第1章 概述

1.1 勘测调查目的及意义

河流是水流与河床交互作用的产物。河水作用于河床，使河床发生变化；河床亦作用于水流，影响水流结构。二者构成一个矛盾的统一体，相互依存，相互影响，相互制约，永远处于变化和发展的过程中。河床的地形、地貌、地质条件、结构组成，既决定约束和改变水流作用的强弱，某种程度上又是水流对河床作用结果的展现。在水流与河床的相互作用下，河流形成平面形态及断面形态的多样性，形成复杂多样的河流地貌。山区河床形态复杂，受地质构造、基岩的控制，常呈阶梯状，多跌水河瀑布，多由岩槛、石滩、壶穴、深槽等地貌组成。平原区冲积物组成的河床，洲滩与深槽交替分布，在水流的运动作用下位置缓慢向下游移动，引起凸岸淤积、凹岸崩塌，出现弯曲蜿蜒型、分汊型河床。在水流与河床交互作用的过程中，泥沙运动起着纽带作用，由于河流的来沙量与水流挟沙力不相适应，水流多处于输沙不平衡状态，河床将发生相应的冲淤变化。泥沙在水流作用下以推移质、悬移质等方式搬运，在河床坡降减小、流速减慢、流量减小、泥沙增多、人工筑坝拦水等情况下发生沉积，沉积的过程伴随泥沙的分选及水流与河床的相互作用，水中挟带的泥沙与本地床沙的相互混合与交换，导致河床形态改变，河势调整变化，同时产生了河床组成的千差万别。河床的结构组成蕴涵了泥沙的来源及其搬运、沉积规律等信息，亦是影响河床演变趋势的重要因素，有时甚至是决定性因素。

水文泥沙观测成果是河道治理、保护、开发、利用必备的基础性资料。河流上的水文站网是收集水文泥沙基本资料的场所。在国内，绝大多数河流上建设了大量水文站开展水文泥沙观测，并取得了丰富的资料。但由于水文站一般仅监测测验断面的水位、流量、悬移质泥沙、推移质泥沙、床沙等水沙要素，河段乃至面上的资料缺乏；受水文站观测项目限制或站网密度不够等因素限制，收集到的资料还难以完全满足使用需求。随着中小河流站网陆续建成运行，水文资料缺乏的问题可以得到一定缓解，但泥沙基本资料仍显不足，仍需补充开展河床组成勘测调查工作。在开展全流域性的侵蚀产沙勘测调查基础上，将河床组成勘测调查与推移质测验相结合，可研究泥沙输移与堆积变化，借以扩展并订正泥沙成果，从而深刻认识和掌握河流泥沙运动规律、特征、机理及其演变趋势。河道观测通过地形测量、固定断面测量、典型河段观测等方式，收集到了河道沿程形态变化资料，但水文站区间来沙、河岸及河床深层物质组成资料往往欠缺，需要通过河床组成勘测调查来取得，特别是泥沙资料匮乏的中小型河流。河道演变分析研究需要开展河道观测及水文泥沙原型观测，河床组成勘测调查资料是水文泥沙成果的重要组成部分。为了全面准确地掌握勘测区域的河床组成情况，必须进行河床组成调查，以便从宏观上把握勘测河段的河床组成情况。

