水文业务知识资料--悬移质泥沙测验和整编

　　6.1 悬移质泥沙测验的主要内容是测定含沙量、输沙率和附属观测项目。测验的目的在于精确的测定任一时间通过测验断面的悬移质干沙质量，并据以计算断面平均含沙量。输沙率测验应与流量测验同时进行。

　　6.2  水流挟带的泥沙有两种形式，一种是粒径较粗的泥沙，沿河底滑动、滚动或跳跃，称为推移质；另一种泥沙，其粒径较细，它随水流浮游前进，称为悬移质。通过某一过水断面的全部泥沙称为全沙。从泥沙向下游输移的观点讲，全沙包括悬移质和推移质两种；从泥沙的来源观点讲，全沙包括床沙质和冲泻质。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，沉淀不动成为河床质。河床质是指

　　组成河床活动层处相对静止的泥沙。

　　6.3  河流中挟带的泥沙，绝大部分是粒径较细的冲泻质，它的含量的多少，主要决定于地表径流对流域表土的侵蚀。它与流域坡度、土壤、植被、季节性气候变化、降雨强度以及人类活动等因素有关。泥沙在水中浮游时，一方面重力作用使它不断下沉；另一方面，水流的紊动，又不断地把一部分泥沙向上扬起，两者必须趋于平衡，才能维持泥沙悬浮前进。要使泥沙向下的沉积两与紊动向上的泥沙输移量相等，必须要求含沙量具有水面向河底逐渐增大的条件。因此河流泥沙的垂直分布是自上而下递增。

　　6.4 国家基本泥沙站的分类：①一类站为对主要产沙区，重大工程设计管理运用、河道整治或河床演变研究等起重要控制作用的站②二类站为一般控制站和重点区域代表站③三类站为一般区域代表站和小河站。各类站的测验项目和要求：①一类站应实测悬移质输沙率、含沙量及悬移质和床沙的颗粒级配，测验精度应高于二、三类站，并进行长系列的全年观测。部分一类站根据需要，可采用直接法或间接法进行全沙输沙率测验，或进行河道断面测量②二类站应施测悬移质 输沙率和含沙量，大部分二类站应侧悬移质颗粒级配。测验精度可低于一类站③三类站应实测输沙率和含沙量，部分应测颗粒级配。

　　6.5 积时式采样器的技术要求①仪器外形应为流线型，管嘴进水口应设置在水流扰动较小处，取样时，应使仪器内的压力与仪器外的静水压力平衡。②当河流流速小于5m/s和含沙量小于30kg/m³时，管嘴进水口流速系数在0.9～1.1之间的保证率大于75%；含沙量为30～100 kg/m³时，管嘴进水口流速系数在0.7～1.3之间的保证率大于75%。③仪器取样容积能适应取样方法和室内分析要求，可采用较长的取样历时，以减少泥沙脉动影响。④仪器应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的距离宜小于0.15m。⑤当采用各种混合法取样时，仪器应能减少管嘴积沙影响。⑥仪器制作简单，结构牢固，维修方便，容器可卸下冲洗。

　　6.6 横式采样器的技术要求：①仪器内壁应光洁无锈迹②仪器两端口门应保持瞬时同步关闭和不漏水。③仪器的容积应准确④仪器筒身纵轴应与铅鱼纵轴平行，且不受铅鱼阻水影响。

　　6.7 现场测沙仪（同位素测沙仪）技术要求：①仪器的工作曲线比较稳定，对水温、泥沙颗粒形状、颗粒组成及化学特性等的影响，应能自行校正，或能将误差控制在允许范围内。②仪器在施测低含沙量时，其稳定性与可靠性不低于积时式采样器。③仪器在连续工作8小时应保持稳定。④仪器的校测方法简便可靠且校测频次较少。⑤仪器能可靠的施测接近河床床面的含沙量。⑥仪器应便于挟带、操作和维修。

