張?zhí)? 吳立健 王得力

【摘 要】本文是作者結(jié)合自己多年的工作實(shí)踐，主要對(duì)荊江河段床沙的分析方法及基本特性做得具體分析，以荊江床沙顆粒的大小相差比較懸殊，小的在微米以下，大的可達(dá)50毫米以上，且具有不同的泥沙特性。本文通過對(duì)床沙特性和顆分方法的探討，明確了在生產(chǎn)過程中對(duì)不同沙型應(yīng)使用不同的分析方法，并對(duì)床沙月年資料的整編提出了建議。

【關(guān)鍵詞】床沙 顆粒級(jí)配 分析方法 泥沙特性 資料整編

1 前言

床沙測(cè)驗(yàn)的目的是確定河床組成物的粒徑大小、級(jí)配、密度等。它是研究泥沙運(yùn)動(dòng)規(guī)律、河床沖淤變化、輸沙能力、糙率以及河床演變、水利工程建設(shè)等諸方面的重要泥沙資料。

2 床沙顆粒的主要分析方法

根據(jù)河流泥沙的分類；床沙可分為粉砂、砂粒、礫石、卵石、漂石等，粒徑范圍不同應(yīng)選用不同的顆粒分析方法，荊江河段床沙一般采用尺量法、篩分析法、激光法、篩激結(jié)合等。

2.1 尺量法

卵石的粒徑范圍是16～250mm，粒徑大于64mm的卵石宜用尺量法，尺量法分析應(yīng)按下列步驟進(jìn)行：

將全部樣品用64mm孔徑篩進(jìn)行分離，小于64 mm篩下砂樣的分析處理：

當(dāng)樣品中粒徑大于16mm的顆粒量占總量90%以上時(shí)，在現(xiàn)場(chǎng)再用16mm孔徑篩進(jìn)行分離。篩上顆粒全部用于分析，篩下顆粒稱其質(zhì)量后直接參加全樣級(jí)配計(jì)算。

樣品中粒徑大于16mm的顆粒量少于總量的90%，且礫石、砂粒的質(zhì)量超過3kg時(shí)，可用16mm孔徑篩將全部樣品進(jìn)行分離，篩上顆粒全部作為卵石試樣分析；篩下顆粒，在現(xiàn)場(chǎng)稱其濕沙質(zhì)量，用四分法分取1～3kg裝入塑料袋，防止水分損失，帶回室內(nèi)準(zhǔn)確稱其濕沙質(zhì)量，然后烘干并稱其干沙質(zhì)量。

濕沙樣的含水率應(yīng)按分式 = 計(jì)算；篩下顆粒的干沙質(zhì)量按公式WSL= 計(jì)算；篩下顆粒質(zhì)量與沙樣總質(zhì)量的比值應(yīng)按公式C= 計(jì)算。

式中：a—濕沙樣的含水率； —篩下分樣的濕沙質(zhì)量； —篩下分樣的干沙質(zhì)量；

—篩下顆粒的干沙質(zhì)量； —篩下顆粒的濕沙質(zhì)量； —篩上顆粒干沙質(zhì)量；C—篩下顆粒質(zhì)量與沙樣總質(zhì)量的比值。

大于64 mm篩上砂樣的分析處理：

先按卵石粒徑大小序次排列，再采用自由分組測(cè)量。所謂自由分組，不是按規(guī)定的粒徑級(jí)劃分組距，而是按顆粒排列次序隨意分為若干組。每組挑選最大一顆或兩顆用游標(biāo)卡尺量測(cè)其長(zhǎng)、中、短三軸并稱其重量，幾何平均粒徑按公式Di = 計(jì)算。

式中：a—顆粒長(zhǎng)軸方向的長(zhǎng)度；b—顆粒垂直于a方向的最大寬度；c—顆粒垂直于a和b方向的最大厚度。

當(dāng)整個(gè)樣品卵石數(shù)量少于15顆時(shí)，應(yīng)逐顆測(cè)量稱重。

2.2 篩分析法

砂粒的粒徑范圍是0.062～2mm，礫石的粒徑范圍是2～16mm，篩分析法分析范圍適用于0.062～64 mm，此方法不僅設(shè)備簡(jiǎn)單、操作方便，而且測(cè)量結(jié)果較直觀地反映了顆粒的幾何尺寸，是床沙分析最主要的方法。

