水文测验学讲义.ppt

6/29/2023,1,第五节、其它面积流速法流量测验,一、缆道积宽法测流缆道积宽法测流是用缆道输送流速仪沿断面横渡进行流速测量的一种测流方法。它能缩短测流历时，提高工作效率，而且计算简便，因此便于掌握流量变化过程。属于动船法测流。缆道积宽法的测流原理，与动船法测流原理大体相同，在计算流量的方法上略有不同。（一）缆道积宽法测流的基本原理1积宽法测定断面平均流速,6/29/2023,2,在横断面上的每一观测点记录的流速是矢量，它代表水流与船的合成速度，即水流速度V与测船航速 的矢量和。,6/29/2023,3,流速仪安置在水下某一固定深度，由缆道沿断面方向输送仪器作匀速的航行，同时记录仪器从一岸到另一岸所需的时间和流速信号。假如航速极小，流速仪沿程的平均流速称积宽流速。由于流速仪是沿断面河宽B连续累积沿途各点的瞬时流速，故 又可表示为,6/29/2023,4,由于流速仪的航速不可能很小，因此沿断面横渡，流向垂直于断面，施测出的流速并不是水流的流速，而是流速与航速的合速度。而流速仪的航速为：则积宽流速为：,6/29/2023,5,2积宽法测流的断面流量计算,根据流量模的概念可得：矩形断面：,6/29/2023,6,缆道积宽法测流计算断面流量的基本公式,当断面为矩形断面时，所求 是一致的。但在非矩形断面，水深h沿河宽方向有变化，用上式计算 是偏小的。,6/29/2023,7,2缆道积宽法测流中的几个问题,（1）积宽系数K积的确定：通过比测试验推求（2）岸边盲区的处理处理方法是测出积宽起点和终点的相应点流速（如等深水面积宽，则测水面流速），然后求出各种水位级的岸边流速系数的实测段（积宽测速段）平均流速按河道宽度加权求全断面的积宽平均流速。,6/29/2023,8,（3）流速仪横移速度的问题流速仪横移速度（称航速）的快慢与积宽测速成果的质量有密切关系。当航速愈大，测速历时愈短，合速度愈大。在一定水流流速条件下，航速愈大，所得合速度中航速所占成分愈大，而积宽流速所占的成分小，易造成测验误差。,6/29/2023,9,三、比降面积测流法,比降面积测流法也是流速面积法的一种，它是测量比降，用水力学公式计算河段平均流速，测量河段的平均断面面积，并将平均流速与平均断面面积的乘积得流量，即,6/29/2023,10,四、量水建筑物测流,量水建筑物测流属于水力学法测流。它是由测得的水位或水深、水头等，代入水力学公式计算出流量，该方法比流速仪法测流简单，观测人员少，量测精度较高，使用方便，主要是用于小流量的测定。而且容易实现遥测和便于电子计算机处理数据。常用的量水建筑物有量水槽、量水堰等。量水建筑物类型的选择主要根据流量大小、河床特性及排沙情况而定。下面介绍几种量水建筑物及其适用条件。,6/29/2023,11,五、水电站测流,水电站测流，可以在引水渠、压力水管、水轮机蜗壳或尾水渠上进行。在引水渠和尾水渠上可以采用一般河流上的测流方法，应用最广的是流速仪法。在压力水管和蜗壳中测流的方法有流速仪法、盐溶液法、指数法、抽水法、压力时间法、毕脱管法、文德利管法、摩擦损失落差法等。,6/29/2023,12,六、超声波测流,超声波测流方法是利用超声波传播具有很强的方向性的特点，超声波传播速度与水流流速成正比例变化，以及超声波的多普勒效应。在实际应用中可分为三大类：第一类是利用超声波在水中传播时间的变化来反映水流速度的变化，包括时差法、频差法和相位差法；第二类是利用声波波束偏移的方法，即声束偏移法；第三类是用多普勒原理即多普勒法。,6/29/2023,13,（一）时差法（脉冲时差法）,时差法测速布置。在河流两岸边水下某深度处，相对地装置一对电声可逆的换能器，其间距为L，该层水流平均速度为v，水流方向与AB成的夹角为，水流在AB方面的分速度为V，超声波在静水中传播速度为C。,6/29/2023,14,根据测得的水层平均流速，就可计算出全断面的流量。计算流量的方法随测流量方法不同而异。超声波测流量有两种方法：一是沿河岸边安设多对换能器，测得几个水层的平均流速；二是沿河岸边选择一个合适的固定位置安放一对换能器。前者称为分层测流法，后者称为单层测流法。,6/29/2023,15,1分层测流法,6/29/2023,16,2、单层测流法,6/29/2023,17,第五章、泥沙测验,第一节、概述一、泥沙测验的意义二、河流泥沙的分类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。,6/29/2023,18,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(在一定的水流条件下，能够挟运泥沙的数量，称为挟沙力。)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。,6/29/2023,19,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。,6/29/2023,20,三、河流泥沙的脉动现象,与流速脉动一样，泥沙也存在着脉动现象，而且脉动的强度更大。