孫杰明 遼寧省沈陽(yáng)市東陵區(qū)沈撫污水灌區(qū)管理所 110015

泥沙平衡計(jì)算方法研究

孫杰明 遼寧省沈陽(yáng)市東陵區(qū)沈撫污水灌區(qū)管理所 110015

本文總結(jié)出在進(jìn)行泥沙輸移、泥沙平衡計(jì)算中可以使用的主要方法，試驗(yàn)小區(qū)法、觀測(cè)站資料法、示蹤法、特制設(shè)備法、“3S”技術(shù)法，并指出幾種研究方法的優(yōu)缺點(diǎn)，以及在應(yīng)用中應(yīng)注意的主要問(wèn)題。

泥沙輸移；泥沙平衡；研究方法

泥沙產(chǎn)生的危害是多種多樣和廣泛的。泥沙產(chǎn)生危害的形式取決于泥沙的數(shù)量和特性，而泥沙的數(shù)量和特性則受到侵蝕、輸移和沉積過(guò)程的影響。為了了解泥沙危害的根本原因，確定引起這種危害的泥沙的來(lái)源，并提出可行的控制措施，就需要針對(duì)不同情況，選擇恰當(dāng)?shù)姆椒ㄟM(jìn)行研究，進(jìn)而對(duì)這些過(guò)程有所了解。

1、試驗(yàn)小區(qū)研究方法

通過(guò)建立試驗(yàn)小區(qū)觀測(cè)泥沙侵蝕與輸移的情況，總結(jié)泥沙侵蝕與輸移的規(guī)律，是泥沙平衡計(jì)算常用的一種方法。試驗(yàn)小區(qū)多選擇在泥沙侵蝕與輸移的典型區(qū)域，進(jìn)行定點(diǎn)人工觀測(cè)或進(jìn)行室內(nèi)外模擬試驗(yàn)。以試驗(yàn)小區(qū)進(jìn)行泥沙平衡計(jì)算研究是泥沙研究的傳統(tǒng)方法，如今仍然被廣泛應(yīng)用，試驗(yàn)小區(qū)積累的長(zhǎng)期試驗(yàn)觀測(cè)資料對(duì)泥沙研究起到不可替代的作用，但該方法受人為判斷因素干擾較多，如典型區(qū)的選擇、小區(qū)建設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)等。室內(nèi)外模擬試驗(yàn)最大的優(yōu)點(diǎn)在于其受自然因素限制較少，大大地縮短泥沙研究的時(shí)間，但模擬自然狀態(tài)的程度等問(wèn)題一直是模擬實(shí)驗(yàn)研究泥沙問(wèn)題難以很好解決的關(guān)鍵問(wèn)題。

2、觀測(cè)站資料研究方法

在水文測(cè)站(水文站、流量站、雨量站等)分布較多，觀測(cè)系列較長(zhǎng)或?qū)Φ湫徒涤暧^測(cè)資料較全的地區(qū)，利用觀測(cè)站觀測(cè)資料進(jìn)行泥沙平衡計(jì)算也是一種方便快捷的泥沙平衡計(jì)算方法。水文站網(wǎng)的定位觀測(cè)工作，是觀察水文現(xiàn)象、提供水文資料的主要途徑。水文測(cè)站的主要任務(wù)是按照統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)對(duì)指定地點(diǎn)或斷面的水位、流量、降雨、蒸發(fā)、水溫、地下水位及泥沙等項(xiàng)目進(jìn)行觀測(cè)及資料整編。根據(jù)水文測(cè)驗(yàn)資料，可以掌握水文要素的變化規(guī)律，為防洪抗旱、生態(tài)建設(shè)、水資源開(kāi)發(fā)利用及泥沙平衡計(jì)算等提供研究情報(bào)。

水文泥沙資料的來(lái)源有水文調(diào)查、水文年鑒、水文手冊(cè)及水文圖集等各種資料。利用水文測(cè)站進(jìn)行泥沙平衡計(jì)算存在的最主要的問(wèn)題是，由于定位觀測(cè)有時(shí)間和空間的局限性，往往不能滿足要求。因此必須通過(guò)其它途徑來(lái)收集水文資料，補(bǔ)充定位觀測(cè)值不足，使資料更加充分，滿足泥沙及徑流計(jì)算的要求。

