪（6）光电测沙仪（7）振动管测沙仪（8）超声波测沙仪16悬移质输沙率测验1.测验原理 实际测验时采取与流量模相同的概念，将断面分割成许多平行的垂直部分块，计算每部分块的输沙率，然后累加得断面输沙率。公式如下：17悬移质输沙率测验2.测验内容 （1）包含流量测验的全部项目：观测水位、比降、各垂线的水深、起点距离及流速等；（2）在选定的测沙垂线上测取水样（测沙垂线应在测速垂线中选取。（3）采用单断沙关系进行资料整编的测站，在测输沙率的同时，测取相应单位水样。18悬移质输沙率测验3.测次要求一年内悬移质输沙率的测次，应主要分布在洪水期。具体测次与资料整编要求有关。4.测沙垂线的布置一般情况下，其分布应为大致均匀，中泓密，两边疏，以能控制含沙量横向变化转折为原则。测沙垂线数目，一般应根据试验资料分析确定：一类站不少于10条，二类站不少于7条，三类站不少于3条。用全断面混合法测输沙率时，测沙垂线的数目和位置应按全断面混合法的要求布置。19悬移质输沙率测验5.垂线上取样方法垂线上取样的目的，在于推求垂线平均含沙量和分析研究含沙量沿垂线的分布规律，取样方法有选点法、积深法和垂线混合法三种。（1）选点法在测沙垂线有代表性的相对位置上，逐点测取水样，同时测流速，按流量加权的原理计算垂线平均含沙量。选点法有以下几种：一点法、二点法、三点法、五点法（畅流期）。20悬移质输沙率测验（2）垂线混合法在测沙垂线的有关测点上，按规定的要求分别取样，混合成一个水样，处理后的含沙量即为垂线平均含沙量。根据仪器的不同，有以下两种取样方法。A.积时式采样器取样：使用此种仪器，可根据不同的测点，按取样历时比例取样，然后进行混合。B.横式采样器取样:可按一定容积比例取样，进行垂线混合。此类粗沙部分常产生较大误差。21悬移质输沙率测验（3）积深法用积时式采样器在垂线上匀速提放，采取整个垂线上的水样，经处理求得的含沙量即为垂线平均含沙量。当不宜用选点法，且有1米以上水深时，可用此法。取样时，提放速度应不超过垂线平均流速的1/3，取样时，可单程取样，也可以双程取样。在双程取样时，下放和上提的速度可以不同，但无论用何种方法取样，采样器均不得装满。22相应单位含沙量取样 输沙率测验期间，在单沙取样位置上取得的水样，称为相应单位含沙量，简称相应单沙。相应单沙应视沙情变化，通过采用取多次单沙，以推求相应单沙。测取相应单沙时，应注意2点：（1）取样次数1次、2次、多次（2）取样要求取样位置、方法、使用仪器类型等，应与经常性的单沙取样相同。23全断面混合法 全断面混合法，是指在断面上按一定的规则测取若干个水样，全断面混合法，是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；再乘以取样时混在一起处理求得含沙量，作为断面平均含沙量；再乘以取样时相应的流量，求得断面输沙率。相应的流量，求得断面输沙率。对于以确定断面平均含沙量为主要目的的输沙率测验，不需要同时施测流量。可使用：等部分流量等容积全断面混合法；等水面宽、等速积深全断面混合法；面积、历时加权全断面混合法等来施测断面平均含沙量。24等部分流量等容积全断面混合法（一）等部分流量等容积全断面混合法该法简称等部分流量法，取样垂线可按“等部分流量中线法”布设。该法适用于稳定河床和使用横式采样器的测站。1.原理将断面流量划分成若干个大致相等的部分，在每个部分流量的中间位置布设测沙垂线，测取水样。将断面内各测沙垂线测取的水样混合在一起，作为一个水样，处理后求得的含沙量即为断面平均含沙量。25等部分流量等容积全断面混合法2.