　　6.8 不同仪器的适用条件：积时式采样器（积时式采样器有调压式采样器、皮囊式积时式采样器、和普通瓶式采样器等①调压式采样器适用于含沙量小于30kg/m³时的选点法和混合法取样②皮囊积时式采样器适用于不同水深和含沙量条件下的积深法、选点法和混合法取样。③普通瓶式采样器适用于水深在1.0～5.0m的双程积深法和手工操作取样。）横式采样器能在不同水深和含沙量条件下取样，但不宜用于缆道测沙，精度要求较高时不宜使用。同位素测沙仪适用于含沙量大于20 kg/m³时的选点法测沙。

　　6.9 积时式采样器和积深法取样要求①取样仪器应等速提放。②当水深小于或等于10m时，提放速度应小于垂线平均流速的1/5；当水深大于10m时，提放速度应小于垂线平均流速的1/3。③采用积深法取样时，一类站的水深不宜小于2m，二、三类站的水深应大于1m。④仪器处于开启状态时，不得在河底停留。⑤仪器的悬吊方式，应保证仪器进水管嘴正对流向。⑥仪器取样容积于仪器仓或盛样容器的容积之比应小于0.9；发现仪器灌满时，所取水样应作废重取。

　　6.10 横式采样器取样要求：①在水深较大时，应采用铅鱼悬挂仪器。②采用锤击开关取样时，必须在仪器关闭后再提升仪器。③倒水样前，应稍停片刻，以防止仪器外部带水混入水样。

　　6.11 普通瓶式采样器取样要求：①当垂线平均流速不超过1.0m/s时，应选用管径为6mm的进水管嘴。②当垂线平均流速大于1.0m/s时，应选用管径为4mm的进水管嘴。③仪器排气管嘴的管径应小于进水管嘴的管径。

　　6.12 同位素测沙仪测深要求：①仪器使用前，应精确率定工作曲线。②测量含沙量时，仪器探头至水面、河底的距离，均不得小于放射源的探测半径。③仪器再使用期间，应定期用积时式采样器对工作曲线进行校测，当前后两次校测的关系点于原工作曲线系统偏离不超过2%时，原工作曲线可继续使用，超过2%时，应重新确定曲线。

　　6.13 悬移质输沙率测验的工作内容：①布置测速垂线和测沙垂线，在各垂线上施测起点距和水深，在测速垂线上测流速，在测沙垂线上采取水样，测沙垂线应于测速垂线重合。②观测水位、水面比降，当水样需作颗粒分析时，应加测水温。③需要建立单断沙关系时，应采取相应单样④采用浮标法测流或采用全断面混合法测输沙率时，只在测沙垂线上采取水样。

　　6.14 年内输沙率的测次，应主要分布在洪水期，并符合以下规定：①采用断面平均含沙量过程线法进行资料整编时，每年测次应能控制含沙量变化的全过程，每次较大洪峰的测次应不少于5次，平、枯水期，一类站每月测5～10次，二、三类站每月测3～5次。②一类站历年单断沙关系线与历年综合关系线比较，其变化在±3%以内时，每年测次不应少于15次；二、三类站作同样比较，其变化在±5%以内时年测次不应少于10次；历年变化在±2%以内时，年测次不应少于6次，并应均匀分布在含沙量变幅范围内③单断沙关系线随水位级或时段不同而分为两条以上关系曲线时，每年悬移质输沙率测次一类站不少于25次，二、三类站应不少于15次，在关系曲线发生转折变化处，应布有测次④采用流量输沙率关系曲线法整编资料时，年测次分布，应能控制主要洪峰变化过程，平、枯水期，应分布少量测次。⑤采用单断沙比例系数过程线法整编资料时，测次应均匀分布并控制比例系数的转折点，在流量和含沙量的主要转折变化处，应分布测次。⑥堰闸、水库站和潮流站，应根据水位、含沙量变化情况及资料整编要求，分布适当测次。新设站在头三年应增加输沙率测次。

　　6.15 测沙垂线布设方法和测沙垂线数目，应由试验分析确定。在未经试验分析前，可采用单宽输沙率转折点布线法。测沙垂线数目，一类站不应少于10条。二类站不应少于7条，三类站不应少于3条。