在水流稳定的情况下，断面内某一点的含沙量是随时在变化的，它不仅受流速脉动的影响，而且还与泥沙特性等因素有关。据研究，河流泥沙脉动强度与流速脉动强度及泥沙特性等因素有关，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。,6/29/2023,21,四、悬移质泥沙在断面内的分布,纵向分布：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。颗粒越粗，变化越大。颗粒越细其梯度变化越小，这是细颗泥沙属冲泻质，不受水力条件影响，能较长时间漂浮在水中不下沉所致。由于垂线上的含沙量包含所有粒径的泥沙，故含沙量在垂线上的分布呈上小下大的曲线形态。,6/29/2023,22,横向分布：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。如河道顺直的单式断面，水深较大时，含沙量横向分布比较均匀。在复式断面上，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。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。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。,6/29/2023,23,第二节、悬移质泥沙测验,河流中悬移质的多少及其变化过程是通过测定水流中的含沙量和输沙率来确定的。含沙量：是指单位体积水样中所含干沙的重量。含沙量是一个泛指名词，它可以是瞬时、日、月、年平均，也可以是单沙、相应单沙、测点、垂线平均、部分及断面平均含沙量，视所处的条件而定,单位都是一样的。输沙率：是指单位时间内通过某一过水断面的干沙重量。是断面流量与断面平均含沙量的乘积。,6/29/2023,24,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，用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。,6/29/2023,25,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。,6/29/2023,26,一、悬移质泥沙测验仪器及使用,目前悬移质泥沙测验仪器分瞬时式、积时式和自记式三种。为了正确的测取河流中的天然含沙水样，必须对各种采样器性能有所了解，通过合理使用，以取得正确的水样。(一)悬移质泥沙采样器的技术要求1仪器对水流干扰要小：仪器外形应为流线型，器嘴进水口设置在扰动较小处。2尽可能使采样器进口流速与天然流速一致。当河流流速小于5m/s和含沙量小于30Kg/m3时，管嘴进口流速系数在0.91.1之间的保证率应大于75%，含沙量为30100Kg/m3时，管嘴进口流速系数在0.71.3之间的保证率应大于75%。,6/29/2023,27,3.采取的水样应尽量减少脉动影响。采取的水样必须是含沙量的时均值，同时取得水样的容积还要满足室内分析的要求，否则就会产生较大的误差。4仪器能取得接近河床床面的水样，用于宽浅河道的仪器，其进水管嘴至河床床面距离宜小于0.15m.5.仪器应减少管嘴积沙、器壁粘沙。6仪器取样时，应无突然灌注现象。7仪器应具备结构简单、部件牢固、安装容易、操作方便，对水深、流速的适应范围广等特点。,6/29/2023,28,（二）常用采样器结构形式、性能特点及采样方法,1横式采样器横式采样器属于瞬时采样器，器身为一园管制成，容积为5003000ml，两端有筒盖，筒盖关闭后，仪器密封。取样时张天两盖，将采样器下放至测点位置，水样自然的从筒内流过，操纵开关，开关形式有拉索、锤击和电磁吸闭三种。,6/29/2023,29,横式采样器的优点是仪器的进口流速等于天然流速，结构简单，操作方便，适用于各种情况下的逐点法或混合法取样。其缺点是不能克服泥沙的脉动影响，且在取样时，严重干扰天然水流，采样器关闭时口门击闭影响水流，加之器壁粘沙，使测取的含沙量系统偏小，据有关单位试验，其偏小程度为0.4111.0%。,6/29/2023,30,取样方法：横式采样器主要应考虑脉动影响和器壁粘沙。在输沙率测验时，因断面内测沙点较多，脉动影响相互可以抵消，故每个测沙点只须取一个水样即可。在取单位水样含沙量时，采用多点一次或一点多次的方法，总取样次数应不少于24次。所谓多点一次是指在一条或数条垂线的多个测点上，每点取一个水样，然后混合在一起，作为单位水样含沙量。一点多次是指在某一固定垂线的某一测点上，连续测取多次混合成一个水样，以克服脉动影响。为了克服器壁粘沙，在现场倒过水样并量过容积后，应用清水冲洗器壁，一并注入盛样筒内。采样器采取的水样应与采样器本身容积一致，其差值一般不得超过10%，否则应废弃重取。,6/29/2023,31,2普通瓶式采样器,用容积为5002000毫升的玻璃瓶制成，瓶口加有橡皮塞，塞上装有进水管和出水管，调整进水管和出水管出口的高差H，和选用粗细不同进水管和出水管，可以调整进口流速。