操作方法 利用实测资料，绘制部分流量累计百分数等值线图。在制作等值线图时，根据测站情况不同，操作方法有以下两种：（1）部分流量累计百分数等值线图法 该方法使用于单宽流量横向分布稳定的测站。（2）部分流量累积百分数曲线法 该方法使用于主流摆动，断面冲淤较大用等部分流量法绘部分流量累积百分数等值线图有困难的情况。26等部分流量等容积全断面混合法部分流量累计百分数等值线27等部分流量等容积全断面混合法部分流量累计百分数曲线28等水面宽等速积深全断面混合法等水面宽等速积深全断面混合法（二）等水面宽等速积深全断面混合法简称等水面宽法，主要使用于稳定的单式河槽和使用积深采样器的测站。其取样垂线位置按“等水面宽中心线法”确定。1.原理在每条测沙垂线上用双程积深法取样。仪器应匀速升降。29等水面宽等速积深全断面混合法等水面宽等速积深全断面混合法2操作步骤 第一步：根据测沙垂线数等分河面宽，各测沙垂线位于各部分宽的中间。第二步：用积深法双程取样，采样器在各垂线的提放速度应相等。第三步：仪器的进口流速应等于天然流速，每次取样，采样器容积不得装满。第四步：混合测定总沙重和容积，计算断面平均含沙量。30等水面宽等速积深全断面混合法等水面宽等速积深全断面混合法（三）面积加权全断面混合法该方法分为等部分面积和不等部分面积两种：1.等部分面积全断面混合法指按等部分面积中心线按等部分面积中心线，在每条垂线上用同一种方法取样，每条垂线取样历时相等每条垂线取样历时相等，仪器进水管嘴不变，水样混合处理，即得断面平均含沙量。此法适用于河床稳定、测沙垂线固定并使用调压积时式采样器取样的测站。31等水面宽等速积深全断面混合法等水面宽等速积深全断面混合法2.部分面积不等的全断面混合法按部分面积的权重系数（即部分面积与总面积的比值）来分配各垂线的取样历时。各垂线按分配的取样历时，再由采用的某垂线混合法，确定各测点的取样历时，全断面取得的水样混合处理，即得断面平均含沙量。32单样含沙量测验单样含沙量测验 对用单断沙关系推算断沙的测站，应作单样含沙量测验。单样含沙量测验的目的是控制含沙量随时间的变化过程，结合流量资料推算不同时期的输沙量及特征值。采取单样时，应同时观测水位、测沙垂线起点及垂线水深。33单样含沙量测验单样含沙量测验 单样含沙量测验，应考虑以下问题：1单样含沙量取样位置的确定使单沙与断沙有着稳定的关系。2单样在垂线上取样方法使单沙与垂线平均含沙量保持稳定的关系。一般应与输沙率测验时的垂线取样方法相同，通常应用积深法或垂线混合法取样，除高含沙河流或某些紊动强烈的山区河流外，不得采用一点法取样。3单沙测次的布置单沙测次，主要应布置在洪水期，平、枯水只须适当布置测次。34水样处理水样处理概述沙样处理方法35概述概述 水样处理就是通过量积、沉淀、称重等工序，求得含沙量的过程。1量积 为了避免水样蒸发、散失，一般在现场应及时量积，量积的读数误差，不得大于水样容积的1%，所取水样应全部参加处理，不得仅取其中的一部分。36概述概述2水样沉淀、浓缩与称重水样沉淀、浓缩是为称重作准备的，水样经过一定时间的沉淀后，吸出上部清水，称水样浓缩，水样浓缩时间应根据试验确定，不得少于24小时，因沉淀时间不足而产生沙重损失的相对误差，一、二、三类站，分别不得大于1.0%、1.5%、和2.0%，然后将浓缩后的水样倒入烘杯、滤纸或比重瓶中，经处理再放入天平中称重。37概述概述 沉淀可采用自然沉淀或加速沉淀两种。对于不作颗粒分析的水样，可加入氯化钙或明矾以加速沉淀，凝聚剂的浓度及用量应经试验确定。对于作颗粒分析的水样，不能用上述方法加速沉淀。