　　6.16 不同断面的悬移质输沙率测验：①测验河段为单式河槽且水深较大的站，可采用等部分水面宽全断面混合法进行悬移质输沙率测验。各垂线采用积深法取样的仪器提放速度和仪器进水管径均应相同，并应按部分水面宽中心布线。②矩形断面用固定垂线取样的站，可采用等部分面积全断面混合法进行悬移质输沙率测验。每条垂线采用相同的进水管嘴，取样方法和取样历时，每条垂线代表的部分面积应相等。当部分面积不等时，应按部分面积的权重系数分配各垂线的取样历时。③断面比较稳定的站，可采用等部分流量全断面混合法进行悬移质输沙率测验。各垂线水样容积及所代表的部分流量均应相等。

　　6.17 相应单样的采取①采用单断沙或单断颗关系进行资料整编的站，在进行输沙率测验的同时，应采取相应单样。②相应单样的取样方法和仪器，应与经常的单样测验相同。兼作颗粒分析的输沙率测次，应同时观测水温。当单样含沙量取样方法与单颗取样方法相同时，可用相应单样作颗粒分析；不同时，应另取水样作颗粒分析。③相应单样的取样次数，在水情平稳时取一次；由缓慢变化时，应在输沙率测验的开始、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。

　　6.18 悬移质输沙率的测验误差，主要来源于测验方法、仪器性能、操作技术和水样处理等方面。

　　一、测验方法误差控制，对测验方法引起的系统误差，应从下列各方面进行控制：①一、二类站采用按容积比例进行垂线混合时，应径试验分析试验，当误差超限时，应改进垂线取样方法。②一类站的输沙率测验，除水深小于0.75m外，不得采用一点法。③一类站用五点法测验时，其最低点位置如无试验资料证明，可置于相对水深0.95处。④一类站采用积深法取样时，仪器进水管嘴至河底的距离，不得超过垂线水深的5%。⑤当含沙量横向分布和断面发生较大变化时，应及时分析资料调整测沙垂线位置。

　　二、仪器性能和操作的误差控制，对仪器性能和操作技术产生的系统误差应从下列各方面进行控制：①一类站不宜采用横式采样器。②当悬索偏角超过30度时，不宜采用积深法取样。③使用积时式采样器，应经常检查仪器进口流速，发现显著偏大或偏小时，应查明原因，及时处理。④在各种测验设备条件下，应保证仪器能准确的放至取样位置。⑤缆道测沙使用普通瓶式采样器时，宜用手工操作双程积深法。⑥用积时式采样器取样，应检查和清除管嘴积沙。

　　三、经过试验确定的水样处理的各种系统误差超限时，应近进行改正。

　　6.19 单样含沙量测验的一般要求：①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0.95～1.05之间，二、三类站在0.93～1.07之间。②单样兼作颗粒分析水样时，取样方法应满足代表断面平均颗粒级配的要求。当出现单颗比断颗显著偏粗或偏细时，应改进单样的取样方法，或另确定单样的取样方法。③采取单样的工作内容有：观测基本水尺水位；施测取样垂线的起点距；施测或推算垂线水深；按确定的方法取样；单样需作颗粒分析时，加测水温。

　　6.20 单样含沙量的测次分布：一年内单样含沙量的测次分布，应能控制含沙量的变化过程，具体要求如下：①洪水期，每次较大洪水，一类站不应少于8次，二类站不应少于5次，三类站不应少于3次；洪峰重叠，水沙峰不一致或含沙量变化剧烈时，应增加测次；在含沙量变化转折处应分布测次。②汛期的平水期，在水位定时观测时取样一次，非汛期含沙量变化平缓时，一类站可每2～3天取样一次，二三类站可每5～10天取一次。③含沙量有周期性变化时，应经试验确定在有代表性的时间取样。

　　    堰闸、水库根据闸门变动和含沙量变化情况，适当分布测次，控制含沙量变化过程。潮流站应根据设站目的、要求和测验条件，确定单样含沙量的测次分布。

　　6.21 单样含沙量的测验方法：①单样含沙量测验的垂线布设应经试验确定。断面比较稳定和主流摆动不大的站，可采用固定取样垂线位置；当复式河槽或不同水位级含沙量横向分布有较大变化时，应按不同水位级分别确定代表线的取样位置。断面不稳定且主流摆动的一、二类站，应根据测站条件，按全断面混合法的要求，布设3～5条取样垂线，进行单样含沙量测验。②单样含沙量测验的垂线取样方法，应与输沙率测验的垂线取样方法一致。一类站的单样含沙量测验，不得采用一点法。当单样兼作颗分水样不能满足精度要求时，应经试验另行确定单颗取样方法。③特殊情况下采取单样，可按下列要求处理：洪水、流水及流放木材时期，不能在选定位置取样时，应离开岸边，在正常处取样，并加备注说明。对水边取样成果，应与断面平均含沙量建立关系；单独设置基本水尺的分流，应作为独立断面选择取样位置。