3、放射性核示蹤法

環(huán)境放射性核（原子塵）在流域泥沙的侵蝕、輸移與沉積的定量研究中的使用可以追溯到十八世紀(jì)六十年代。早期的研究主要是針對(duì)核武器爆炸殘留物在土壤中的移動(dòng)對(duì)人類(lèi)健康的影響。后來(lái)人們意識(shí)到該類(lèi)物質(zhì)與土壤結(jié)合的性質(zhì)可以非常理想的用于泥沙平衡計(jì)算中。早在1970年就有人利用137Cs對(duì)農(nóng)用地的土壤侵蝕及侵蝕泥沙在湖泊、水庫(kù)、濕地中的沉積率進(jìn)行了成功地估算。從那以后，137Cs被世界上許多地方用于泥沙平衡計(jì)算方面的研究，并且這種方法還被擴(kuò)展為應(yīng)用如beryllium-7(7Be)、lead-210(210Pb)、10Be、26Al等放射性核元素。在大多數(shù)環(huán)境條件下，這類(lèi)元素可以快速穩(wěn)固地與土壤結(jié)合并隨土壤的移動(dòng)而移動(dòng)。以137Cs為例，137Cs是20世紀(jì)五六十年代大氣核試驗(yàn)產(chǎn)生的，系全球分布的一種人工放射性同位素，137Cs塵埃隨降水降落到地表后，被表層土壤的膠體顆粒牢牢吸附，其半衰期約30年。137Cs在地表中自身化學(xué)遷移能力極弱，主要是在土壤顆粒的物理運(yùn)動(dòng)中而發(fā)生再分布，由此137Cs是一種研究地表土壤侵蝕、泥沙輸移和沉積的極好的示蹤元素。

4、特制試驗(yàn)設(shè)備研究方法

在進(jìn)行泥沙研究的過(guò)程中通常需要一定的實(shí)驗(yàn)及觀測(cè)設(shè)備進(jìn)行泥沙采樣觀測(cè)等的研究工作。一個(gè)好的泥沙觀測(cè)采樣儀器必須使水流受到干擾最小，避免由于含沙量的短期波動(dòng)而產(chǎn)生誤差，而且給予能和流速測(cè)定等相關(guān)聯(lián)的結(jié)果。利用一般的觀測(cè)設(shè)備進(jìn)行泥沙問(wèn)題的觀測(cè)工作和進(jìn)行泥沙平衡計(jì)算已經(jīng)有很長(zhǎng)的歷史了，但也有人研制并應(yīng)用特別的儀器設(shè)備用于泥沙平衡計(jì)算的研究工作。傳統(tǒng)的泥沙實(shí)驗(yàn)觀測(cè)設(shè)備如19世紀(jì)用于河流泥沙測(cè)驗(yàn)的取樣器是最簡(jiǎn)單的取樣器。其后許多研究人員各自發(fā)明了許多新的設(shè)備。早先的懸移質(zhì)泥沙觀測(cè)是利用開(kāi)口瓶或復(fù)雜抓斗采樣器進(jìn)行的。我國(guó)目前使用較多的有橫式采樣器與瓶式采樣器。到目前為止還沒(méi)有非常滿意的推移質(zhì)泥沙采樣器。我國(guó)使用較多的推移質(zhì)采樣器主要有壓差式采樣器以及各地結(jié)合當(dāng)?shù)貤l件研制的各種網(wǎng)式采樣器。

5、“3S”技術(shù)研究方法

伴隨著“3S”（GIS、GPS、RS）技術(shù)的不斷發(fā)展與成熟，將“3S”技術(shù)應(yīng)用到泥沙研究中已經(jīng)成為可能。目前國(guó)外應(yīng)用“3S”技術(shù)進(jìn)行泥沙平衡計(jì)算的研究較多，國(guó)內(nèi)也有一定的研究。在將“3S”技術(shù)應(yīng)用到泥沙平衡計(jì)算研究中時(shí)，很多情況下是將RS作為研究資料的來(lái)源，GIS作為資料的處理分析工具，GPS作為研究資料的來(lái)源及研究結(jié)果的局部取樣校驗(yàn)工具。

“3S”技術(shù)在泥沙平衡計(jì)算研究中的應(yīng)用首先在一定程度上打破了泥沙研究的尺度限制問(wèn)題，并使泥沙問(wèn)題的研究具有了更為清晰的空間位置的意義，同時(shí)，“3S”技術(shù)也大大地提高了泥沙平衡計(jì)算研究的效率并在一定程度上克服了泥沙研究的時(shí)間限制問(wèn)題。當(dāng)然，在泥沙研究的實(shí)際應(yīng)用中，“3S”技術(shù)也存在著一些需要進(jìn)一步解決的問(wèn)題。如遙感圖片的應(yīng)用雖然提高了工作效率，但數(shù)據(jù)精度卻比傳統(tǒng)的測(cè)量結(jié)果低。通用的GIS軟件在解決專業(yè)問(wèn)題時(shí)，如泥沙平衡計(jì)算問(wèn)題時(shí)在功能上還存在一定的不足等。

以上我們介紹了國(guó)內(nèi)外幾種泥沙輸移平衡計(jì)算研究的主要方法，但是隨著研究手段的不斷豐富以及人們對(duì)泥沙問(wèn)題認(rèn)識(shí)的不斷深入，各國(guó)泥沙研究者們?cè)絹?lái)越深刻地認(rèn)識(shí)到，根據(jù)研究區(qū)實(shí)際情況，適當(dāng)?shù)貙⒏鞣N研究方法綜合應(yīng)用，可以更為準(zhǔn)確方便地進(jìn)行泥沙平衡計(jì)算的研究。各種研究方法的綜合使用可以是兩種或兩種以上研究方法的綜合使用。究竟采用什么樣的方法才能最有效地解決泥沙輸移平衡研究的問(wèn)題，還要根據(jù)具體研究的目的和條件而定。