38沙样处理方法沙样处理方法常用的沙样处理方法有：烘干法、过滤法、置换法等。1.烘干法将浓缩后的水样，倒入烘杯内，放入烘箱内进行烘干。冷却后，用天平称出烘杯加泥沙的重量，再减去烘杯重量，即得干沙重量。此法处理水样精度较高。39沙样处理方法沙样处理方法2过滤法 当含沙量较大，烘杯装不下浓缩水样时，可用过滤法处理。过滤法有一般过滤、直接过滤和强制过滤三种：一般过滤是将滤纸铺在漏斗或专用的过滤筛上，将浓缩水样倒在滤纸上自然过滤。直接过滤是当水样容积不大，不经沉淀，将盛水样瓶倒置于滤纸之上，内加通气管，靠水样自重流入滤纸上过滤。40沙样处理方法沙样处理方法强制过滤是当含沙量很小时，特制的强制过滤器用气筒向密封的盛水样容器内打气加压，使水样迅速通过滤纸过滤。过滤后工序与烘干法相同:烘干、称重，减去滤纸重，即得干沙重。41沙样处理方法沙样处理方法3置换法置换法处理水样，适用于多沙河流，能节省工序，效率较高。其原理为：将浓缩后水样，装入比重瓶内称重，量比重瓶内水温，可用下式计算泥沙沙重。42实测悬移质输沙率计算实测悬移质输沙率计算 目前计算断面输沙率的方法是：先求出各测沙垂线平均含沙量，然后求两测沙垂线间部分平均含沙量，再与部分流量相乘，得部分输沙率，累加后得断面输沙率。在计算方法上，又分为分析法和图解法两种，因图解法不常用，下面只对分析法进行介绍。43实测悬移质输沙率计算实测悬移质输沙率计算（一）垂线平均含沙量的计算用积深法或垂线混合法取样时，经处理求得的含沙量，即为垂线平均含沙量。用逐点法取样时，均需用流速加权法计算垂线平均含沙量。按定义：垂线平均含沙量系在单宽流量中，平均单位水体中所含的干沙重，可用单宽输沙率与单宽流量之比得。44实测悬移质输沙率计算实测悬移质输沙率计算（1）五点取样时的面积包围法 （2）三点法 （3）二点法 （4）一点法 45实测悬移质输沙率计算实测悬移质输沙率计算(二)断面输沙率和断面平均含沙量的计算 1.使用流速仪测流 采用选点法、垂线混合法与积深法测定垂线平均含沙量，并使用流速仪法测流时，断面输沙率和断面平均含沙量计算步骤是：（1）计算部分平均输沙率 （2）计算部分流量 （3）计算部分输沙率 （4）计算断面输沙率 （5）计算断面平均含沙量46实测悬移质输沙率计算实测悬移质输沙率计算 说明：部分输沙率是以测沙垂线为分界，部分面积的计算是以测深垂线为分界，部分流量是测速垂线为分界。47实测悬移质输沙率计算实测悬移质输沙率计算（1）部分平均含沙量计算岸边部分因含沙量不为零，且横向变化不大，故以第1根与第末根测沙垂线的垂线平均含沙量代替之，如 Csbo=Csm1，Csbn=Csmn 其余部分采用两测沙垂线的算术平均值.48实测悬移质输沙率计算实测悬移质输沙率计算（2）部分流量的计算以测沙垂线为分界，累计各部分流量之和。（3）部分输沙率的计算以上两者相乘得积（4）断面输沙率计算为各部分输沙率累计和（5）断面平均含沙量49实测悬移质输沙率计算实测悬移质输沙率计算2使用浮标法测流 采用选点法、垂线混合法与积深法测定垂线平均含沙量，并使用浮标法测流时，断面输沙率和断面平均含沙量计算可按下列步骤进行：（1）绘制虚流速横向分布曲线图；（2）将取样垂线的起点距、水深及垂线平均含沙量，填入流量、输沙率记载计算表；（3）在虚流速横向分布曲线上，查出各取样垂线处的虚流速并在虚流速横向分布曲线上，查出各取样垂线处的虚流速并填入流量、输沙率记载计算表填入流量、输沙率记载计算表；50实测悬移质输沙率计算实测悬移质输沙率计算（4）计算部分平均含沙量和部分虚输沙率；（5）计算断面虚输沙率（部分虚输沙率之和），计算断面输沙率（断面虚输沙率乘以断面浮标系数）；（6）计算断面平均含沙量（方法同分析法）。