　　6.22 单样含沙量的停测和目测：①一类站和需要枯水季沙量资料的站，应全年施测单样含沙量。其它站枯水期连续三个月以上的时段输沙量小于多年平均年输沙量的3.0%，在该时段内，可以停测单样含沙量和输沙率，停测期间的含沙量作零处理。②当含沙量小于0.05kg/m³时，可将等时距和等容积的水样累积混合处理，作为累积时间期间各日的含沙量。累积时段不宜跨月跨年，当发现河水含沙量有显著变化时，应及时恢复测验。③在施测含沙量时期，当河水清澈时，可改为目测，含沙量作零处理。当含沙量显著增大时，应及时恢复测验。

　　6.23 单样含沙量测验的误差，包括单次测验的综合误差和测次分布不足的误差，应按下列规定进行控制: ①单次测验误差，主要来源于垂线布设位置、垂线取样方法、仪器性能、操作技术及水样处理等方面。除严格执行有关规定外，对取样垂线位置，应经常注意含沙量横向分布和单断沙关系的变化，发现有明显变化时，应及时调整垂线位置。断面上游附近有较大支流加入或有可能产生河道异重流时，应适当增加垂线数目或增加垂线上靠近底部的测点。②测次分布，在洪水组成复杂、水沙峰过程不一致的情况下，除根据水位转折变化加测外，还应用简易方法估测含沙量，掌握含沙量变化的转折点并适当取样。③因特殊困难必须在靠近水边取样时，应避开塌岸或其它非正常水流的影响，以保证水样具有一定的代表性。

　　    当断面上游进行工程施工或挖沙、淘金等造成局部性泥沙现象时，应及时查清泥沙来源和影响河段范围，并将情况在记载簿及整编资料中注明。

　　6.24 有泥石流活动的地区，当测站的测验河段内发生泥石流时，应及时按下列要求进行观测：①连续观测洪水过程的水位。②用中泓浮标或漂浮物连续施测流速，每施测一个浮标，应同时观测一次水位并记录观测时间。③在主流边用横式采样器或取样桶连续取样并记录取样时间，当在主流边取半深水样有困难时，可在岸边取样，取样时，不得剔除水样中所有的固体颗粒。④有流变特性试验任务的站，在每次泥石流过程中，应另取泥石流浆体样品2～3次，样品的体积或重量应满足试验要求。

　　6.25 当测站附近发生泥石流时，应及时向领导机关报告情况，并根据需要按下列要求进行调查：①调查暴发泥石流前后的降水过程或时段降水量，有困难时应调查降水总量及历时；②调查流域面积、河沟长度、山坡及河沟坡度，土质、植被及河床冲淤、滑坡或塌方等地质、地貌情况、估算固体物质来量并详细记录和拍摄现场实景。③在不同断面处，采取代表性的泥石流堆积物样品，仿原样搅拌后取样，送中心实验室进行含沙量、颗粒级配及有关项目的测定于分析。④估算泥石流洪峰流量和总量等特征值，最后整理调查记录，编写调查报告。

　　6.26 泥沙室的设置应符合以下规定：①室内应宽敞明亮，不受阳光直接照射；②经常保持干燥，无有害气体及灰尘侵入，温度和湿度比较稳定，有泥沙颗粒分析任务时，室内应有调温设备。③四周无震圆，无噪声④天平应安置在专用房间里，远离门窗和热源，天平台基应稳定牢固，台身簿与墙壁相连，台面应平整。⑤烘箱应安置在干燥通风处⑥水样宜存放在专用房间里。