,6/29/2023,32,采样器最好设置有开关装置，否则不适于逐点法取样。瓶式采样器结构简单，操作方便，属于积时式的范畴，可以减少含沙量的脉动影响。但也存在一些问题：当采样器下放到取样位置时，瓶内的空气压力是一个大气压P0，内外压力不等。,6/29/2023,33,由于取样器内部压力小于外部压力，在打开进水口和排气口的瞬间，进水口和排气口都迅速进水，出现突然灌注现象。在这一极短的时段内，进口流速比天然流速大的多。进入取样器的水样含沙量，与天然情况差别很大，这种误差水深越大，误差越大。所以该仪器不宜在大水深中使用。该仪器仅使用于水深为1.05.0m双程积深和手工操作取样。,6/29/2023,34,3调压积时式采样器,该仪器适用于缆道上同时进行测流、取沙。在一次行车过程中，测量断面内每个预定测点的流速，同时用全断面混合法一次完成悬移质泥沙的断面平均含沙量测验。,6/29/2023,35,仪器设置调压系统，有开关控制，主要有头仓、铅鱼体、调压舱、取样舱、排气管、控制舱和尾翼等部分组成。调压系统包括调压孔、调压仓、水样仓和排气管等。在取样前，调压孔进水，压缩调压仓内空气经连通管至水样仓，使水样仓内的空气压力与器外静水压力平衡。当用控制系统打开进水管开关取样时，排气管开始排气，使水样仓内气压接近于排气管口的压力（静水压力和动水压力之和），是进口流速与天然流速一致。调压历时于调压孔的大小有关，一般为5秒。该仪器适用于积点法、垂线混合法和积深法取样，也适用于缆道测流取沙。存在问题，管嘴容易积沙。,6/29/2023,36,4皮囊积时式采样器,皮囊积时式采样器，借助皮囊容器的柔性以传导和调整仪器内压力与仪器外静水压力使其平衡，不另设调压系统。主要由取水系统和铅鱼体壳两大部分组成。取水系统包括管嘴、进水管、电磁开关和皮囊。铅鱼体壳侧面设有弧形活门和若干进水小孔。取样前，将皮囊内空气排出，并由电磁铁将管道封闭。取样时，电磁铁通一电流，开启管道，水样在动水作用下即可通过管道注入可以张开的皮囊容器内，皮囊内外始终保持压力平衡。,6/29/2023,37,皮囊积时式采样器,是利用柔性极强的乳胶皮囊作盛水容器，仪器本身可保证内外静水压强相等，没有排气孔，也不需要设置调压舱，就可达到瞬时调压的目的。该仪器结构简单，操作方便，同调压积时式一样能克服脉动影响，不干扰天然水流，进口流速接近天然流速等优点。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等。,6/29/2023,38,5同位素测沙仪,同位素测沙仪是利用r射线穿过水样时，强度将发生衰减的原理而制成的，其衰减程度与水样中含沙量的大小有关，从而可利用r射线衰减的强度反求含沙量。测沙前应进行比测试验:即同时测出某一含沙量及其相应的脉冲计数率，建立脉冲计数率与含沙量的相关曲线。测沙时，将仪器下放至测点位置，打开仪器，测出脉冲计数率（一般取数次计数率的平均值），在率定曲线上读含沙量即得。同位测沙仪可以在现场测得瞬时含沙量可省去水样的采取及外理工作，操作简单，测量迅速。其缺点是放射性同位素衰变的随机性对仪器的稳定性有一定影响；探头的效应，水质及泥沙矿物质对施测含沙量会产生一定误差，另外，要求的技术水平和设备条件较高。,6/29/2023,39,6光电测沙仪,光电测沙仪就是利用光电原理测量水体中含沙量的仪器。当光源透过含有悬移质泥沙的水体后，一部分光能被悬沙吸收，一部分光能被悬沙散射，因此透过浑水的光能只是入射光能的一部分。利用悬移质沙的这种消光作用，使光能透过悬移质沙的衰减转换成电流值，从而测定含沙量。,6/29/2023,40,7振动管测沙仪,由物理学知道物体（或单位体积的物质）的固有频率与其质量（或密度）有确定的关系。振动测沙仪的就是测定金属传感器的振动频率，从而确定流经金属棒体内水体的悬移质泥沙含沙量。,6/29/2023,41,8超声波测沙仪,根据超声波在含沙水流中传播时，其衰减规律与浑水中悬浮颗粒浓度有关，可根据这一原理实现对水体含沙量的测量。,6/29/2023,42,二、悬移质输沙率测验,悬移质输沙率测验的目的，是用比较精确的方法，测定单位时间内通过悬移质干沙重量，结合同时的流量资料确定断面平均含沙量，利用单断沙关系或断沙过程线以推求不同时期的断沙数值。（一）输沙率测验的工作内容理论上的悬移质输沙率用下式表示：,6/29/2023,43,1、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。要求水流不受扰动，仪器进口流速等于或接近天然流速。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。,6/29/2023,44,测沙的同时，要求测流，其工作内容为：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），若作颗粒分析时，须同时加测水温。