中國和美國的推移質泥沙采樣器野外比測試驗簡介：中國和美國已研制出多種推移質采樣器,用以在變化范圍很大的水流、泥沙條件下采樣。由于采樣器的設計原理不同和缺乏現場比測資料,這些采樣器采樣結果的可比性不明確。本文給出了五種采樣器的輸沙率及其它性能的現場比測結果。這五種采樣器包括美國地質調查局設計的剛性框架的赫爾斯密斯采樣器(以下稱HS-1型)和它的加大型(以下稱HS-1a型)、沱特爾河TR-2型采樣器以及中國長江水利委員會(長江委)研制的Y78-1型剛性框架采樣器和Y80-2型軟底網式采樣器。關鍵字：推移質采樣器試驗1參加比測的推移質采樣器1.1Y78-1型沙推移質采樣器Y78-1型采樣器是中國長江委研制的壓差式推移質采樣器[6,4],用來對流速2.5m/s條件下的沙推移質進行采樣。在采樣器口門下面有一護板,以防止口門附近的河床被淘刷。采樣器由一個帶有垂直尾翼的、用鉛塊加重的框架加以懸置。1.2Y80-2型軟底網式推移質采樣器Y80-2型軟底網式推移質采樣器[4]是中國長江委研制的,用以對流速小于4.0m/s條件下的礫卵石推移質進行采樣。它具有鏈網式的軟底、篩網孔徑為5mm,軟底上鋪設一層網眼孔徑為1mm的尼龍布,整個設計可使采樣器底緊貼河床。1.3HS型壓差式推移質采樣器HS-1型壓差式推移質采樣器[3],系美國地質調查局研制,用以對粗沙和中等粒度的礫石推移質進行采樣。它具有剛性框架和尼龍網眼布制成的樣品收集袋。HS-1a型采樣器由HS-1型采樣器等比加大1倍而成[1]。兩種采樣器水槽試驗測定的采樣效率均大于100%,但適用的級配和輸沙率則有所不同。HS-1型采樣器經室外試驗測定的采樣效率在90～100%之間[2]。1.4TR-2型壓差式推移質采樣器TR-2型壓差式推移質采樣器是美國地質調查局1986年在拉斯維拉斯火山觀測所研制,用以對高能水流中富含泥沙的礫石粒度的推移質進行采樣,它具有剛性框架、尼龍網布制成的樣品收集袋和大的尾翼。TR-2采樣器的口門段同HS-1a[5],后者經水槽試驗測定其采樣效率,效率隨粒配和輸沙率不同而有所不同;但對礫石粒度而言,其采樣效率接近100%。本研究中的五種推移質采樣器的特性見表1。表1五種推移質采樣器的特性表Characteristicsofbedloadsamplerstestedintheprogram孟

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開寬度啦高度喘(蹈%)刃水力效率徹采樣效率笨(本kg)臉(盲kg)崖(膛mm)請HS-1嬸76.2設76.2蒜322必154戒變動毯27黎10尺1-16殃HS疼-1a研152.4墊152.4啞322肅154岡變動喘100白20億1-32吵TR-2棉304.8蛋152.4峰140嚴140責變動據300安50延1-64土Y78-1校100童100剖140委105辮61.4扔100雪16終<2.0殼Y80-2弟300烘300煩-栗92周53貪200來50襖5昌～姜122現場采樣技術和方法2.1中國的比測Y78-1型和HS-1型采樣器的野外比測試驗在漢江丹江口水庫下游約100km的襄陽水文站進行。在測量船兩側各安裝兩臺絞車,其中一臺絞車懸吊流速儀,其余三臺懸吊推移質采樣器。比測的兩個采樣器首先分別懸吊在三臺絞車的第1、2兩臺上同時連續采取5個推移質泥沙樣品。然后將采樣器懸吊在第2、3兩臺絞車上,再同時連續采取5個樣品,再懸吊在第3、1臺絞車上,同時連續取5個樣品。以上每個采樣器的15個樣品為一組,總共取得45組比測資料。Y80-2型與TR-2及HS-1a型采樣器的野外比測在長江的寸灘和奉節兩個水文測站進行。在測船兩側各安裝一臺絞車分別懸吊比測的兩個采樣器,在各自連續測取15個樣品后交換儀器的位置再測取15個樣品,每個采樣器30個樣品,為一組。Y80-2與TR-2型采樣器比測取得33組,Y80-2與HS-1a型采樣器比測取得20組資料。當水深小于10m時,兩采樣器同步采樣,水深大于10m時交替采樣,以防止懸吊繩在水下交叉。試驗水深最大15m,流速最大為3.85m/s,推移質粒徑為1～150mm。試驗時未使用拉偏繩。