山區(qū)河流泥沙磨損率的測(cè)量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于泥沙測(cè)量領(lǐng)域，具體涉及山區(qū)河流泥沙磨損率的測(cè)量方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 山區(qū)小流域是泥沙的主要產(chǎn)地，泥沙尺寸往往較大。粒徑較大的泥沙在最初形成 時(shí)，尤其是沉積巖形成的泥沙，往往形狀比較規(guī)則，接近于長(zhǎng)方體或者橫斷面呈現(xiàn)梯形。而 在河流中經(jīng)過一定的距離運(yùn)動(dòng)后，由于泥沙在運(yùn)動(dòng)中與河床磨擦以及含沙水流的磨蝕使其 粒徑大小沿程遞減，其形狀逐漸演變過程如圖1所示：原始形狀一有一定的棱角一橢圓形 卵石。
[0003] 推移質(zhì)泥沙的沿程磨損，影響著推移質(zhì)沿程輸移量的變化，對(duì)于合理制定河道沿 程的治理方案、判定推移質(zhì)淤積量對(duì)水庫(kù)運(yùn)行年限影響具有重要意義。
[0004] 現(xiàn)有測(cè)量泥沙磨損率方法是：在河道的上下游相隔較遠(yuǎn)（幾十至上百千米）選 定測(cè)量點(diǎn)，要求測(cè)量點(diǎn)之間的河段中沒有或者很少有推移質(zhì)補(bǔ)給，河流地貌與水流動(dòng)力條 件相似。為了保證測(cè)量的精度，減小水流的分選作用影響，需要在兩個(gè)測(cè)量點(diǎn)各自測(cè)量 3000-3500顆卵石的長(zhǎng)中短軸、重量和容積。
[0005] 由此可知：現(xiàn)有方法對(duì)河流地貌以及水流條件的要求較高，對(duì)于測(cè)量點(diǎn)的選擇有 一定的限制；需要測(cè)量的顆粒數(shù)量大；由于較大粒徑的泥沙運(yùn)移速度很慢，兩個(gè)測(cè)量點(diǎn)上 的泥沙的形成有較長(zhǎng)時(shí)間間隔，產(chǎn)生原因可能大不一樣，因此，不同時(shí)間產(chǎn)生的泥沙其初始 的粒徑尺寸也有可能差別較大，而現(xiàn)有方法實(shí)際上假定兩個(gè)測(cè)量點(diǎn)的泥沙初始粒徑相同， 這樣會(huì)產(chǎn)生誤差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種山區(qū)河流泥沙磨損率的測(cè)量方法，可解 決現(xiàn)有測(cè)量方法的使用局限及測(cè)量結(jié)果不夠準(zhǔn)確的問題。
[0007] 為解決以上問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下，一種山區(qū)河流泥沙磨損率的測(cè)量 方法，包括如下步驟：
[0008] S1選擇山區(qū)河流的一段河道，此段河道內(nèi)的卵石表面可觀察到原生表面；
[0009] S2確定測(cè)量點(diǎn)在洪水情況下過流的最高位置；
[0010] S3選擇沿河道縱向一定長(zhǎng)度內(nèi)全過水?dāng)嗝鎯?nèi)保留有一定的原生表面的卵石進(jìn)行 測(cè)量，用直角尺測(cè)量出卵石的長(zhǎng)中高三軸的尺寸；
[0011] S4尺子擺放好后，拍下照片，將拍攝的照片導(dǎo)入CAD進(jìn)行后期數(shù)據(jù)處理。
[0012] 作為優(yōu)選：S3所述的卵石測(cè)量數(shù)目為100到200顆。
[0013] 作為優(yōu)選：S3還包括如下步驟：如果軸向上的尺寸變化劇烈，則適當(dāng)增加測(cè)量的 斷面。
[0014] 作為優(yōu)選：還包括以下步驟：S5根據(jù)測(cè)量結(jié)果計(jì)算出直角尺與卵石邊緣圍成的面 積，以及卵石的相應(yīng)橫截面面積；角度尺與卵石邊緣圍成的面積X與其平行軸的軸長(zhǎng)=此 區(qū)域的磨損體積；如果沿某一軸向橫斷面變化劇烈，卵石的原始形狀在同一軸向變化很大， 即沿軸向一端很細(xì)，而另一端很粗，或者中間部分尺寸明顯比兩段大，則根據(jù)前面測(cè)量數(shù)據(jù) 分段計(jì)算；總磨損體積/泥沙初始體積=α;計(jì)算所有卵石的平均磨損率，泥沙磨損率定義 為泥沙被磨損掉的體積與泥沙最初的體積之比，即，式中：α為磨損率，VbS 泥沙初始體積，t為泥沙測(cè)量位置體積。
