泥沙平衡計算方法研究

孫杰明 遼寧省沈陽市東陵區沈撫污水灌區管理所 110015

泥沙平衡計算方法研究

孫杰明 遼寧省沈陽市東陵區沈撫污水灌區管理所 110015

本文總結出在進行泥沙輸移、泥沙平衡計算中可以使用的主要方法，試驗小區法、觀測站資料法、示蹤法、特制設備法、“3S”技術法，并指出幾種研究方法的優缺點，以及在應用中應注意的主要問題。

泥沙輸移；泥沙平衡；研究方法

泥沙產生的危害是多種多樣和廣泛的。泥沙產生危害的形式取決于泥沙的數量和特性，而泥沙的數量和特性則受到侵蝕、輸移和沉積過程的影響。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源，并提出可行的控制措施，就需要針對不同情況，選擇恰當的方法進行研究，進而對這些過程有所了解。

1、試驗小區研究方法

通過建立試驗小區觀測泥沙侵蝕與輸移的情況，總結泥沙侵蝕與輸移的規律，是泥沙平衡計算常用的一種方法。試驗小區多選擇在泥沙侵蝕與輸移的典型區域，進行定點人工觀測或進行室內外模擬試驗。以試驗小區進行泥沙平衡計算研究是泥沙研究的傳統方法，如今仍然被廣泛應用，試驗小區積累的長期試驗觀測資料對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，如典型區的選擇、小區建設的標準等。室內外模擬試驗最大的優點在于其受自然因素限制較少，大大地縮短泥沙研究的時間，但模擬自然狀態的程度等問題一直是模擬實驗研究泥沙問題難以很好解決的關鍵問題。

2、觀測站資料研究方法

在水文測站(水文站、流量站、雨量站等)分布較多，觀測系列較長或對典型降雨觀測資料較全的地區，利用觀測站觀測資料進行泥沙平衡計算也是一種方便快捷的泥沙平衡計算方法。水文站網的定位觀測工作，是觀察水文現象、提供水文資料的主要途徑。水文測站的主要任務是按照統一標準對指定地點或斷面的水位、流量、降雨、蒸發、水溫、地下水位及泥沙等項目進行觀測及資料整編。根據水文測驗資料，可以掌握水文要素的變化規律，為防洪抗旱、生態建設、水資源開發利用及泥沙平衡計算等提供研究情報。

水文泥沙資料的來源有水文調查、水文年鑒、水文手冊及水文圖集等各種資料。利用水文測站進行泥沙平衡計算存在的最主要的問題是，由于定位觀測有時間和空間的局限性，往往不能滿足要求。因此必須通過其它途徑來收集水文資料，補充定位觀測值不足，使資料更加充分，滿足泥沙及徑流計算的要求。

3、放射性核示蹤法

環境放射性核（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六十年代。早期的研究主要是針對核武器爆炸殘留物在土壤中的移動對人類健康的影響。后來人們意識到該類物質與土壤結合的性質可以非常理想的用于泥沙平衡計算中。早在1970年就有人利用137Cs對農用地的土壤侵蝕及侵蝕泥沙在湖泊、水庫、濕地中的沉積率進行了成功地估算。從那以后，137Cs被世界上許多地方用于泥沙平衡計算方面的研究，并且這種方法還被擴展為應用如beryllium-7(7Be)、lead-210(210Pb)、10Be、26Al等放射性核元素。在大多數環境條件下，這類元素可以快速穩固地與土壤結合并隨土壤的移動而移動。以137Cs為例，137Cs是20世紀五六十年代大氣核試驗產生的，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在地表中自身化學遷移能力極弱，主要是在土壤顆粒的物理運動中而發生再分布，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、特制試驗設備研究方法

在進行泥沙研究的過程中通常需要一定的實驗及觀測設備進行泥沙采樣觀測等的研究工作。一個好的泥沙觀測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而產生誤差，而且給予能和流速測定等相關聯的結果。利用一般的觀測設備進行泥沙問題的觀測工作和進行泥沙平衡計算已經有很長的歷史了，但也有人研制并應用特別的儀器設備用于泥沙平衡計算的研究工作。傳統的泥沙實驗觀測設備如19世紀用于河流泥沙測驗的取樣器是最簡單的取樣器。其后許多研究人員各自發明了許多新的設備。早先的懸移質泥沙觀測是利用開口瓶或復雜抓斗采樣器進行的。我國目前使用較多的有橫式采樣器與瓶式采樣器。到目前為止還沒有非常滿意的推移質泥沙采樣器。我國使用較多的推移質采樣器主要有壓差式采樣器以及各地結合當地條件研制的各種網式采樣器。

5、“3S”技術研究方法

伴隨著“3S”（GIS、GPS、RS）技術的不斷發展與成熟，將“3S”技術應用到泥沙研究中已經成為可能。目前國外應用“3S”技術進行泥沙平衡計算的研究較多，國內也有一定的研究。在將“3S”技術應用到泥沙平衡計算研究中時，很多情況下是將RS作為研究資料的來源，GIS作為資料的處理分析工具，GPS作為研究資料的來源及研究結果的局部取樣校驗工具。

“3S”技術在泥沙平衡計算研究中的應用首先在一定程度上打破了泥沙研究的尺度限制問題，并使泥沙問題的研究具有了更為清晰的空間位置的意義，同時，“3S”技術也大大地提高了泥沙平衡計算研究的效率并在一定程度上克服了泥沙研究的時間限制問題。當然，在泥沙研究的實際應用中，“3S”技術也存在著一些需要進一步解決的問題。如遙感圖片的應用雖然提高了工作效率，但數據精度卻比傳統的測量結果低。通用的GIS軟件在解決專業問題時，如泥沙平衡計算問題時在功能上還存在一定的不足等。

以上我們介紹了國內外幾種泥沙輸移平衡計算研究的主要方法，但是隨著研究手段的不斷豐富以及人們對泥沙問題認識的不斷深入，各國泥沙研究者們越來越深刻地認識到，根據研究區實際情況，適當地將各種研究方法綜合應用，可以更為準確方便地進行泥沙平衡計算的研究。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題，還要根據具體研究的目的和條件而定。