　　6.27 沉淀浓缩水样，应符合以下规定： ①水样沉淀时间应根据试验确定，并不得少于24h，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1.00%、1.5%、和2.0%，当洪水期与平水期的细颗粒相对含量悬殊时，应分别试验确定沉淀时间。②当细颗粒泥沙含量较多，沉淀损失超过上述标准时，应作细沙损失改正。③不作颗分的水样，需要时可加氯化钙或明矾液凝聚剂加速沉淀，凝聚剂的浓度剂用量，应由试验确定。④水样沉淀后，可用虹吸管浆上部清水吸处，吸水时不得吸出底部的泥沙。

　　6.26各水样处理方法所需最小沙重

　　6.28量水样容积应符合以下规定：①量水样容积，宜在取样现场进行，量容积读数误差不得超过水样容积的1%。②所取水样应全部参加量容积。③在量容积过程中，不得时水样容积和泥沙减少或增加。

　　6.29 烘干法称重应符合以下规定：①用少量清水将浓缩水样全部冲入烘杯，加热至无流动水时，移入烘箱，在温度为100～110时烘干。烘干所需时间应由试验确定，试验要求相邻两次时差2h的烘干沙重之差，不大于天平感量时，可采用前次为烘干时间。②烘干后的沙样，应及时移入干燥器中冷却至室温称重。

　　6.30 采用烘干法，当河水中的溶解质含量与沙重之比，一、二、三类站分别大于1.0%、1.5%和3.0%时，应按规定进行溶解质改正。

　　6.30 各水样处理方法的工作步骤及误差控制

　　6.310 当一、二、三类站的滤纸可溶性含量与泥沙重量之比分别大于1.0%、1.5%、2.0%时，必须采用浸水后的烘干滤纸重。

　　当一、二、三类站的平均漏沙重与泥沙重之比分别大于1.0%、1.5%、2.0%时，应作漏沙改正。

　　6.32 悬移质泥沙测验实测成果的合理性检查：①实测成果的合理性检查，应选择不同水位、不同含沙量级的五点法或七点法的输沙率测次，绘出垂线与横向含沙量分布曲线，分析不同水沙情况下含沙量的垂线和横向变化规律。再将每次实测输沙率资料与上述分布图进行对照，发现问题，应分析原因，及时处理。②采用单断沙关系曲线的站，每次输沙率测验后，应检查单断沙关系点，如发现有特殊偏离，应分析原因，及时处理。③在水位、流量与单样含沙量或断面平均含沙量综合过程线上，比较含沙量与其它两个因素的变化趋势，检查测次分布是否恰当。发现有与综合过程线布相应的突出点时，应从取样位置、断面冲淤变化、主流摆动及水样处理方面进行检查分析，予以处理。

　　6.33 单样取样位置的分析：①采用单断沙关系的站，取得30次以上的各种水沙条件下的输沙率资料后，应进行单样取样位置分析。在每年的资料整编过程中应对单样含沙量的测验方法和取样位置进行检查、分析。②断面比较稳定、主流摆动不大的站，应选择几次能代表各级水位、各级含沙量的输沙率资料，绘制垂线平均含沙量与断面平均含沙量的比值 横向分布图，在图上选择 最为集中且等于1处，确定一条或两条垂线，作为单样取样位置，由此建立单断沙关系曲线，进行统计分析，一类站相对标准差不应大于7%，二、三类站不应大于10%。③断面不稳定、主流摆动大、无法固定取样垂线位置的站可用下列方法确定单样取样位置（在中泓处选2～3条垂线，采用上述方法进行误差分析；用取样垂线不多于5条的全断面混合法作为单样取样方法，进行误差分析）④当单样取样断面与输沙率测验断面不一致时，应在输沙率测验的同时，在单样取样断面上选几条垂线取样，分别处理，进行误差分析。⑤单样含沙量测验方法，在各级水位应保持一致。如为复式河槽，需要在不同水位级采用不同测验方法和调整垂线位置时，应经资料分析确定各种方法的使用范围。

