河流泥沙.DOC

PAGE PAGE 15 第四章 河流泥沙 第一节 河流泥沙的来源 随河水运动和组成河床的松散固体颗粒，叫做泥沙。河流泥沙主要来源于两个方面，一是流域地表的侵蚀，二是上游河槽的冲刷。但归根求源，河流泥沙还是流域地表侵蚀的产物（图4-1）。 图4-1 河流泥沙来源 降水形成的地面径流，侵蚀流域地表，造成水土流失，携带大量泥沙直下江河。特别是一些山区河流，遇到特大暴雨容易引发山洪、泥石流，或因地震等原因引起山体滑坡地质灾害，都可能导致大量泥沙在短时间内急聚江河，严重时, 巨大的堰塞体堵江断流形成堰塞湖。 流域地表的侵蚀程度，与气候、土壤、植被、地形地貌及人类活动等因素有关。如若流域气候多雨、土壤疏松、植物覆被差、地形坡陡以及人为影响如毁林垦地现象严重等，则流域地表的侵蚀就较严重，进入江河的泥沙量就多。 河道水流在奔向下游的过程中，沿程会冲刷当地河床和河岸。从上游河槽冲刷下来的这部分泥沙，随同流域地表侵蚀而来的泥沙一道，构成河流输移泥沙的总体，除部分可能沉积到水库、湖泊或下游河道之外，大部分将远泻千里而入海。 第二节 河流泥沙的分类 一、按粒径大小分类 河流泥沙组成的粒径变幅很大，粗细之间相差可达千百万倍。我国《土工试验规程》将泥沙粒径按大小分类，如图4-2所示。 图4-2 泥沙分类图 1994年，水利部颁发的《河流泥沙颗粒分析规程》，规定河流泥沙按表4-1 分类。 表4-1 河流泥沙分类 泥沙分类 粘粒 粉沙 沙粒 砾石 卵石 漂石 粒径(mm) 0.004 0.004-0.062 0.062-2.0 2.0-16.0 16.0-250.0 250.0 由上可见，河流泥沙可以分为泥、沙、石三大类，其中粘粒、粉沙属泥类；沙粒属沙类；砾石、卵石、漂石属石类。 二、按运动态式分类 天然河流中的泥沙，按其是否运动可分为静止和运动两大类。组成河床静止不动的泥沙称为床沙。运动的泥沙又分为推移质和悬移质两类，两者共同构成河流输沙的总体。河流泥沙的运动态式分类，如图4-3所示。 推移质又称底沙，是指沿河床附近滚动、滑动或跳跃运动的泥沙。推移质泥沙的运动特征是：在水流的推动下，走走停停，时快时慢，运动速度远慢于水流；颗粒愈大，停的时间愈长，走的时间愈短，运动的速度愈慢。推移质的运动状态完全取决于当地的水流条件。更进一步地，推移质又可划分为沙质推移质和卵石推移质两类。图4-4为天然河流卵石推移质的运动现象。 图4-3 河流泥沙运动态式分类 图4-4 天然河流卵石推移质运动现象 悬移质或简称悬沙，是指随水流浮游前进的泥沙。这种泥沙的运动，有赖于水流中的紊动涡旋所挟持，在整个水体空间里自由运动，时升时降，其运动状态具有随机性质，运动速度与水流流速基本相同。 实践经验告诉我们，天然河流中运动的两类泥沙，从输移总量说来，推移质相对较少，悬移质占绝大部分，山区河流则更为如此。一般说来，冲积平原河流携带的悬移质数量，往往为推移质的数十倍、数百倍，甚至数千倍。 推移质泥沙尽管其相对数量不多，但因其颗粒较粗，对水利工程的危害极大。如在解决水库淤积问题中，处理推移质泥沙的难度往往要比处理悬移质大得多。因此，对于推移质运动的观测与研究，同样是重要的。 从研究河床冲淤变化考虑，通常需要把悬移质泥沙进一步地按其粗细划分为床沙质与冲泻质两部分。悬移质中较粗的一部分泥沙叫做床沙质，它与水流条件的关系较密切，在河床组成中大量存在，能经常与河床上的床沙发生置换，或称参与造床，故又称造床质。悬移质中较细的一部分泥沙叫做冲泻质，它与水流条件的关系较差，在河床组成中少有或没有，水流一般不能从当地河床取得足量补给，因而这部分泥沙一般认为不参与造床，故又可称为非造床质。 在天然河流的悬移质输沙中，冲泻质的数量一般占70%-80%以上，甚至更多；而床沙质的数量仅占20%-30%以下，甚至更少。但河流中的床沙质泥沙，常常处于挟沙饱和状态；而冲泻质泥沙，则通常处于非饱和状态。冲泻质泥沙的来源主要是流域地表的侵蚀，而床沙质泥沙则多来源于上游河床的冲刷。由于床沙质泥沙直接参与河流造床，又与水流条件关系密切，因而通常是河床演变分析计算与河流模拟的重点对象。 第三节 河流泥沙的基本特性 一、几何特性 1. 泥沙的形状 泥沙的形状各式各样。常见的卵石、砾石，外形比较圆滑，有圆球状的，有椭球状的，也有片状的，均无尖角和棱线(图4-5)。沙类和粉土类泥沙，外形不规则，尖角和棱线都比较明显。细颗粒粘土类泥沙一般棱角峥嵘，外形十分复杂。 图4-6为清华大学方红卫教授在电子扫描显微镜（SEM）下观测的细颗粒泥沙的形貌。 图4-5 粗颗粒泥沙 图4