泥沙平衡计算方法研究

孙杰明 辽宁省沈阳市东陵区沈抚污水灌区管理所 110015

泥沙平衡计算方法研究

孙杰明 辽宁省沈阳市东陵区沈抚污水灌区管理所 110015

本文总结出在进行泥沙输移、泥沙平衡计算中可以使用的主要方法，试验小区法、观测站资料法、示踪法、特制设备法、“3S”技术法，并指出几种研究方法的优缺点，以及在应用中应注意的主要问题。

泥沙输移；泥沙平衡；研究方法

泥沙产生的危害是多种多样和广泛的。泥沙产生危害的形式取决于泥沙的数量和特性，而泥沙的数量和特性则受到侵蚀、输移和沉积过程的影响。为了了解泥沙危害的根本原因，确定引起这种危害的泥沙的来源，并提出可行的控制措施，就需要针对不同情况，选择恰当的方法进行研究，进而对这些过程有所了解。

1、试验小区研究方法

通过建立试验小区观测泥沙侵蚀与输移的情况，总结泥沙侵蚀与输移的规律，是泥沙平衡计算常用的一种方法。试验小区多选择在泥沙侵蚀与输移的典型区域，进行定点人工观测或进行室内外模拟试验。以试验小区进行泥沙平衡计算研究是泥沙研究的传统方法，如今仍然被广泛应用，试验小区积累的长期试验观测资料对泥沙研究起到不可替代的作用，但该方法受人为判断因素干扰较多，如典型区的选择、小区建设的标准等。室内外模拟试验最大的优点在于其受自然因素限制较少，大大地缩短泥沙研究的时间，但模拟自然状态的程度等问题一直是模拟实验研究泥沙问题难以很好解决的关键问题。

2、观测站资料研究方法

在水文测站(水文站、流量站、雨量站等)分布较多，观测系列较长或对典型降雨观测资料较全的地区，利用观测站观测资料进行泥沙平衡计算也是一种方便快捷的泥沙平衡计算方法。水文站网的定位观测工作，是观察水文现象、提供水文资料的主要途径。水文测站的主要任务是按照统一标准对指定地点或断面的水位、流量、降雨、蒸发、水温、地下水位及泥沙等项目进行观测及资料整编。根据水文测验资料，可以掌握水文要素的变化规律，为防洪抗旱、生态建设、水资源开发利用及泥沙平衡计算等提供研究情报。

水文泥沙资料的来源有水文调查、水文年鉴、水文手册及水文图集等各种资料。利用水文测站进行泥沙平衡计算存在的最主要的问题是，由于定位观测有时间和空间的局限性，往往不能满足要求。因此必须通过其它途径来收集水文资料，补充定位观测值不足，使资料更加充分，满足泥沙及径流计算的要求。

3、放射性核示踪法

环境放射性核（原子尘）在流域泥沙的侵蚀、输移与沉积的定量研究中的使用可以追溯到十八世纪六十年代。早期的研究主要是针对核武器爆炸残留物在土壤中的移动对人类健康的影响。后来人们意识到该类物质与土壤结合的性质可以非常理想的用于泥沙平衡计算中。早在1970年就有人利用137Cs对农用地的土壤侵蚀及侵蚀泥沙在湖泊、水库、湿地中的沉积率进行了成功地估算。从那以后，137Cs被世界上许多地方用于泥沙平衡计算方面的研究，并且这种方法还被扩展为应用如beryllium-7(7Be)、lead-210(210Pb)、10Be、26Al等放射性核元素。在大多数环境条件下，这类元素可以快速稳固地与土壤结合并随土壤的移动而移动。以137Cs为例，137Cs是20世纪五六十年代大气核试验产生的，系全球分布的一种人工放射性同位素，137Cs尘埃随降水降落到地表后，被表层土壤的胶体颗粒牢牢吸附，其半衰期约30年。137Cs在地表中自身化学迁移能力极弱，主要是在土壤颗粒的物理运动中而发生再分布，由此137Cs是一种研究地表土壤侵蚀、泥沙输移和沉积的极好的示踪元素。

4、特制试验设备研究方法

在进行泥沙研究的过程中通常需要一定的实验及观测设备进行泥沙采样观测等的研究工作。一个好的泥沙观测采样仪器必须使水流受到干扰最小，避免由于含沙量的短期波动而产生误差，而且给予能和流速测定等相关联的结果。利用一般的观测设备进行泥沙问题的观测工作和进行泥沙平衡计算已经有很长的历史了，但也有人研制并应用特别的仪器设备用于泥沙平衡计算的研究工作。传统的泥沙实验观测设备如19世纪用于河流泥沙测验的取样器是最简单的取样器。其后许多研究人员各自发明了许多新的设备。早先的悬移质泥沙观测是利用开口瓶或复杂抓斗采样器进行的。我国目前使用较多的有横式采样器与瓶式采样器。到目前为止还没有非常满意的推移质泥沙采样器。我国使用较多的推移质采样器主要有压差式采样器以及各地结合当地条件研制的各种网式采样器。

5、“3S”技术研究方法

伴随着“3S”（GIS、GPS、RS）技术的不断发展与成熟，将“3S”技术应用到泥沙研究中已经成为可能。目前国外应用“3S”技术进行泥沙平衡计算的研究较多，国内也有一定的研究。在将“3S”技术应用到泥沙平衡计算研究中时，很多情况下是将RS作为研究资料的来源，GIS作为资料的处理分析工具，GPS作为研究资料的来源及研究结果的局部取样校验工具。

“3S”技术在泥沙平衡计算研究中的应用首先在一定程度上打破了泥沙研究的尺度限制问题，并使泥沙问题的研究具有了更为清晰的空间位置的意义，同时，“3S”技术也大大地提高了泥沙平衡计算研究的效率并在一定程度上克服了泥沙研究的时间限制问题。当然，在泥沙研究的实际应用中，“3S”技术也存在着一些需要进一步解决的问题。如遥感图片的应用虽然提高了工作效率，但数据精度却比传统的测量结果低。通用的GIS软件在解决专业问题时，如泥沙平衡计算问题时在功能上还存在一定的不足等。

以上我们介绍了国内外几种泥沙输移平衡计算研究的主要方法，但是随着研究手段的不断丰富以及人们对泥沙问题认识的不断深入，各国泥沙研究者们越来越深刻地认识到，根据研究区实际情况，适当地将各种研究方法综合应用，可以更为准确方便地进行泥沙平衡计算的研究。各种研究方法的综合使用可以是两种或两种以上研究方法的综合使用。究竟采用什么样的方法才能最有效地解决泥沙输移平衡研究的问题，还要根据具体研究的目的和条件而定。