51实测悬移质输沙率计算实测悬移质输沙率计算3采用全断面混合法测沙时，实测输沙率应按下式计算：Qs=Q当取样与测流同时进行时，Q为实测流量；不同时进行时，则Q为推算的流量。52实测悬移质输沙率计算实测悬移质输沙率计算（三）相应单样含沙量的计算 为了提高相应单样含沙量的精度，除了在测验时掌握含沙量变化过程，采用合理的方法取样外，还要根据具体情况采用合理的计算方法来计算相应单样含沙量。目前生产上常用的方法有算术平均法和输沙率加权法两种。53实测悬移质输沙率计算实测悬移质输沙率计算1算术平均法在输沙率测验期间，含沙量变化不大时，开始和终了各测一次单沙，或含沙量均匀变化实测几次单沙时，求其含沙量的算术平均值作为相应单样含沙量。54实测悬移质输沙率计算实测悬移质输沙率计算2输沙率加权法 在输沙率测验期间，含沙量变化大，且测了多次单沙，相应单样含沙量可按下式计算：55三、推移质及河床质泥沙测验三、推移质及河床质泥沙测验推移质泥沙测验的目的、工作内容推移质泥沙测验仪器及测验方法实测推移质输沙率的计算河床质泥沙测验56推移质泥沙测验的目的、工作内容推移质泥沙测验的目的、工作内容推移质泥沙测验的目的推移质泥沙测验的目的 推移质泥沙数量一般比悬移质少，但在一些上游山区河流，其推移量往往很大。由于推移质泥沙颗粒较粗，常常淤塞水库、灌渠及河道，不易冲走，对水利工程的管理运用、防洪航运等影响很大。为了研究和掌握推移质运动规律，为修建港口、保护河道、兴建水利工程、大型水库闸坝设计、管理等提供依据，为验证水工物理模型与推移质理论公式提供分析资料，开展推移质测验具有重要意义。57推移质泥沙测验的目的、工作内容推移质泥沙测验的目的、工作内容推移质泥沙测验工作内容推移质泥沙测验工作内容1在各垂线上采取推移质沙样。2确定推移质移运地带的边界。3采取单位推移质水样。4进行各项附属项目的观测，包括取样垂线的平均流速，取样处的底速、比降、水位及水深，当样品兼作颗粒分析时，加测水温。5推移质水样的处理。58推移质泥沙测验的目的、工作内容推移质泥沙测验的目的、工作内容推移质测验中存在的问题 目前，国内外对推移质测验普遍存在着测验仪器不完善、测验方法不成熟的问题。同时由于推移质运动形式极为复杂，它的泥沙脉动现象远比悬移质大得多，在不同的水力条件下，推移质颗粒变化范围很大，小至0.01毫米的细沙，大至数十公斤的卵石，运动形式随着流速的大小不同也不断地变化，当流速小时，停顿下来成为河床质，流速较大时，又可以悬浮起来变为悬移质，所有这一切都给推移质测验带来很大困难。59推移质泥沙测验仪器及测验方法推移质泥沙测验仪器及测验方法对推移质采样器的性能要求：（1）仪器进口流速应与测点位置河底流速接近。（2）采样器口门要伏贴河床，对附近床面不产生淘刷或淤积。（3）取样效率高，效率系数稳定，进入器内泥沙堆沙部位合理。（4）外形合理、有足够的取样容积，并有一定的自重以保持取样位置不因水流冲击改变。（5）结构简单、牢固、操作方便灵活。60推移质泥沙测验仪器及测验方法推移质泥沙测验仪器及测验方法采样器种类：按用途分为卵石采样器和沙质采样器两类。卵石推移质采样器卵石推移质采样器61推移质泥沙测验仪器及测验方法推移质泥沙测验仪器及测验方法62推移质泥沙测验仪器及测验方法推移质泥沙测验仪器及测验方法推移质输沙率测验方法推移质输沙率测验方法用采样器施测推移质，因仪器不够完善，测验工作还缺乏可靠的基础，而且测沙垂线的布设、取样历时、测次等尚无成熟经验。