- 河床组成勘测调查技术与实践
- 段光磊 王维国 周儒夫 彭玉明等编著
- 2193字
- 2021-04-30 17:47:48
1.3 勘测调查方法与手段
河床组成勘测调查与水道地形测量、固定断面测量(含床沙取样分析)、水流条件观测、悬移质泥沙测验、洲滩汊道观测、险工护岸监测、崩岸监测巡查、采砂巡察等河道基本观测任务一样,是河道原型观测工作的重要组成部分之一,主要为弥补河道基本观测沿时空分布上所测资料不足。在自然条件或人类活动影响下,在河势发生较大变化时或在潜在变化发生之前,及时开展河床组成勘测调查或采取必要的勘测调查措施,是为河床演变分析搜集类比资料所采取的必要补充手段。河床组成勘测调查的核心工作内容包括野外调查、勘测取样、床沙测验、现场测定、实验室样品分析、计算及成果调制等。
河床组成调查的手段主要有收集资料、询访调查、拍照取证、勘测取样等。对干流及沿程各分汇流河道口门各1~3km,调查了解河床边界物质组成分布,描述沿程基岩、洲滩,并尽可能地给出其面积及占河段长度比例的定量估计。调查了解水文站的泥沙来源、组成变化,估算上游及区间支流卵砾石推移质来量比例及变化。借鉴考古手段,调查了解河道历史变迁。
河床组成勘测方面,勘测取样(含剖面探测)、颗粒级配分析、容重测验分析、泥沙岩性鉴定均有一套比较成熟和完善的方法。在勘测取样的布置上,主要有试坑法和面上取样的面块法、断面法、网格法,网格法又可分为定网格法、线格法、步格法。在勘测取样方法上,陆上多采用人工试坑和钻探方法,水下多采用器测法、照相法、断面法、混合法进行床沙测验,有时也采用水下钻探、浅层剖面仪探测等方法。推移质测验方法主要有器测法、坑测法、沙波法。砂、卵石颗粒级配测定多采用尺量法、筛分析法、粒径计法等方法,粉沙等细颗粒级配测定有吸管法、消光法、离心沉降法、激光粒度仪法等方法。干容重按测验方法概括起来可分为坑测法、器测法、现场直接测定法三类,样品采集可采用水下底质取样与洲滩坑测相结合,然后于室内分析处理。泥沙岩性鉴定可采用肉眼法、室内磨片法,炭化木、古钱币、陶片等特殊样的断代分析,还可获取古河床的相关信息。C14鉴定、岩矿分析鉴定主要在现场实施,不易辨别时,则以锤击破石或化学试剂判别之,少数难辨卵石样品则送地质科研院所切片定论。通过岩性的定量关系,解线性方程组,可以初步估算干支流的推移量占比。
以下主要介绍河床组成勘测的取样及级配分析的几种常用方法。
1.3.1 地质钻探
在洲滩、弯道两岸,干支流分汇流出入口,重点汊道等位置布设钻孔。钻孔深度一般钻至河床深泓线以下1~3m(对山区河流而言),或钻至卵石层顶板(对中下游沙质河床而言)。按规定分层采取土样,进行颗粒分析和必要的物理实验,绘制粒径级配曲线图、柱状剖面图、孔位平面图及钻孔位置、高程等成果表。
1.3.2 坑测
1.分层取样
(1)面层。采用撒粉法或染色法确定表层样品,并逐一揭起沾有粉色的卵砾、砂、泥样品,作一单元层。
(2)次表层。挖取表层以下最大颗粒中径厚度的泥沙作为第二单元层,一般厚度为0.2m左右。
(3)深层。次表层以下为深层,可视竖向组成变化,有明显分层时,按实际分层厚度取样分析;没有明显分层时,按0.2~0.5m,0.5~1.0m,1.0~1.5m,1.0~2.0m等不同厚度分层,作多个单元层。浅坑取样深度为0.5m,标准坑取样深度为1.0m,特深坑取样深度为2.0m。
2.散点法取样
一般采用坑测法的表层、次表层的取样分析法。在断面垂线取样时,在代表性部位挖取一个小坑,取出小坑内全部床沙样进行颗分,其数量视样品级配宽度范围定,一般采集样品30~100kg。
3.样品分析与收集
按分层取样分析:沙土层取颗粒分析样于室内分析,砂卵石样在现场进行筛分析,并求出岩性和各粒径百分比。保留具代表性的部分样品。
1.3.3 横断面床沙取样
选取具有代表性河段,布设固定断面进行河床质采样,分析近岸底质及沿程泥沙颗粒级配组成情况。
1.3.4 颗粒级配分析
泥沙颗粒级配分析即测定泥沙样品的沙粒粒径和各粒径组的沙重占样品总沙重的百分数,并绘制粒径级配曲线的过程。方法包括直接测量法(尺量法、容积法、筛析法)、沉降法(清水沉降法、混匀沉降法、离心沉降法)、消光法、激光法(激光粒度仪)几类,除现场直接测定外,室内分析需先进行试样保存、沙样分离、分样、有机质处理、物理分散处理、反絮凝处理、分析用水准备等试样制备工作。级配分析的主要原理及方法如下:
(1)尺量法。对样品中大的卵石颗粒,直接用尺量算依大小排列各组的平均粒径及其质量的方法。
(2)称重法。对样品粒径大的泥沙颗粒,依大小排列称其最大颗粒及各组的颗粒质量,按等容粒径确定颗粒粒径的方法。
(3)筛分析法。用一组具有各种孔径的筛进行泥沙颗粒分析的方法。
(4)粒径计法。使泥沙在粒径计管内清水中静水沉降,利用不同粒径沉速不同的原理,分别测定不同时刻接沙杯中泥沙质量占水样总干沙质量百分数,来推求泥沙颗粒级配的方法。
(5)吸管法。使沙样作混匀连续沉降,连续测定某一深度处固定容积悬液内干沙质量的变化,来推求泥沙颗粒级配的方法。
(6)消光法。利用泥沙颗粒对光的吸收、散射等消光作用,连续测定泥沙浑液沉降过程中不同时间的光密度,计算浑液的含沙密度,来推求泥沙颗粒级配的方法。
(7)比重计法(密度计法)。沙样混匀连续在静水沉降过程中,用比重计测定其不同时刻的浑液密度变化,来推求泥沙颗粒级配的方法。
(8)离心沉降法。利用泥沙颗粒在离心场中沉降所受作用力的原理,结合消光法测定各时刻光密度变化曲线,来推求泥沙颗粒的相对含量及颗粒级配的方法。
(9)激光法。利用激光散射测量颗粒级配的方法。