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。,6/29/2023,45,（二）悬移质输沙率测次要求,一年内悬移质输沙率的测次，应主要分布在洪水期，要求控制河水含沙量的变化过程。（三）测沙垂线的布置断面内测沙垂线的布置，应根据含沙量横向分布的规律布设，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，正确测定断面输沙率为原则。测沙垂线数目，一般应根据试验资料分析确定：。断面与水流稳定的测站，测沙垂线应该随测速垂线一起固定下来。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。,6/29/2023,46,（四）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，其取样方法有选点法、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。,6/29/2023,47,2.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。(1)积时式采样器取样：使用此种仪器，可根据不同的测点，列出的取样历时比例取样，然后进行混合。（2）横式采样器取样:可按一定容积比例取样，进行垂线混合。,6/29/2023,48,3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，且有一米以上水深时，可用此法。为避免采样器进口流向偏斜过大，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。,6/29/2023,49,（四）相应单位含沙量的取样,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）。由于输沙率测验不能在一瞬间完成，因此，相应单沙也不能用一次单沙与之适应，应视沙情变化，通过采用取多次单沙，以推求相应单沙。相应单沙质量的高低，直接影响单断沙关系。测取相应单沙时，应注意以下几点：,6/29/2023,50,1取样次数：在水情平稳时取一次；有缓慢变化时，应在输沙率测验开始、终了各取一次；水沙变化剧烈时，应增加取样次数，并控制转折变化。2取样要求：在取样位置，方法、使用仪器类型应与经常性的单沙取样相同，以不失去相应单沙的代表性。兼作颗粒分析的输沙率测次，应同时观测水温。当单样与单粒取样方法相同时，可用相应单样作颗粒分析，不同时应另取水样作颗粒分析。,6/29/2023,51,二、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。（二）等水面宽等速积深全断面混合法此法简称等水面宽法，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，这是一种直接测取悬移质输沙率的方法。,6/29/2023,52,（三）面积加权全断面混合法,1等部分面积全断面混合法该方法是指，按等部分面积中心线，在每条垂线上用同一选点法取样，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。2部分面积不等的全断面混合法该方法是指，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。,6/29/2023,53,三、单样含沙量测验,当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。所取水样需作颗分时，应加测水温。单样含沙量测验，应考虑以下问题,6/29/2023,54,1单样含沙量取样位置的确定,单样含沙量测验方法应能使一类站单断沙关系线的比例系数在0.951.05之间,二、三类站在0.931.07之间。单样测沙垂线位置在断面内的选择，应使单沙与断沙有着稳定的关系，具体选择应根据情况不同而定。,6/29/2023,55,2单样在垂线上取样方法,单样在垂线上取样方法，应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。,6/29/2023,56,3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。以控制含沙量变化过程 为原则。,6/29/2023,57,五、水样处理,（一）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：一般在现场应及时量积2水样沉淀、浓缩与称重（二）沙样处理方法沙样的处理方法很多，常用的处理方法有烘干法、过滤法、置换法等。,6/29/2023,58,六、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。