第1章 绪论

1.1 研究目的及意义

研究河道冲淤变化的规律，需要掌握河道冲淤的时间、数量、空间分布情况等，其中获得河道冲淤的准确数量是关键。大量的数学模型、实体模型和涉水工程泥沙试验、河道整治、航道整治研究等，均建立在河道实测冲淤变化资料的基础上，因此河道的冲淤数量及其分布是科学试验、工程调度和河道演变及整治研究的重要基础资料。目前，断面地形法、网格地形法和输沙量平衡法则是计算河道冲淤量广泛采用的3种方法。

上述3种方法在生产实践中各有利弊，具体内容如下：

（1）断面地形法是地形网格法的简化，野外工作量相对较小，只需布设若干断面进行测量，但由于布设断面的间距往往为河道地形测量横渡法断面间距数倍，对实际地形控制较差，精度往往稍差，且只能反映断面间的冲淤数量。

（2）网格地形法反映了河段冲淤的空间变化，需要安排施测河段一定比例尺的地形测图，投入人力物力较大，若需要多时段河道冲淤量还需要布置多个测次，其优点是可以计算河道冲淤量的沿程分布和沿不同高程分布。

（3）输沙量平衡法一般利用河段进出口已有的水文站输沙量资料进行计算，其优点是水文站有资料系列，整编资料中有日平均值，计算时段可以很小，具有连续性，可反映水文站断面间河段冲淤过程，但其只能反映相邻水文站间长河段全河槽冲淤量，不能反映沿程和不同高程河床冲淤量。另外，受测验布置、测验项目不全或泥沙取样垂线和测点影响，可能没有推移质测验或全沙测验精度不高。常规悬沙测验一般采用两点法、三点法，在河道冲刷的河段往往漏测底沙。受人类活动的影响，河道采砂量和引沙量往往难以准确掌握。

而在生产实践中，分别采用断面地形法和输沙量平衡法计算的同一河段、同一时段冲淤量往往差别很大，甚至部分河段、部分时段存在冲淤性质相反情况。例如，长江水利委员会水文局采用固定断面完成了长江中游1966—1998年长江中下游河道冲淤量计算工作^［1］，并与悬移质输沙量法进行了对比，结果表明，固定断面法与悬移质输沙量法计算结果差异很大，1975—1981年和1981—1986年宜昌至大通输沙平衡法平滩河槽分别淤积1.56亿m³和2.58亿m³，而断面地形法分别冲刷2.02亿m³和1.11亿m³。长江委水文局于三峡水库蓄水后分别采用输沙量法和断面地形法每年对三峡水库库区和坝下游泥沙冲淤进行了研究。目前，长江水利委员会水文局向三峡集团和对外公布的三峡水库库区淤积量主要采用输沙量平衡法，坝下游河段一般采用常测固定断面地形法，计算结果已经被相关单位采用。较多学者对该成果的可靠性、精度提出了疑问：一是为何坝上、坝下采用的计算方法不一致，是否两种方法差异很大，哪个更准确；二是地形测量、水文测验的方法是否存在较大误差等。为了掌握悬移质泥沙测验是否由于距河底0.2倍水深层（近底层）含沙量相对较大而影响悬沙测验精度问题，长江水利委员会水文局于2006—2007年和2011年在清溪场、万县、宜昌、沙市和监利水文断面开展了临底悬沙测验试验，得到了初步认识。

据多位学者研究，断面地形法误差来源主要有测量精度（平面定位、水深测量）、测量历时、断面代表性及间距等；网格地形法误差来源除测量精度和测量历时外，还与网格分辨率大小有关；输沙平衡量法存在测验精度、测验时机、没有开展全沙测验等方面误差。地形法（断面法、网格法）与输沙量平衡法计算结果比较时，往往还没有考虑推移质输沙、人工采砂、河道崩岸等因素。

虽然相关单位和学者对河道实测冲淤量计算方法进行了研究，但由于实测资料的局限性、对河道地形测量和泥沙测验方法缺乏深入了解及河道泥沙冲淤复杂性等，尚未有系统、统一的认识。而实测河道泥沙冲淤量的准确对水库调度、河道整治、科学试验等至关重要，是急待解决的问题。

本书通过对比断面地形法、网格地形法和输沙量平衡法3种计算方法计算冲积河流冲淤量结果差异大小，分析上述计算方法误差来源及解决方法，评估3种方法适宜性和可靠性，回答相关单位和部门关注的输沙量平衡法与地形法差异问题；通过断面地形法、常测固定断面地形法与网格地形法对比，考虑断面和河床表面分形维数（河床起伏程度指标），评估荆江不同河段、不同河型常测固定断面代表性，提出不同河型固定断面布设原则和断面间距量化指标，为河道观测布置提供参考依据；通过不同插值方法和尺寸网格计算结果分析，提出较优的网格插值方法和基于不同比例尺的网格地形法网格尺寸大小；根据水文站常规观测布置方案，结合2006年和2011年临底悬沙试验和推移质观测分析成果，重点分析输沙测验误差来源，提出泥沙测验改进措施，为水文测验观测布置提出建议。