新中国成立后，国家十分重视水土保持工作，通过封山育林、退耕还林、移民搬迁等措施，有效控制了水土流失，在一定程度上减少了河流来沙。随着经济社会的发展，修路、开矿、采砂、整治航道、修建水利水电工程等人类活动对河流的影响日益加剧。修路、开矿等活动增加区间来沙，采砂直接改变河床条件，航道整治直接改变水流条件，拦河工程改变天然河流的状态，其中拦河筑坝、修建水库对河流泥沙的影响最大、也最为直接。在人类活动的影响下，流域产沙、泥沙输移、堆积规律被改变，这些影响与改变，有些是有利的，有些是不利的，需要开展勘测与调查，进行研究与论证，指导实践，扬长避短。为实现防洪、发电、灌溉、航运等功能而在河流上修建的水库群，改变了河流的自然状态，泥沙在水库内淤积，清水下泄冲刷坝下游河道。在大中型水库规划设计阶段，需要开展水库泥沙淤积计算，准确掌握入库泥沙来源、数量和组成是关键问题之一；水电工程下游河床冲淤模拟计算和工程前后河道演变分析等均需要水文泥沙观测成果，建库前需开展原型勘测，为水库调度、水库泥沙问题研究提供依据。在实测泥沙资料缺乏或不足的情况下，需对相关河段的洲滩床沙进行取样分析，获取本河段推移质泥沙的级配成果，并通过调查本河段的水力、泥沙因子、地形资料等数据，采用公式估算工程河段推移质输沙量。为分析预测库区河道泥沙冲淤，河床演变趋势，需收集水库库区及变动回水区在蓄水前天然状态下的河床组成的本底资料，完整准确地取得库区河床可动层一定深度内的河床组成物质样品及其颗粒级配、岩性以及基岩出露分布范围等原型成果，研究库区河床冲淤演变规律、河床细化过程与规律以及常年回水区泥沙淤积过程；为了准确掌握水库蓄水前坝址河床组成情况，研究施工期及水库蓄水运用期的泥沙输移、堆积规律，需开展大坝基坑、导流明渠等部位的河床组成勘测研究；为分析预测坝下游河道泥沙冲刷、淤积及其河床演变趋势，需收集坝下游天然水流状态下河床组成的本底资料，全面准确地取得河床平面范围内可动层一定深度的物质组成分布及其相应的颗粒级配等原型成果。水电工程营运后，由于工程拦截大量泥沙，坝下游将处于冲刷阶段，河床下切的过程和深度的数学模型计算需要掌握河床在一定深度的床沙颗粒级配变化，在河床演变分析中，河床泥沙组成是重要的边界条件。对梯级开发，特别是大型水电开发（如三峡工程），往往需要正确估算上级水库下游因河道下切可能供应和恢复的沙量，需收集本级库尾到上级坝下河道河床边界组成资料。另外，在河道采砂，论证可采区的范围、深度和可采量等，均需要掌握河床组成情况。

河流泥沙按粒径大小可分为泥、沙、石三类，往往由单矿物如石英、长石、云母等主要造岩矿物组成；较细颗粒多由抗风化能力较强的石英等矿物或难溶的碳酸盐矿物组成，更细的黏粒基本是次生矿物及腐殖质组成。岩性主要为岩浆岩、变质岩、沉积岩等类别，按运动方式可分为床沙、推移质和悬移质，推移质按照颗粒大小又分为沙质推移质和卵石推移质。开展河床组成勘测调查，就是要根据工作需求，利用泥沙测验分析仪器、地质勘探仪器设备、野外调查技术装备及现代科技手段，通过勘测、调查、分析、研究等方式，全面掌握调查河段的河道地形地貌、河床边界条件及沿程分布状况、泥沙堆积规律、人类活动影响等基本情况，勘测分析泥沙类别、级配、岩性及沿河床三个维度的分布变化，以及随时间的变化，估算推移质输沙量，描述与评价河床的组成现状，分析研究河床历史演变，研究探索工程前后河流泥沙规律的变化，预测河床演变趋势，编制勘测调查报告供科研分析机构、河道治理部门、工程建设单位使用，为河道治理、保护、开发、利用，为河流的生态修复、人与自然的和谐相处提供实测依据与基础支撑。随着经济社会发展和水文行业进步，勘测调查工作面临着一系列新的要求。四个全面战略布局、五大发展理念，以及“节水优先、空间均衡、系统治理、两手发力”的新时期治水思路，要求河道开发与保护协同发展。新常态将河流生态环境摆在压倒性位置，对河势河床的关注将提升到新的高度。随着新思路、新理念的推进，河流监测指标体系也将更加明确，对河流水文泥沙资料的需求也将更加具体，河床组成勘测调查技术手段、工作深度和广度将面临新的挑战。