,6/29/2023,59,（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。,6/29/2023,60,（二）断面输沙率和断面平均含沙量的计算,1.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：首先要计算部分输沙率，部分输沙率是以测沙垂线为分界，计算垂线间部分平均含沙量和部分流量。（1）部分平均含沙量计算（2）部分流量的计算（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,6/29/2023,61,2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。3采用全断面混合法测沙时，实测输沙率计算。（三）相应单样含沙量的计算 1算术平均法 2输沙率加权法,6/29/2023,62,七、悬沙测验误差分析,悬移质泥沙测验的误差主要来源于仪器、水样处理，泥沙脉动、垂线上取样方法以及断面内测沙垂线数目的多少等，其误差包含有随机误差和系统误差两种。机误差服从正态分布，置信水平取95%，其数值用不确定度表示，不确定度在数值上等于2倍的标准差。因此，欲求不确定度，必先求出各个项目的标准差。,6/29/2023,63,（一）一次断面平均含沙量测验的总随机不确定度的组成,1引起垂线平均含沙量误差为：（1）仪器误差，为仪器处于标准工作状态下，同参证仪器比测的误差；（2）水样处理误差，为不同的水样处理方法或操作带来的误差；（3）CS型误差，为垂线上用单点取样的有限取样历时引起的脉动误差；（4）CS型误差，为有垂线上布设有限的取样点数和计算规则所引起的垂线平均含沙量的误差。,6/29/2023,64,2引起断面平均含沙量的误差,CSIII型误差，为有垂线数目数和计算规则所引起的断面平均含沙量的误差。（二）分项不确定度的估算及控制指标1CS型误差2CS型误差 CS型误差,6/29/2023,65,（三）总随机不确定度和系统误差的估算,一次断面平均含沙量测验的总随机不确定度和系统误差分别按下式计算：1总随机不确定度计算方法2总系统误差的计算方法（四）对测不到层的处理由于受仪器条件限制，临近河床附近的水样无法测到，河底处的含沙量往往用河底以上某一测得到处的含沙量代替，这样就形成误差。,6/29/2023,66,第三节、推移质及河床质泥沙测验,一、推移质泥沙测验的目的、工作内容（一）推移质泥沙测验的目的（二）推移质输沙率测验工作内容 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。5推移质水样的处理。,6/29/2023,67,（三）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。,6/29/2023,68,二、推移质泥沙测验仪器及测验方法,（一）推移质泥沙测验仪器及测验方法1.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。,6/29/2023,69,2采样器种类,推移质采样器按用途分为卵石采样器和沙质采样器两类：,6/29/2023,70,沙质推移质采样器,6/29/2023,71,3采样器效率系数的率定,所谓采样效率系数，系指仪器测得的与河流实际的推移质输沙率之比值。通常率定效率系数的方法有两种：一种是在天然河道（或渠道）用仪器作取样试验，以标准集沙坑测得的推移质输沙率为标准；另一种是在人工大型水槽中用仪器（或模型）作取样试验，以坑测法测定水槽实际推移质输沙率作标准，进行比较。,6/29/2023,72,（二）推移质泥沙测验的其它方法,除了用采样器施测推移质外，还有其它一些方法，简述如下：1坑测法 2沙波观测法 沙质河床的推移质，常以轮廓分明的沙波形式运动，可用超声波测深仪连续观测断面各垂线位置高度的变化，可以测定沙波的平均移动速度和平均高度，推算单位宽度移质输沙率。,6/29/2023,73,（三）推移质输沙率测验方法,1、测次与取样垂线2、取样历时与重复取样次数 3、推移质运动边界的确定4、采取单位推移输沙率三、实测推移质输沙率的计算1垂线基本输沙率的计算公式,6/29/2023,74,2断面输沙率的计算,分析法,6/29/2023,75,四、河床质泥沙测验,（一）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。（二）河床质采样仪器 对采样器的性能要求：能采集到河床表层0.10.2米以内，具有粒配代表性的沙样。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：,6/29/2023,76,1使用于卵石河床质的采样器,目前国内常见的有：锹式采样器、蚌式采样器、犁式床沙采样器等 2沙质河床质采样器 用于沙质河床的采样器有：园锥式采样器、钻头式采样器、悬锤式采样器、锥式采样器、挖斗式采样器等。