[0015] 本發(fā)明的有益效果如下：采用本方法可以減少測(cè)量的空間限制，同時(shí)可以減小測(cè) 量的泥沙顆粒數(shù)量，因此能快速測(cè)定山區(qū)小河流內(nèi)的泥沙磨損率，節(jié)省人力、物力及大幅度 減少測(cè)量時(shí)間。后期的處理也較為方便，而且是對(duì)同一對(duì)象進(jìn)行測(cè)量目前形狀尺寸或推測(cè) 其初始尺寸，可提高測(cè)量精確度。
【附圖說明】
[0016] 圖1為卵石磨損示意圖；
[0017] 圖2為測(cè)量工具結(jié)構(gòu)示意圖，其中，1為半圓角度盤，2為螺釘，3為可自由轉(zhuǎn)動(dòng)的兩 把直角尺。
【具體實(shí)施方式】
[0018] 為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下參照附圖并舉實(shí)施例，對(duì) 本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0019] 原理：由于山區(qū)小流域內(nèi)的河流長(zhǎng)度一般在幾十公里的范圍內(nèi)，卵石在此區(qū)域一 般可以保持最初形狀一部分形態(tài)，或者每一面保留有一部分沒有完全磨蝕的原來表面；這 樣可以根據(jù)被保留的表面特征推測(cè)最初的形狀和體積。再將現(xiàn)在的體積與之比較計(jì)算，即 可得到磨損率。
[0020] 測(cè)量工具：兩把通過螺釘連接的可轉(zhuǎn)動(dòng)直角尺，并且其中一把直角尺上固定有半 圓形角度盤（圖2所示），直角尺的長(zhǎng)度L在20~100cm之間，直角尺的兩個(gè)邊均應(yīng)設(shè)有刻 度值。
[0021] 一種山區(qū)小河流泥沙磨損率的測(cè)量方法，包括以下步驟：
[0022] 選擇山區(qū)小河流的一段河道，此段河道內(nèi)的大部分卵石的表面可以觀察到原生表 面；確定測(cè)量點(diǎn)在一般洪水情況下過流的最高位置（在河岸與河床交界處有明顯的界限， 或者是植被類型不一樣，或者是河床是裸露的泥沙，而河岸是有植被的）；選擇沿河道縱向 一定長(zhǎng)度內(nèi)全過水?dāng)嗝鎯?nèi)保留有原生表面的卵石進(jìn)行測(cè)量，100~200顆，用直角尺測(cè)量出 卵石的長(zhǎng)中高三軸的尺寸，分別為記為a、b、c;如果軸向上的尺寸變化劇烈，適當(dāng)增加測(cè)量 的斷面，尺子擺放好后，要拍下照片，將拍攝的照片導(dǎo)入CAD進(jìn)行后期數(shù)據(jù)處理。
[0023] 根據(jù)測(cè)量結(jié)果計(jì)算出直角尺與卵石邊緣圍成的面積，以及卵石的相應(yīng)橫截面面 積；角度尺與卵石邊緣圍成的面積X與其平行軸的軸長(zhǎng)=此區(qū)域的磨損體積；如果沿某一 軸向橫斷面變化劇烈，卵石的原始形狀在同一軸向變化很大，即沿軸向一端很細(xì)，而另一端 很粗；或者中間部分尺寸明顯比兩段大，則根據(jù)前面測(cè)量數(shù)據(jù)分段計(jì)算；總磨損體積/泥沙 初始體積=α;計(jì)算所有卵石的平均磨損率，泥沙磨損率可以定義為泥沙被磨損掉的體積 與泥沙最初的體積之比。
[0024]
( 1 )
[0025] 式中：α為磨損率，Vb為泥沙初始體積，V6為泥沙測(cè)量位置體積。
[0026] 實(shí)施例：以四川雅安的一條長(zhǎng)32km的河流采樣分析為例。流域內(nèi)的泥沙產(chǎn)生主要 在主河的源頭。測(cè)量在中游河流縱向50m范圍內(nèi)且基本上沒有人工干擾處，洪水期寬度在 40m左右。在洪水期的整個(gè)過水?dāng)嗝孢x取形狀各面均保留有部分原始表面的顆粒180顆。 顆粒粒徑長(zhǎng)軸范圍從50~600_。流域內(nèi)主要為砂巖，其初始的泥沙形狀較為規(guī)則，長(zhǎng)軸與 中軸的尺寸相近，短軸明顯小一些。一般在每個(gè)軸向等距測(cè)量3次，少部分因沿軸向尺寸變 化較大，減小間隔，增加測(cè)量次數(shù)。然后根據(jù)一個(gè)顆粒的測(cè)量三軸方向的數(shù)據(jù)導(dǎo)入CAD或類 似可以生成及分析三維圖形的軟件中，得到顆?，F(xiàn)在的體積；并按照附圖延伸原始表面，得 到顆粒初始形狀后，求出顆粒原始體積。再得出磨損率。每個(gè)顆粒步驟均如此。最后得到 所有顆粒磨損率的平均值，即為距離約15km的該河段的體積磨損率值，被磨損掉的物質(zhì)約 為 11. 3%〇
