扬大水文学原理Ch11-12分解.pptVIP

L/O/G/O 第十一章 河流泥沙 水文学原理 随水流运动以及构成河床的固体颗粒称为河流泥沙，又称固体 径流。它不仅包括在水流中运动或相对静止的粗细泥沙，还包括河 道中的砾石与卵石。泥沙运动和沉积是河流中重要的水文现象，因 为泥沙对河流水文情势、河流发育以及河床演变影响极大。 黄河洪水的泛滥与其水流中挟带大量泥沙有极为密切的关系， 所以在了解洪水的同时，必须了解泥沙。 鉴于我国大多数河流挟带泥沙，兴建水利工程和进行流域治理 时，不仅需要研究河流水文情势，也要考虑与之相伴的泥沙运动情 况。 本章简要介绍与水文情势有关的产沙输沙问题。 （1）泥沙来源（2）特征量及运动（3）产沙计算（4）输沙计算 第一节 河流泥沙的来源 流域内的土壤、岩石在热力、风力、水力的长期作用下，不断 被风化剥蚀、侵蚀而形成了河流中的泥沙。河流泥沙主要来源于四 种途径： 一、坡面侵蚀 流域表层的土壤或岩石碎屑在风吹日晒、水冲以及地球重力作 用下，从原来所处状态剥离、冲刷、搬运而随径流注入河道的水土 流失过程，称为坡面侵蚀。 二、河槽冲刷 河道水流冲刷河底或两岸的土壤或岩石，均称为河槽冲刷。河 槽冲刷增大了河水的含沙量。 三、风沙沉积 强风吹过沙源区，会卷起地表的泥沙颗粒，其中，稍大沙粒因重力作用移动距离小而降落在附近的河中，稍小沙粒则会被风挟带 到远处再降落到河中。 四、泥石流 山区暴雨有时会形成挟带大量沙石等杂质的洪流，称为泥石流。 泥石流会使河道中的泥沙量聚增。 地表径流对流域表面的冲刷以及流域内岩石土壤的风化作用对 河流挟带泥沙有决定性影响。因此河流泥沙含量受气候、下垫面、 河道形态以及人类活动四方面的影响。 第二节 河流泥沙的特征与运动 一、泥沙特征的表述方式 河流泥沙的特征，一般可以用密度、干容重、粒径、级配和水 力粗度等方式来描述。 1、河流泥沙的密度 ——取自河流沙样中的各种颗粒的实际 重量之和与各个颗粒实际占有体积的比值，即 2、河流泥沙的干容重 ——沙样烘干后的重量与原沙样体积 的比值。 式中： 为孔隙比，即沉积泥沙中孔隙体积与沙粒体积的比值。 3、河流泥沙的粒径 ——由于中等以上泥沙颗粒近似于球体， 所以采用容积与泥沙颗粒容积相等的球体直径来表征泥沙粒径。如 果沙粒容积为V，其等容粒径D为： 实际分析中常用泥沙颗粒的长轴a，中轴b和短轴c的均值计算 D，即： 一般而言，河流上游因比降大、水流湍急而挟带的泥沙颗粒较 大，下游比降小、水流较缓而挟带的泥沙颗粒较小。 4、河流泥沙的颗粒级配——常用泥沙颗粒级配曲线来表征河流 泥沙颗粒组成特征。它以泥沙颗粒的直径为横坐标，以小于这一直 径的泥沙在全部沙样中所占得重量百分比为纵坐标。 5、河流泥沙的水力粗度——是用泥沙的沉降速度来表示泥沙粒 径的大小，又称为泥沙的水力粗度。以cm/s计。 二、泥沙运动特征分析 对泥沙运动进行理论分析时，通常假定运动沙 粒为球体，处于成排沙粒之上。水流经过沙粒 时，沙粒迎水面压力大于背水面压力而产生推移 力 ；沙粒在水中受到重力与浮力作用，两者 的合力为有效重力 ， 为由于河流底部存在 的流速梯度 而产生的上举力。 为沙粒上表面受 到得摩擦阻力。 合力 在这四种力的共同作用下，河床表面的泥沙颗粒呈两种运动状 态：当 方向力矩大于W对A点的逆时针方向力矩时，沙粒将向前滚动。 根据泥沙运动与水流速度之间的关系，河流中泥沙可分为： 悬移质、跃移质、推移质。 三、悬移质泥沙的运动规律 悬移质泥沙常简称为悬沙，我国各大河流泥沙中悬沙占主要部 分。水流紊动使泥沙颗粒悬浮，重力使之下沉，两种力的作用制约 了悬沙的运动。 1、悬沙的描述方式——悬沙计量常用含沙率、输沙率和输沙量 来描述。 2、水流挟沙能力——当水流挟带一定量的悬沙通过某河段时， 河道既不冲刷也不淤积，则此时水流的挟沙量即为挟沙能力。水流 的挟沙能力与悬沙粒径、平均沉降速度、断面平均流速和水力半径 等因素有关。目前已建立了许多经验公式，如黄河水利委员会水