　　6.34 二、三类站当有5～10年资料证明，实测输沙率的沙量变幅占历年变幅的75%以上，水位变幅占历年水位变幅的80%以上时，可按以下规定的方法进行间测输沙率分析：①将历年的悬移质输沙率和相应单样含沙量实测成果，按沙量级分成若干组，用各组平均值绘制历年综合单断沙关系线。②将各年单断沙关系线套绘于历年综合单断沙关系曲线图上，当各年关系线偏离综合线的最大值在±5%以内时，可实行间测。③间测期间可只测单样含沙量，并用历年综合关系线整编资料。

　　6.35 悬移质输沙率资料整编工作的内容：①编制实测悬移质输沙率成果表②绘制单样含沙量（单沙）与断面平均含沙量（断沙）关系曲线或比例系数过程线或流量与输沙率关系曲线③关系曲线的分析与检验④数据整理⑤整编逐日平均悬移质输沙率、逐日平均含沙量表和洪水要素摘录表⑥绘制瞬时或逐日单沙（或断沙）过程线⑦单站合理性检查⑧编制悬移质输沙率资料整编说明表。

　　6.34悬移质泥沙关系曲线定线精度指标

　　6.36 实测悬移质输沙率和含沙量资料的分析应符合以下要求：①利用单样含沙量过程线，检查单沙测次对变化过程的控制及代表性，以及不合理的测次等。②用关系曲线图检查分析（分析单断沙关系点的分布类型、点带密集程度以及影响因素，对于突出偏离的测次，应分析其偏离的原因；对于实行间测的测站，若本年有校测资料时，应与历年综合单断沙关系曲线进行分析，以检查是否满足用历年综合单断沙关系曲线推沙的条件。）

　　6.37 单断沙关系曲线的延长应符合以下规定：①单断沙为直线关系，测点总数不少于10各，且实测输沙率相应单沙占实测单沙变幅的50%以上时，可作高沙延长。向上延长变幅应小于历年最大单沙的50%。若单断沙关系为曲线，延长幅度不超过30%。单沙测取位置及方法与历年不一致或断面形状有大的变化时，均不宜作高沙延长。②顺原定单断沙关系曲线的趋势，并参考历年关系曲线进行延长。

　　6.38 缺测单沙可用以下方法进行插补：①直线插补法：当缺测期间水沙变化平缓、或变化较大单为跨越峰、谷时，可用未测时段两端的实测单沙，按时间比例内插缺测市担的单沙②连过程线插补法：在单沙与水位、流量变化过程相应的测站或时期，当缺测期间的水位流量变化不大，或者水位起伏变化虽大，单缺测时间不长，可根据水位流量的起伏变化过程，连绘单沙过程线，予以插补。③流量（水位）与含沙量关系插补法：以缺测之前和以后流量（水位）过程线和单沙过程线上的流量（水位）和单沙，点绘流量（水位）与单沙关系曲线，据以插补缺测的单沙④上下游单沙过程线插补法：本站单沙的关系曲线，用以插补缺测的单沙。

　　6.39 使用单沙推求断沙时，可采用以下方法计算日平均值①一般情况下使用流量加权法。以瞬时流量乘以相应时间的断沙，得出瞬时输沙率，再用时间加权求出日平均输沙率，除以日平均流量即得日平均含沙量。为减少计算误差，当一日内流量、含沙量涨落一致，且水、沙量日变幅（以最小值作分母均）大于3倍时，可在流量、含沙量最大涨落时段，直线内插1至2个点子，进行计算。②有逆流、停滞流现象时，计算方法如下（1、全日未逆流时，计算方法与顺利相同，但所求日平均输沙率未负值；2、一日内兼有顺、逆流时，其计算方法与顺流相同，用其代数和计算。日平均含沙量采用面积包围法计算，若所得结果为负值，则用顺、逆流输沙量绝对值总和除以顺、逆流径流量绝对值得总和得之。3、全日水流停滞者，日平均输沙率为0。日平均含沙量用面积包围法计算。）③对于某些因条件限制，而不能采用计算机整编得资料，可视单沙测取次数及水、沙变化情况，选用算术平均法、面积包围法和流量加权法。

　　6.40 对于使用流量与输沙率关系曲线法，当关系曲线接近一条直线或曲率很小时，可用日平均流量推求日平均输沙率。当关系曲线为曲线时，可用瞬时流量推求瞬时输沙率，然后用流量加权法或面积包围法计算日平均值。