2.2美國的比測Y78-1型和HS-1型采樣器的野外比測在距華盛頓州圣海倫火山約90km的沱沱河和93km的考里茲河進行。試驗用兩臺安裝在汽車上的起重機從橋上進行。每次都使用拉偏繩來穩定采樣器。兩臺采樣器在河床同一地點上交替采樣,獲得數據。共進行9次野外試驗,每次3～6小時,收集40～60個樣品。HS-1型的承樣袋網孔尺寸前7次為1mm,后2次為0.25mm。試驗水深為0.7～1.5m,垂線平均流速0.95～2.17m/s,床沙由細沙到中等礫度的礫石組成。在上兩試驗點的試驗過程中,通常河床上存在著發育完好的運動沙丘。Y78-2、TR-2、HS-1a型采樣器的比測試驗未在美國進行。嘉3榨沸比測資料分析抄3.1Y7獸8-冬1涂型若和平HS-鵲1華型采樣器達在中國收心集到的數據資建料縫,巡分析僅限于大丑于掉HS-歲1快采樣器承沙袋旦網孔徑郵0.25mm知的泥沙。唇在街4帶5每個數據組柳中保,擁兩采樣器的采挖樣同比最(Y78-和1圍測得的輸沙率山除守HS-舊1教測得的輸沙個率糖)糾在云0.悶4烘～桌2.梳8名之乓間矮,顏其編中桂80糞%查的比測組巴在弦0.俯5梁～款2.峽2噴之疑間獻,散平均帶為癢1.宿2頓。兩個采樣器末測得的粒徑組丘成相云同灑,毫其刑中渾0.2妨5悲～運0蠶.50mm抄的清HS-財1姑測得的羊占殼76%,Y7慮8-首1考測得的窩占左79畝%立。辦在美國收挽集到的數據資淘料忠,等分析包括全部待粒徑級。進在番9寶個數據組這中笨,我兩采樣器的采蹦樣比紹為櫻2.優3嶼～季6.椅3旁之掠間骨,瞎平均值奔為悄3.0紐(然表包2繳)馬。士HS-蒙1萌型測得的中等牛粒徑葛為歌0.3引4董～曠1遭.40mm襲,膚而畜Y78-單1幫測得的岡為生0.2筒7房～細0誼.66mm甲。大于昨1.0mm傅的采樣比策為慌5.香6賭。期表糠2HS-規1某型濤和歸Y78-笑1場型采樣器的平欺均采樣比濫Means脂amplin跳grati頁osbet認weent雪heSH-乓1and揮Y-78-1白sampl欣ers勁粒徑蔽級貝(屢mm)袋<0.25丟0.25嫌0管～敏0.500憲0.500

膛1.00蝶1.0煙0飛～肅2.00儀2.0然0稀～哄4.00喚4.0得0泄～查8.00晃8.0巖0銹～恭16.00燥16.0坑0乖～導32.00責32.0粉0蘋～輩64.00潛全部平均鍛采樣親比屑η浴1.06勸1.86華3.64神7.91戰7.41掩6.32賴4.29胳3.01蠢1.79逢3.02國注皇：杯η駐=HS-鞏1邪型濫與駝Y78-怪1捐型采樣器的采榨樣比靈3.2Y8泉0-者2醬型份、峰HS銜-1a蟲型奏和今TR-碼2糊型采樣器疏在中國測館取的資漂料稈,剛三種采樣器最考小粒徑都為兵1.0mm溫,息組平均輸沙率蛾在折0.1墊7漿～嶄806kg/俗s·宏m會之間。分粒徑亮組的平均采樣嘉比列于降表爬3曉。明表覽3菜獵各對采樣器分敏粒級平均采樣特比舉Sampli雅ngrat減iosby去sedim香entsi且zecla卵ssbet調weenp弦airso沃fsamp父lers矛

館粒級恒

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揉TR2/Y8疑0-2秀2.99襪3.01部2.22孕2.35閑3.00饒2.06爆2.15待1.81煎2.17掛HS君-1a增/Y80-2綁4.15徒7.58將4.22會4.17叫5.85弟4.07閘3.75享2.18悅4.354討論柔4.1Y7普8-漠1范型守和機HS-橋1潛型采樣器戰撞用存Y78-溪1奧型的采樣率狀除涌HS-哨1賢型的采樣率得卷到的采樣比在租兩個國家的試英驗結果不迷同款,臣部分原因可能遺是美國的采樣縮器的采樣效率董的可變性所致扶。這些采樣效弦率似乎隨流速胡、輸沙率和粒旗徑級配不同而戚變化。在美國裝試驗過程中的充流速平均約為唯在中國的兩插倍謀,栽在中國測取的泰推移質主要由震細沙組剪成仁,頃而在美國主要愈由粗沙和細粒閣礫石組成。設在美杰國紀,HS-升1勝型測取的泥視沙杜,瞧在所有粒級中攏都害比士Y78-是1浩型測的多。對巴粒徑小于致2.0mm速的部磁分羊,庭采樣比隨粒徑井減小而降撥低協,銹大于競2.0mm扁部侮分向,姨也隨粒徑的增恢大而降低。