根据少数站开展推移质测验的情况，提出一些基本要求。63推移质泥沙测验仪器及测验方法推移质泥沙测验仪器及测验方法1.测次与取样垂线推移质输沙率的测次测次主要布设在汛期，应能控制洪峰过程的转折变化，并尽可能与悬移质、流量、河床质测验同时进行，以便于资料的整理、比较和分析。取样垂线取样垂线应布设在有推移质的范围内，以能控制推移质输沙率横向变化，准确计算断面推移质输沙率为原则。推移质取样垂线最好与悬移质输沙率取样垂线相重合重合。64推移质泥沙测验仪器及测验方法推移质泥沙测验仪器及测验方法2.取样历时与重复取样次数为消除推移质脉动影响，需要有足够的取样历时取样历时并应重复取样重复取样。对沙质推移质对沙质推移质，每条垂线需重复取样3次以上，每次取样历时达到35分钟，推移量很大时，也不应少于30秒。对卵石推移质对卵石推移质强烈推移带，每条垂线重复取样25次，累积取样历时不少于10分钟，其余垂线可只取样一次，历时35分钟。每次取样数量以不装满采样器最大容积的三分之二为宜。65推移质泥沙测验仪器及测验方法推移质泥沙测验仪器及测验方法3推移质运动边界的确定 一般用试深法试深法确定推移质运动的边界。作法将采样器置于靠近垂线的位置，若10分钟以上仍未取到泥沙时，则认为该垂线无推移质泥沙，然后继续向河心移动试探，直至查明推移质泥沙移动地带的边界。对卵石推移质，还可用空心钢管插入河中，俯耳听声，判明卵石推移质的边界，该法适用于水深较浅，流速较小的河流。66推移质泥沙测验仪器及测验方法推移质泥沙测验仪器及测验方法4采取单位推移输沙率为建立单位推移质输沙率与断面推移质输沙率的相关关系，以便用较简单的方法来控制断面推移质输沙率的变化过程，可在断面靠近中泓处在断面靠近中泓处选取12条垂线，作为单位推移质取样垂线，该垂线最好与断面推移质取样垂线相重合，这样，在进行推移质测验时，可不再另取单位推移质沙样。67实测推移质输沙率计算实测推移质输沙率计算1垂线基本输沙率基本输沙率的计算公式式中：qb垂线基本输沙率（g/s.m）;Wb干沙重（g）;t取样历时（s）;bk取样器口门宽度（cm）。（单位宽度推移质输沙率）（单位宽度推移质输沙率）68实测推移质输沙率计算实测推移质输沙率计算2断面推移质输沙率的计算（1）图解法）图解法该法便于了解推移质基本输沙率沿断面的分布情况，对于新开展推移质测验的测站，宜采用此法新开展推移质测验的测站，宜采用此法。以各垂线基本输沙率qb为纵坐标，以垂线起点距为横坐标，绘制推移质基本输沙率沿断面的分布曲线。用求积仪或数方格法，量出基本输沙分布曲与水面线所包围的面积，按纵横比例尺换算，即得修正前断推移质输沙率。69实测推移质输沙率计算实测推移质输沙率计算70实测推移质输沙率计算实测推移质输沙率计算 实际断面推移质输沙率按下式计算：式中：Qb 断面推移质输沙率（kg/s或t/s）；Qb修正前断面推移质输沙率（kg/s或t/s）；K修正系数，采样器采样效率的倒数，通过率定样器效率系数求得。71实测推移质输沙率计算实测推移质输沙率计算（2）分析法分析法 先按下式计算修正前断面推移质输沙率：式中：qb1、qb2、qbn各垂线基本输沙率（g/s.m）；b1、b2、bn-1各取样垂线间距（m）；b0、bn两端取样垂线与推移质移动地带边界的距离（m）。实际断面推移质输沙率仍按前述方法计算。实际断面推移质输沙率仍按前述方法计算。72河床质泥沙测验河床质泥沙测验1.河床质泥沙测验的目的采取测验断面或测验河段的河床质泥沙，进行颗粒分析，取得泥沙颗粒级配资料，供分析研究悬移质含沙量和推移质基本输沙率的断面横向变化；同时河床质又是研究河床冲淤变化，利用研究推移质输沙量理论公式和河床糙率等的基本资料。