（1）大于2mm粒徑顆粒篩分析法應(yīng)按下列步驟進(jìn)行：1）稱量試樣沙量。2）選用圓孔粗篩組裝成套。3）將分析沙量置于套篩最上層，逐級(jí)手搖過篩。4）當(dāng)樣品沙量過多時(shí)可分幾次過篩，同一組的顆粒合并稱量計(jì)算。

（2）對(duì)粒徑小于2mm的顆粒按下列步驟進(jìn)行：1）稱量試樣沙量，一定要用四分法取樣，沙量宜小于20克。2）選用方孔編織篩組裝成套。3）將分析沙量置于套篩最上層，按規(guī)定時(shí)間分析。4）當(dāng)累計(jì)總沙量與備樣沙量之差超過2%時(shí)應(yīng)重新備樣分析。

2.3 激光法

粉砂的粒徑范圍是0.004～0.062mm，激光法分析范圍適用于0.0002～2.0mm。激光法具有分析速度快、分析粒徑范圍大、重復(fù)性好、操作簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)，是分析床沙中粘泥和粉砂的一種補(bǔ)充方法。

當(dāng)床沙樣品中無2mm以上顆粒且粒徑小于0.062mm的顆粒不足總沙量的10%時(shí)，可作激光法分析、也可將樣品烘干后碾壓分散，分取適量樣品作篩分析法分析；當(dāng)粒徑小于0.062 mm的顆粒超過樣品總量的10%時(shí)，可先將樣品過0.062mm孔徑的洗篩，篩上顆粒用篩分析，篩下顆粒用激光法分析。

3 荊江河段床沙的主要特性

荊江河段在地理位置上，距葛洲壩水利樞紐下游約66km，一段沖積性平原河道。它貫穿于江漢平原與洞庭湖平原之間，河段上起枝城鎮(zhèn)下至洞庭湖口的城陵磯鎮(zhèn)，全長(zhǎng)377km。由于受長(zhǎng)江三峽水庫蓄水和清水下泄的影響，荊江河段普遍沖刷，荊江河段的泥沙顆粒也在不斷發(fā)生變化。

3.1 荊江上游河段的床沙特性

上荊江河段控制斷面為枝城水文站，斷面左岸為沙質(zhì)河床、右岸成礁板河床。床沙顆粒以卵石及卵石夾沙為主，顆粒分布不均勻，上限粒徑可達(dá)50mm以上，以尺量法和篩析法為主。

3.2 荊江中下游河段的床沙特性

荊江中下游河段的控制斷面為沙市站及監(jiān)利站，該河段為中粗沙質(zhì)河床，床沙顆粒分布較均勻，僅監(jiān)利站汛期左岸有淤積現(xiàn)象，邊界一線床沙有少許粉粘顆粒，篩析法是主要分析方法。

3.3荊南四口的床沙特性

荊南四口的新江口、沙道觀、彌陀寺站床沙為中細(xì)沙，有少量粉粘顆粒，級(jí)配分布較均勻，分析方法以篩析法為主；藕池（康三）和藕池管站為粘土河床，由于上游來沙經(jīng)過斷面時(shí)無法附著，故每次取樣床沙多為粘泥或粘泥夾沙，篩激結(jié)合和激光法是主要分析方法。

4 對(duì)床沙月年資料整編的建議

根據(jù)《河流推移質(zhì)泥沙及床沙測(cè)驗(yàn)規(guī)程》中床沙資料整編的規(guī)定和我局科研生產(chǎn)、特別是三峽大壩蓄水后清水下泄對(duì)河床變化課題研究的需要，增加水文站的床沙顆粒分析月年整編資料內(nèi)容是非常必要的。

（1）根據(jù)《河流推移質(zhì)泥沙及床沙測(cè)驗(yàn)規(guī)程》中床沙資料整編的規(guī)定，沙質(zhì)床沙的一類站（枝城站、沙市站、監(jiān)利站）資料整編內(nèi)容應(yīng)包含月年平均顆粒級(jí)配、月年平均粒徑、月年平均級(jí)配曲線及床沙資料整編說明書等。（2）一月只取一次床沙的測(cè)站（未斷流的測(cè)站應(yīng)保證每月至少取一次床沙），以該次顆粒級(jí)配代表該月的平均顆粒級(jí)配；一月有2次及以上床沙資料時(shí)，按各次床沙顆粒級(jí)配代表的時(shí)距（以日為單位）加權(quán)計(jì)算即可得該月平均顆粒級(jí)配。（3）年平均顆粒級(jí)配以月為權(quán)值計(jì)算即可，月年平均粒徑計(jì)算與斷面平均粒徑計(jì)算方法相同。

參考文獻(xiàn)：

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