這遣可能奔是姨HS-憑1之型對小粒徑通戚過承沙袋網眼舌流失的較解多魄;睜而對大粒厭徑漠,HS-斜1很較高的水力效牽率忽(154%溝)李的影響相對減雙小的緣故首。莊Y78-屠1殃型的水力效率寇為萍105%辛,腿并且有防護香板匆,毅可以大幅度地技減少口門附近陡的河床沖刷。權這些特點累使番得掃Y78-飽1頸型能夠舅比吉HS-老1堪型較為準確采通樣遞,岔然犁而氧,Y78-開1即的防護板也可蓋能抬高采樣器狡的進唯口笛,掀使大顆粒泥沙足更難進入采樣爽器。害4.2Y8悼0-淹2盜型煌、嘴HS效-1a罩型老、收TR-揀2希型采樣器額欄證Y80-旨2林型春、安HS驢-1a勵型混、回TR-澇2嘆型采樣器的兩押組野外比測結掛果表粉明寶,殿采樣比通常隨姨粒徑增大而減落小滾,牙這說繁明鋪HS味-1a夏、慧TR-三2帳型的較高水力猜效率對較大顆酷粒的影響可能份減小了。此躬外蕉,Y80-長2予型拖與睜HS予-1a演型的采樣比大點于毒Y80-劍2鞭型婆與擁TR-院2驕型的采樣掠比險,塞也很可能巖是效HS結-1a阻型的水力效率乞高姿于透TR-跟2夜型采樣器的緣侄故。5結論想推移質輸偏沙率的準確計徐算需要推移質通采樣器采樣效沉率的合理估計偉。由于各種采念樣器的采樣效萌率不洲同星,寸使之測得的輸熊沙率也有很大潛的非偶然性的僵差別。采樣效債率可能是許多掏參數的函層數多,指這些參數包括虹流速、推移質漂顆粒級配和輸國沙率。吵野外試驗溉結果表俱明籌,Y78-亦1烏型皇和惹HS-琴1剪型可以相互彌進補。建掀議掃Y78-晨1密型用于粒徑小壟于步2mm要的沙質河床中北采裙樣祖,書而煉HS-狡1閉型則用來在粒秀徑約脈為程1蜜～牲16m旨m夕的粗沙河床中顛采樣。譯歸柏Y80-綱2自型采樣器看來夠能在礫石卵石終河床中很好地黑工沈作望,也其可塑變的軟鑒底可使采樣器其較好地與河床月伏桶貼雞,登所采取的推移鞭質粒徑范圍是怖從底網孔徑到畏卵石粒度。駛和惑HS啦-1a禮型相照比忠,TR-授2狂型在湍流和高殃速流動的水流摩情況下較為穩科定。質在試驗過全程中觀察到一廳些與采樣器設兔計有關的缺點坦。錄Y78-蹦1雨型口門下面的秒護板可能使采勝樣器在河床有副礫石的地點不薪能很好伏貼河慢床曬。棵HS-舉1鑰型頌和濤HS珠-1a盡型的高水力效踩率可能造成沙富質河床的水力請淘刷、導致采繡樣偏多屠。杠TR-顏2快型的剛性器底溉可能使它不能響與卵石占優勢漸的河床很好伏涂貼惑,肯導致采樣偏少役。葬Y80-漠2話敞口頂端可能柴使較小礫石在罪采樣器向水面穗高速提升勇時宇,造從采樣器中沖遣出鳳來答,萍導致采樣偏少醬。宿這些觀察哈結果對下列想辰法提供了理論沸依輝據撐:環推移質采樣器敞必須按照它們晌的使用條件來到設計。使用拉增偏繩來穩定采婦樣社器桐,臉可減少采樣器哭在采樣過程中磚對河床的挖慮取移,燙從而減小誤差爬。贈參聰廁考贈兇文推隙獻息[1]Dr誰uffel,器L.,Emm測ett,W.航W.,Sch掏neider暫,V.R.,糕andSk逆inner,畏J.V.,驗1976,L晝aborat觸oryhy伏drauli惕ccali搜bratio畜nthe己Helley認-Smith漫bedl木oadsa巨mpler熔:U.S.碧Geolo牌gical恭Survey陶Open-座FileR沃eport型76-752稍,63P.贏[2]Em隙mett,W勁.W.,19嘉80,AF林ieldc訴alibra盲tiono茫fthe傅sedime診nttra摘pping歡charac商terist陜icsof尿theH膚elley-繩Smith勺BedLo法adSam籃pler:夫U.S.桑Geolog紋icalS聚urvey墓profes握sional宿paper浮1139,絲44P.佳[3]He勸lley,E苦.J.an遙dSmit但h,Winc矩hell,斃1971,D越evelop牽menta猶ndcal都ibrati督onof響apres封sure-d鵲iffere惠ncebe吳dload阻sampl間er:U疊.S.Ge沿ologic含alSur精veyOp悶en-Fil題e,18P.斗[4]襯科黃光華，高煥扣錦，王玉成。子長江推移質器蝦測法研究。第尚二次河流泥沙清國際學術討論削會文菠集甘P100著8牽～錢101鞋6項南京柄：禿198被