泥沙平衡計算方法研究

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

本文總結(jié)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(qū)法、觀測站資料法、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，以及在應(yīng)用中應(yīng)注意的主要問題。

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?shù)姆椒ㄟM行研究，進而對這些過程有所了解。

1、試驗小區(qū)研究方法

通過建立試驗小區(qū)觀測泥沙侵蝕與輸移的情況，總結(jié)泥沙侵蝕與輸移的規(guī)律，是泥沙平衡計算常用的一種方法。試驗小區(qū)多選擇在泥沙侵蝕與輸移的典型區(qū)域，進行定點人工觀測或進行室內(nèi)外模擬試驗。以試驗小區(qū)進行泥沙平衡計算研究是泥沙研究的傳統(tǒng)方法，如今仍然被廣泛應(yīng)用，試驗小區(qū)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(qū)的選擇、小區(qū)建設(shè)的標準等。室內(nèi)外模擬試驗最大的優(yōu)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(tài)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(guān)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?qū)Φ湫徒涤暧^測資料較全的地區(qū)，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(wǎng)的定位觀測工作，是觀察水文現(xiàn)象、提供水文資料的主要途徑。水文測站的主要任務(wù)是按照統(tǒng)一標準對指定地點或斷面的水位、流量、降雨、蒸發(fā)、水溫、地下水位及泥沙等項目進行觀測及資料整編。根據(jù)水文測驗資料，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)、水資源開發(fā)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(diào)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(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(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算中。早在1970年就有人利用137Cs對農(nóng)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(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，這類元素可以快速穩(wěn)固地與土壤結(jié)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(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在地表中自身化學遷移能力極弱，主要是在土壤顆粒的物理運動中而發(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、特制試驗設(shè)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(shè)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(chǎn)生誤差，而且給予能和流速測定等相關(guān)聯(lián)的結(jié)果。利用一般的觀測設(shè)備進行泥沙問題的觀測工作和進行泥沙平衡計算已經(jīng)有很長的歷史了，但也有人研制并應(yīng)用特別的儀器設(shè)備用于泥沙平衡計算的研究工作。傳統(tǒng)的泥沙實驗觀測設(shè)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(fā)明了許多新的設(shè)備。早先的懸移質(zhì)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(zhì)泥沙采樣器。我國使用較多的推移質(zhì)采樣器主要有壓差式采樣器以及各地結(jié)合當?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。目前國外應(yīng)用“3S”技術(shù)進行泥沙平衡計算的研究較多，國內(nèi)也有一定的研究。在將“3S”技術(shù)應(yīng)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(jié)果的局部取樣校驗工具。

“3S”技術(shù)在泥沙平衡計算研究中的應(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(shù)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(yīng)用中，“3S”技術(shù)也存在著一些需要進一步解決的問題。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)的測量結(jié)果低。通用的GIS軟件在解決專業(yè)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(nèi)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(jù)研究區(qū)實際情況，適當?shù)貙⒏鞣N研究方法綜合應(yīng)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(jù)具體研究的目的和條件而定。