73河床质泥沙测验河床质泥沙测验2.河床质采样仪器对采样器的性能要求对采样器的性能要求：能采集到河床表层0.10.2米以内，具有级配代表性的沙样；在仪器上提时，器内沙样不被水流冲走；仪器结构牢固简单、操作方便，易于维修。根据不同的河床组成、水深与流速等因素的影响，床沙质的采样器有以下几种类型类型：1使用于卵石河床质的采样器2沙质河床质采样器 74河床质泥沙测验河床质泥沙测验3.河床质测验方法 河床质测验的测次测次，应满足测得不同水情、沙情条件下的河床质颗粒级配，或根据需要确定。一般只在悬移质和推移质测验作颗粒分析的各测次，同时采取河床质泥沙。75河床质泥沙测验河床质泥沙测验河床质取样垂线取样垂线应尽可能和悬移质、推移质输沙率各测验垂线位置相同。采取河床质容量采取河床质容量的多少，取决于取样方法、取样位置、河床质的变化情况以及颗粒分析所要求的精度而定。将取得的河床质泥沙经过处理，按重量计算各种粒径组的泥沙所占的百分比，以求得其颗粒级配。76四、泥沙颗粒分析四、泥沙颗粒分析泥沙颗粒分析的意义及内容泥沙颗粒分析一般规定泥沙颗粒分析方法泥沙颗分资料的整理77泥沙颗粒分析的意义及内容泥沙颗粒分析的意义及内容泥沙颗粒分析的意义 泥沙颗粒级配是影响泥沙运动形式的重要因素，在水利工程的设计管理、水库淤积部位的预测、异重流产生条件与排沙能力、河道整治与防洪、灌溉渠道冲淤平衡与船闸航运设计和水力机械的抗磨研究工作中，都离不开泥沙级配资料。泥沙颗粒分析，是确定泥沙样品中各粒径组泥沙量占样品总量的百分数，并以此绘制级配曲线的操作过程。78泥沙颗粒分析的意义及内容泥沙颗粒分析的意义及内容泥沙颗粒分析工作的内容（1）悬移质、推移质及床沙质的颗粒组成；（2）在悬移质中，要分析测点、垂线（混合取样）、单样含沙量及输沙率等水样颗粒级配组成和绘颗粒级配曲线；（3）计算并绘制面平均颗粒级配曲线；（4）计算断面平均粒径和平均沉速等。79泥沙颗粒分析一般规定泥沙颗粒分析一般规定1悬移质泥沙颗分的测次布置及取样方法常规的颗粒分析是：以单样含沙量的颗分测次（单颗），了解洪峰时期泥沙颗粒级配的变化过程，以输沙率颗分测次（断颗），建立单颗-断颗关系，由单颗换算成断颗。T 输沙率颗分测次输沙率颗分测次的多少，应以满足建立单颗-断颗关系为原则，测次主要应分布在含沙量较大的洪水时期。80泥沙颗粒分析一般规定泥沙颗粒分析一般规定l输沙率测验中，同时施测流速时，颗分的取样方法与输沙率的取样方法相同，即用选点法（一、二、三、五、六点等）、积深法、垂线混合法和全断面混合法等。l输沙率测验的水样，可作为颗粒分析的水样。l用选点法取样选点法取样时，每点都作颗分，用测点输沙率加权求得垂线平均颗粒级配。再用部分输沙率加权，求得断面平均颗粒级配。81泥沙颗粒分析一般规定泥沙颗粒分析一般规定T 按规定作的各种全断面混合法的采样方法，可为断颗的取样方法，其颗分结果即为断面平均颗粒级配。输沙率测验中，根据需要，同一测沙垂线上，可用不同的方法，另取一套分水样，专作颗分水样用。断颗级配曲仍用部分输沙率加权法求得。82泥沙颗粒分析一般规定泥沙颗粒分析一般规定2取样数量及沙样处理作颗分沙样的取样数量，应根据采用分析方法、天平感量及粒径大小来确定。筛分析法主要考虑粒径大小，水分析法根据采用的分析方法来确定。根据最小沙重的要求及取样时含沙量的大小，确定采取水样容积的数量，具体规定见有关规范。83泥沙颗粒分析一般规定泥沙颗粒分析一般规定 用水分析法分析沙样时，必须使用新鲜的天然水（悬移质）或湿润沙样（推移质、河床质），除全部使用筛分析的粗沙和卵石外，不允许使用干沙分析。