,6/29/2023,77,（三）河床质测验方法,河床质测验的测次，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。河床质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位相同。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。,6/29/2023,78,第四节、泥沙颗粒分析,一、泥沙颗粒分析的意义及内容泥沙颗粒分析，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。泥沙颗粒分析工作的内容包括：悬移质、推移质及床沙质的颗粒组成；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；计算并绘制面平均颗粒级配曲线；计算断面平均粒径和平均沉速等。某站实测资料颗粒级配曲线，纵坐标为对数坐标，代表泥沙粒径，横坐标为机率格坐标，代表小于某粒径沙重的百分数。,6/29/2023,79,二、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 泥沙颗分的目的是为掌握断面的泥沙颗粒级配分布及随时间的变化过程。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，单颗换算成断颗。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。,6/29/2023,80,2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，水分析法以采用方法确定。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。,6/29/2023,81,3粒径级的划分及颗粒级配曲线的绘指规则,悬移质、推移质和河床质泥沙，按粒径级绘配曲线。颗粒分析时，按规范划分的粒径级为界，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。泥沙颗粒级配曲线，可点绘在纵坐标为对数坐标（示粒径），横坐标为机率坐标（表示小于某粒水沙重的百分数）的对数机率格纸上，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）的平对数格纸上。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。,6/29/2023,82,三、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：,6/29/2023,83,2筛分析法,（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。司托克公式 冈查洛夫第二式 冈查洛夫第三式,6/29/2023,84,水分析法中常用的有粒径计法、移液管法和消光法等。,1粒径计分析法此法属于清水体系分析法，适用于粒径为0.051.0毫米、沙样为0.33克的粗颗粒泥沙。2移液管分析法3光学分析法 基本原理当光线穿过含沙量为Cs,厚度为L的浑水层时，光强度将被减弱，其减弱的程度与浑水中所含泥沙的多少及颗粒组成有关。消光法光电颗分仪、激光粒度分析仪,6/29/2023,85,四、泥沙颗分资料的整理,泥沙颗分资料整理的主内容是：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。（一）悬移质垂线平均颗粒级配的计算1以垂线取样分析的级配代表垂线平均级配凡用积深法、垂线定比混合法和十字线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。2以垂线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。,6/29/2023,86,（二）悬移质断面平均颗粒级配的计算,1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。（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,6/29/2023,87,2用几何平均法计算每一组的平均粒径 3求各种粒径 对应的沙重百分数P（%）。4计算各组平均粒径 对应的沙重百分数。5最后计算断面平均粒径。,6/29/2023,88,（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。作法是：1将断面平均级配曲线，用分级粒径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、3n。2以i和对应的 为坐标即可绘沉降速度的级配曲线。3把曲线分成若干组，计算每一组的平均沉速（i）4用加权法计算断面平均沉降速度。,