扬大水文学原理Ch11-12..ppt

《扬大水文学原理Ch11-12..ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、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

2、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

3、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

4、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

5、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

6、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科学研究所依据黄河干支流实测数据提出了以下的经验公式：3、悬沙的时空变化——悬移质泥沙随时间的变化及其空间分布。悬沙随时间的变化以年为周期，最小含沙量通常出现在冬季，最大含沙量与输沙率发生于洪水期。悬沙沿水深方向的分布因重力和水流紊动作用而不均匀，一般河底大，水面小，自下而上递减。洪、枯水期有所不同，洪水期泥沙多来

7、自坡面土壤侵蚀，颗粒较细，垂向分布均匀；枯水期泥沙则主要来自河槽冲刷，分布则不均匀。悬沙沿横断面的分布，一般主流以及局部冲刷位置含沙量较大，两岸较小，水面较小；并且与季节、水位涨落及泥沙来源等因素有关。四、推移质泥沙的运动规律常用断面输沙率表示，指单位时间内通过河流某断面的推移质重量。河流泥沙的起动流速——使推移质泥沙颗粒由不动到开始滚动的临界流速。在特定水力条件下，低于这一流速时，河床不会冲刷，有时也称为允许流速。起动流速是进行河道整治、渠道设计等的基本要素。起动流速通常用经验公式估算。——沙玉清公式，可适用于粗沙河细沙——沙莫夫公式，仅适用于粗沙