为此，用置换法作水样处理的测站，水样处理后留作颗分用；用过滤法烘干法处理水样的测站，可用分沙器进行分样或同时取两套水样，分别处理。颗分水样沉淀浓缩时，不得用任何化学药品加速沉淀。84泥沙颗粒分析一般规定泥沙颗粒分析一般规定3粒径级的划分及颗粒级配曲线的绘制规则悬移质、推移质和河床质泥沙，按以下粒径级绘配曲线（单位为mm）：0.005(或0.007)，0.010，0.025，0.050，0.100，0.25，0.500，1.00，2.00，5.00，10.0，20.0，50.0，100，200。颗粒分析时，按以上划分的粒径级为界，进行分析计算，即分析沙样中小于某粒径以下沙重占总沙重百分数，从最小粒径级算起，逐渐向上，直至最大粒径为止。85泥沙颗粒分析一般规定泥沙颗粒分析一般规定 泥沙颗粒级配曲线，可点绘在纵坐标为对数坐标（表示粒径），横坐标为几率坐标（小于某粒径沙重的百分数）的对数几率格纸上，也可点绘在纵坐标为方格（小于某粒径沙重百分数）、横坐标为对数格（粒径大小）的单对数格纸上。将一沙样分析结果，按粒径为纵标，小于该粒径以下沙重占总沙重的百分数为横标，将全部分析测点点入图中，然后通过测点重心，连成光滑曲线，即得颗粒级配曲线。86泥沙颗粒分析一般规定泥沙颗粒分析一般规定对绘制颗粒级配曲线的要求是：曲线的上限点，累计沙重百分数应在95%以上；下限点应分析到0.007mm的粒径，或累计沙重百分数在10%以下；曲线中间测点分布应比较均匀，若相邻两点距离过大（即两粒径级间沙重所点比重过大），影响级配曲线形状时，颗分不受固定粒径级的限制。87泥沙颗粒分析方法泥沙颗粒分析方法分为直接观测法和水分析法两类。直接观测法中主要有卵石粒径测定法，筛分析法；水分析法中主要有粒径计法，移液法和消光法等。（一）直接观测法1卵石粒径测定法当颗分沙样是大的卵石或砾石时，可用卡尺直接测量卵石的长（a）、宽（b）、高（c）三轴的尺寸，用几何平均或算术平均法求其平均粒径D.88泥沙颗粒分析方法泥沙颗粒分析方法本法适用于粒径大于50mm的推移质和河床质，分析时将沙样按粒径为50100、100200、200500、5001000mm分组，然后在每组中选取最大及最小卵石各一个，称重求出粒径，根据测量结果，调整各组卵石，直至认为无误为止；最后称出各组卵石重量。再按粒径从小到大累积沙重百分数P（包含粒径小于50毫米用筛分析作颗分的沙重），作为绘制粒径级配曲线的资料。89泥沙颗粒分析方法泥沙颗粒分析方法 2筛分析法 筛分析法适用于粒径大于0.1mm的泥沙，其主要设备有:粗筛一套：为圆孔，各筛孔径分别为200、100、60、40、20、5、2mm。细筛一套：为方孔，各筛孔径分别为5.0、2.0、1.0、0.5、0.25、0.1mm。洗筛一只，孔径为0.1mm。其它还有烘箱、天平、振筛机等。90泥沙颗粒分析方法泥沙颗粒分析方法分析、计算的主要方法和步骤如下：（1）沙样准备（2）过筛。按孔径大（上）小（下）次序重叠放置，倒干沙，加盖过筛。（3）分层累计称重。从上到下累计称重，得到小于某粒径泥沙的重量。（4）测记最大粒径。在最上层的沙中，取其最大一颗沙粒，量其粒径。（5）级配计算。计算小于某粒径沙重百分数P。91泥沙颗粒分析方法泥沙颗粒分析方法（二）水分析法水分析法是根据不同粒径的泥沙，在静水中的沉降速度不同，利用有关沉速公式，测定泥沙颗粒级配的一种方法。泥沙沉速公式按粒径的不同，有以下几种：（1）司托克公式，此公式适用于粒径等于或小于0.1mm的泥沙。