河道水流和泥沙的一般特性.ppt

河流动力学泥沙随水流汇集到河流之中，加上河床上泥沙被水流冲刷起来，使得河道水流中含有一定数量的泥沙，常以每单位体积河水中的泥沙重量表示河流的含沙量。一般来说，我国北方，特别是黄河中游的一些干支流，年平均含沙量有些高达300kg／m3以上；而在南方一些省份，年平均含沙量不足1kg／m3，这样的分布状况，是与我国各地区的水土流失程度紧密相关的。下表是我国及国外一些主要河流水沙特征值的统计资料。附表河流动力学泥沙的矿物成分既然泥沙来源于岩石风化，则风化岩石的矿物成分决定泥沙的矿物成分；不同的风化方式对岩石矿物成分的影响程度不同，因此风化方式也影响泥沙的矿物成分物理风化、化学风化以及生物过程矿物的物理性质比重或密度：2.65硬度：≧5，水轮机过流部件硬度一般≦5泥沙的矿物成分与分类河流泥沙的分类矿物分、运动方式分类以及粒径分类我国泥沙分类的分界数字为：200—20—2—1/20—1/200(即200—20—2—0.5—0.005)河流动力学河流动力学泥沙的粒径大小与泥沙的水力学特性与物理化学特性有着密切的关系不同粒径级的颗粒所形成的土壤具有不同的力学性质不同粒径级的颗粒具有不同的矿物组成不同粒径级的颗粒具有不同的物理化学特性ONE河流泥沙的几何特性河流动力学河流动力学泥沙的几何特性系指泥沙颗粒的形状和大小，或者说泥沙颗粒的形状与粒径泥沙的粒径泥沙的粒径是泥沙颗粒大小的量度所谓等容粒径，就是体积与泥沙颗粒相等的球体的直径。设某一颗沙的体积为v，则其等容粒径为，单位mm0102泥沙的粒径河流动力学0102河流动力学对较粗的天然沙粒测量成果的统计分析表明，沙粒的中轴长度，和其长、中、短三轴的几何乎均值(即等容粒径)接近相等且略大对于粒径在0.062~32.0mm之间的沙粒，一般采用筛析法用筛析法量得的粒径应相当于各粒径组界限沙粒的中轴长度。可以近似地看成等容粒径，或者直接称为筛径对于粒径在0.062mm以下粉粒和粘粒，已不可能进一步筛分，只能采用沉降法泥沙的粒径（续）泥沙的粒配曲线通过对沙样颗粒组成的分析，得出其中各粒径级的重量百分比或者小于某粒径的重量百分比，并据以绘制如右图所示的泥沙粒配曲线粒配曲线可直接表现泥沙沙样粒径的大小和沙样的均匀程度代表较细的沙样代表较均匀的沙样河流动力学河流动力学从粒配曲线上，可以查出小于某粒径的泥沙在总沙样中占的重量百分数在总沙样中占某重量百分数的泥沙的上限粒径后者通常以重量百分数为脚标，附注在粒径的右下角，表示该上限粒径如d5、d20、d50、d90等d50称为中值粒径，它表示在全部沙样中，大于和小于这一粒径的泥沙重量刚好相等河流动力学河流动力学三、泥沙的空隙率孔隙率：泥沙中孔隙的容积占沙样总容积的百分比称为孔隙率泥沙孔隙率因沙粒的大小及均匀度、沙粒的形状、沉积的情况以及沉积后受力大小及历时长短而有不同。对各类泥沙孔隙率一般为粗沙：的孔隙率39％～40％，中沙：41％-48％，细沙：44％—49％。黄河的河漫滩沉积物就因孔隙率的不同而有“铁板抄”与“晃滩沙”的区别。河流动力学通常泥沙的平均粒径与中值粒径直并不相等。二者之间的关系应为关于沙样的均匀程度，常采用如下形式的非均匀系数或称拣选系数非均匀系数等于1，则沙样均匀；愈大于1，则越不均匀TWO细颗粒泥沙的物理化学特性河流动力学河流动力学01比表面积02：泥沙颗粒表面积与其体积之比03比表面积的意义：反映泥沙颗粒的物化作用与重力作用的相对04越大，物化作用就越大05（颗粒越细，该值越大）06大小，07电化学性质河流动力学电化学性质2、双电层及吸附水膜的特性（1）细泥沙颗粒在含有电解质的水中，颗粒周围会形成双电层、吸附水膜。细泥沙颗粒表面带有负电荷，吸引反离子，形成吸附层（固定层）＋扩散层细泥沙颗粒表面带有负电荷，同时也吸引水分子形成粘结水＋粘滞水＝束缚水河流动力学（2）双电层的电位变化泥沙颗粒表面带负电荷后，就有一定的电位值，此电位值与扩散层外的自由电位之差称为热力学电位，或ψ0电位。ζ电位的数值及双电层的厚度与水中电解质的离子浓度及价数有关。黄河河道千沟万壑的黄土高原过黄土高原的黄河河道或支流水土流失大于2mm的颗粒形成的土壤元毛纫力，颗粒松散，其间不相连续；2~0.05mm的颗粒之间具有毛细力，但无粘结性；0.05—0．005mm的颗粒含水时具有粘结性；小于0.005mm的颗粒问不仅含水时具有粘结性，失水后粘结力反而增强①。这种粘结性对泥沙的运动起着重要作用。此外，泥沙在水流中的输移方式和沉降规律等都与泥沙粒径有着密切的关系