淺析荊江河段床沙的分析方法及基本特性

張太瓊 吳立健 王得力

【摘 要】本文是作者結合自己多年的工作實踐，主要對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50毫米以上，且具有不同的泥沙特性。本文通過對床沙特性和顆分方法的探討，明確了在生產過程中對不同沙型應使用不同的分析方法，并對床沙月年資料的整編提出了建議。

【關鍵詞】床沙 顆粒級配 分析方法 泥沙特性 資料整編

1 前言

床沙測驗的目的是確定河床組成物的粒徑大小、級配、密度等。它是研究泥沙運動規律、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，尺量法分析應按下列步驟進行：

將全部樣品用64mm孔徑篩進行分離，小于64 mm篩下砂樣的分析處理：

當樣品中粒徑大于16mm的顆粒量占總量90%以上時，在現場再用16mm孔徑篩進行分離。篩上顆粒全部用于分析，篩下顆粒稱其質量后直接參加全樣級配計算。

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

濕沙樣的含水率應按分式 = 計算；篩下顆粒的干沙質量按公式WSL= 計算；篩下顆粒質量與沙樣總質量的比值應按公式C= 計算。

式中：a—濕沙樣的含水率； —篩下分樣的濕沙質量； —篩下分樣的干沙質量；

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

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，再采用自由分組測量。所謂自由分組，不是按規定的粒徑級劃分組距，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卡尺量測其長、中、短三軸并稱其重量，幾何平均粒徑按公式Di = 計算。

式中：a—顆粒長軸方向的長度；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。

當整個樣品卵石數量少于15顆時，應逐顆測量稱重。

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，此方法不僅設備簡單、操作方便，而且測量結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按下列步驟進行：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，逐級手搖過篩。4）當樣品沙量過多時可分幾次過篩，同一組的顆粒合并稱量計算。

（2）對粒徑小于2mm的顆粒按下列步驟進行：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，按規定時間分析。4）當累計總沙量與備樣沙量之差超過2%時應重新備樣分析。

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、重復性好、操作簡便等優點，是分析床沙中粘泥和粉砂的一種補充方法。

當床沙樣品中無2mm以上顆粒且粒徑小于0.062mm的顆粒不足總沙量的10%時，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；當粒徑小于0.062 mm的顆粒超過樣品總量的10%時，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，河段上起枝城鎮下至洞庭湖口的城陵磯鎮，全長377km。由于受長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利站，該河段為中粗沙質河床，床沙顆粒分布較均勻，僅監利站汛期左岸有淤積現象，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沙，有少量粉粘顆粒，級配分布較均勻，分析方法以篩析法為主；藕池（康三）和藕池管站為粘土河床，由于上游來沙經過斷面時無法附著，故每次取樣床沙多為粘泥或粘泥夾沙，篩激結合和激光法是主要分析方法。

4 對床沙月年資料整編的建議

根據《河流推移質泥沙及床沙測驗規程》中床沙資料整編的規定和我局科研生產、特別是三峽大壩蓄水后清水下泄對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容是非常必要的。

（1）根據《河流推移質泥沙及床沙測驗規程》中床沙資料整編的規定，沙質床沙的一類站（枝城站、沙市站、監利站）資料整編內容應包含月年平均顆粒級配、月年平均粒徑、月年平均級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站（未斷流的測站應保證每月至少取一次床沙），以該次顆粒級配代表該月的平均顆粒級配；一月有2次及以上床沙資料時，按各次床沙顆粒級配代表的時距（以日為單位）加權計算即可得該月平均顆粒級配。（3）年平均顆粒級配以月為權值計算即可，月年平均粒徑計算與斷面平均粒徑計算方法相同。

參考文獻：

[1]錢寧.泥沙手冊[K].中國環境科學出版社，1992年.

[2]SL42-92，水利部黃河水利委員會水文局主編.河流泥沙顆粒分析規程[S].北京：水利電力出版社，1993年.

[3]SL42-92，水利部黃河水利委員會水文局主編.河流推移質泥沙及床沙測驗規程[S].北京：水利電力出版社，993年.