（2）冈查洛夫第二式，此式适用于粒径在0.151.5mm的泥沙。（3）冈查洛夫第三式，此式适用于粒径在1.5mm的泥沙。92泥沙颗分资料的整理泥沙颗分资料的整理泥沙颗分资料整理的主要内容：推求悬移质、推移质和河床质的断面平均颗粒级配,断面平均粒径和断面平均沉速。以悬移质泥沙为例，其整理计算方法如下：（一）悬移质垂线平均颗粒级配的计算一）悬移质垂线平均颗粒级配的计算1以垂线取样垂线取样分析的级配代表垂线平均级配。凡用积深法、垂线定比混合法的各垂线取样进行颗分的成果，以及推移质、河床质各取样垂线的颗分成果都可以作为该垂线的平均颗粒级配。93泥沙颗分资料的整理泥沙颗分资料的整理2以测点取样分析的级配计算垂线平均级配。凡用积点法取样分析的垂线，垂线平均颗粒级配采用计算法求得。计算方法与计算垂线平均含沙量一样，须用加权计算法才能合理地求得垂线平均颗粒级配。94泥沙颗分资料的整理泥沙颗分资料的整理以三点法（畅流期）为例，垂线平均级配曲线的“小于粒径Di沙重百分数Pm1”,须用测点输沙率加权计算，公式为：95泥沙颗分资料的整理泥沙颗分资料的整理式中 P0.2、P0.6、P0.80.2、0.6、0.8相对水深测点沙样的小于粒径D1的沙重百分数。小于其它粒径D2、D3、Dn垂线平均沙重百分数Pm2、Pm3、Pmn计算公式类推。有了Pm1、Pm2、Pmn数值后即可绘制垂线平均颗粒级配曲线。96泥沙颗分资料的整理泥沙颗分资料的整理同理可以推出畅流期五点法和二点法的计算公式。五点法：97泥沙颗分资料的整理泥沙颗分资料的整理二点法98泥沙颗分资料的整理泥沙颗分资料的整理（二）悬移质断面平均颗粒级配的计算二）悬移质断面平均颗粒级配的计算1用全断面混合法用全断面混合法取样作颗粒分析用全断面混合法取样作颗粒分析，其成果作为断面平均级配曲线。2其它方法取样作颗粒分析使用部分输沙率加权法计算断面平均颗粒级配。99泥沙颗分资料的整理泥沙颗分资料的整理 全断面平均级配曲线的横坐标仍为粒径 D1、D2、Dn，但与此对应的纵坐标值 、应分别根据n条垂线平均级配曲线Pm1、Pm2、Pmn，应用部分输沙率加权法进行计算。现以小于粒径D1的全断面平均颗粒级配 为例介绍如下。（1）以各取沙颗分垂线为界计算部分输沙率。100泥沙颗分资料的整理泥沙颗分资料的整理（2）确定各垂线Pm1、Pm2、Pmn的输沙率加权数值。（3）将Pm1、Pm2、Pmn分别与其加权数值相乘，然后求其代数和除以总加权数值（Qs）即得小于粒径D1的全断面平均颗粒级配。101泥沙颗分资料的整理泥沙颗分资料的整理（三）断面平均粒径的计算（三）断面平均粒径的计算 悬移质断面平均级配曲线绘制后，可按以下方法计算断面平均粒径。（1）将断面平均级配曲线分成若干级。（2）用几何平均法计算每一组的平均粒径。（3）求各种粒径Di对应的沙重百分数。（4）计算各组平均粒径对应的沙重百分数Pi （5）计算断面平均粒径。102泥沙颗分资料的整理泥沙颗分资料的整理（四）悬移质断面平均沉降速度的计算（四）悬移质断面平均沉降速度的计算 断面平均沉降速度的计算,与上述断面平均粒径的计算方法相同。做法是：（1）将断面平均级配曲线，用分级粒径D1、D2、Dn和施测水温，在水文测验手册的沉降速度表中查出各粒径对应的沉速1、2、3、n。（2）以i和对应的为坐标即可绘沉降速度的级配曲线。103泥沙颗分资料的整理泥沙颗分资料的整理（3）把曲线分成若干组，计算每一组的平均沉速（i）：式中：上、下某组上限、下限粒径的沉速。（4）用加权法计算断面平均沉降速度：式中：Pi某组沙重百分数（%）。104