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種山區(qū)河流泥沙磨損率的測(cè)量方法，其特征在于，包括如下步驟： Sl選擇山區(qū)河流的一段河道，此段河道內(nèi)的卵石表面可觀察到原生表面； S2確定測(cè)量點(diǎn)在洪水情況下過流的最高位置； S3選擇沿河道縱向一定長(zhǎng)度內(nèi)全過水?dāng)嗝鎯?nèi)保留有一定的原生表面的卵石進(jìn)行測(cè)量， 用直角尺測(cè)量出卵石的長(zhǎng)中高三軸的尺寸； S4尺子擺放好后，拍下照片，將拍攝的照片導(dǎo)入CAD進(jìn)行后期數(shù)據(jù)處理。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種山區(qū)河流泥沙磨損率的測(cè)量方法，其特征在于，包括如 下方法：S3所述的卵石測(cè)量數(shù)目為100到200顆。3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種山區(qū)河流泥沙磨損率的測(cè)量方法，其特征在于，包括 如下方法：S3還包括如下步驟：如果軸向上的尺寸變化劇烈，則適當(dāng)增加測(cè)量的斷面。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種山區(qū)河流泥沙磨損率的測(cè)量方法，其特征在于，還包括 以下步驟：S5根據(jù)測(cè)量結(jié)果計(jì)算出直角尺與卵石邊緣圍成的面積，以及卵石的相應(yīng)橫截面 面積；角度尺與卵石邊緣圍成的面積X與其平行軸的軸長(zhǎng)=此區(qū)域的磨損體積；如果沿某 一軸向橫斷面變化劇烈，卵石的原始形狀在同一軸向變化很大，即沿軸向一端很細(xì)，而另一 端很粗，或者中間部分尺寸明顯比兩段大，則根據(jù)前面測(cè)量數(shù)據(jù)分段計(jì)算；總磨損體積/泥 沙初始體積=α ;計(jì)算所有卵石的平均磨損率，泥沙磨損率定義為泥沙被磨損掉的體積與 泥沙最初的體積之比，即式中：α為磨損率，Vb為泥沙初始體積，V 泥沙 測(cè)量位置體積。
【專利摘要】本發(fā)明公開了山區(qū)河流泥沙磨損率的測(cè)量方法，屬于泥沙測(cè)量領(lǐng)域，S1選擇山區(qū)河流的一段河道，此段河道內(nèi)的卵石表面可觀察到原生表面；S2確定測(cè)量點(diǎn)在洪水情況下過流的最高位置；S3選擇沿河道縱向一定長(zhǎng)度內(nèi)全過水?dāng)嗝鎯?nèi)保留有原生表面的卵石進(jìn)行測(cè)量，用直角尺測(cè)量出卵石的長(zhǎng)中高三軸的尺寸；S4尺子擺放好后，拍下照片，將拍攝的照片導(dǎo)入CAD進(jìn)行后期數(shù)據(jù)處理。本發(fā)明的有益效果：采用本方法可以減少測(cè)量的空間限制，同時(shí)可以減小測(cè)量的泥沙顆粒數(shù)量，因此能快速測(cè)定山區(qū)小河流內(nèi)的泥沙磨損率，節(jié)省人力、物力及大幅度減少測(cè)量時(shí)間。后期的處理也較為方便，而且是對(duì)同一對(duì)象進(jìn)行測(cè)量目前形狀尺寸或推測(cè)其初始尺寸，可提高測(cè)量精確度。
【IPC分類】G01N15/02
【公開號(hào)】CN105424559
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510818251
【發(fā)明人】漆力健, 王麗峰, 曾赟, 胡建, 毛熹, 王勇
【申請(qǐng)人】四川農(nóng)業(yè)大學(xué)
【公開日】2016年3月23日
【申請(qǐng)日】2015年11月20日