流域產(chǎn)沙與輸沙課件

1、 流域產(chǎn)沙與輸沙引言什么是泥沙？隨河水運動和組成河床的松散固體顆粒，叫做泥沙。隨水流運動的泥沙，又稱固體徑流。河流泥沙是重要的水文現(xiàn)象之一。河流泥沙對于河流水情及河流的變遷有著重要的影響，防洪、航運、灌溉、發(fā)電、港口碼頭等水利工程的建設(shè)都必須考慮河流泥沙問題。黃河泥沙6.1 河流的泥沙的來源河流泥沙主要來源于兩個方面：一、流域地表侵蝕二、河床沖刷 一、流域地表侵蝕降水形成的地面徑流，侵蝕流域地表，造成水土流失，攜帶大量泥沙直下江河。流域地表的侵蝕程度，與氣候、土壤、植被、地形地貌及人類活動等因素有關(guān)。如若流域氣候多雨、土壤疏松、植物覆被差、地形坡陡以及人為影響如毀林墾地現(xiàn)象嚴重等，則流域地表的

2、侵蝕就較嚴重，進入江河的泥沙量就多。（一）層狀侵蝕（片蝕）（二）溝狀侵蝕（溝蝕）（三）陷穴侵蝕（四）滑坡層狀侵蝕（片蝕）雨滴將坡地上的土壤或其他地表物質(zhì)的顆粒濺起，落下的顆粒相對疏松且在坡地的下部相對較多。層狀的漫流出現(xiàn)后，可將這些松散的顆粒移動，坡地表面均勻地遭受剝蝕，這就是層狀侵蝕，又稱片蝕。層狀侵蝕不易測出，但其在整個流域坡地的表面均值發(fā)生，故為流域泥沙重要來源之一。溝狀侵蝕（溝蝕） 在坡地上，漫流經(jīng)匯聚成為束狀的細溝水流，若水流紊動力足夠大，便可沖刷溝底或溝岸，這就是溝狀侵蝕，又稱溝蝕。陷穴侵蝕土層因內(nèi)部出現(xiàn)空洞失去支撐而下塌稱為陷穴侵蝕。在中國的黃土高原，此種侵蝕非常普遍。黃土非常疏

3、松且含有大量的可溶性碳酸鹽，土體的垂直節(jié)理極為發(fā)育。雨水滲入土體中，碳酸鹽即被溶解，久而久之，內(nèi)部形成空洞，上部土層失去支撐，下垮形成陷穴?；滦逼律系耐馏w或巖體因種種原因在重力的作用下，沿一定的軟弱結(jié)構(gòu)面發(fā)生整體下滑稱為滑坡。二、河床沖刷（一）河底沖刷 在河道中，水流下切，使底床加深，這就是河底沖刷。主要發(fā)生在河流的上游和中游。（二）河岸沖刷 在河道中，水流左右擺動，沖蝕側(cè)岸，其中以沖蝕岸灘最為顯著，這就是河岸沖刷。多發(fā)生在河流的中下游，使河道的橫斷面變化。從河槽沖刷而來的這部分泥沙，隨同流域地表侵蝕而來的泥沙一道，構(gòu)成河流輸移泥沙的總體，除部分可能沉積到水庫、湖泊或下游河道之外，大部分將遠

4、瀉千里而入海。一般來說，流域地表侵蝕是泥沙的最主要的來源，而河床沖刷則相對次要。6.2 泥沙的特性6.2.1 泥沙的粒徑和顆粒級配 泥沙的形狀棱角崢嶸、極不規(guī)則。中等和較粗的泥沙顆粒，經(jīng)常沿著河底運動，相互碰撞和摩擦的機會較多，故多呈球形或橢圓形。因此在計算粒徑時，?？山频匾暈榍蝮w或橢球體。泥沙顆粒的大小通常采樣粒徑D來表示。xe球體等容粒徑定義：體積與泥沙顆粒容積相等的球體直徑。公式：常用單位：mm。而公式中V是指泥沙的體積（mm3）。橢圓體的等容粒徑定義：長、中、短軸的算術(shù)平均值或幾何平均值。公式：1. 單個泥沙的粒徑河流上游一般比降大 ，因此挾運的泥沙粒徑較大；而下游一般比降小，挾運的

5、泥沙粒徑較小。天然的泥沙是由大小不一、形狀各異的許多顆粒組成的群體，很少是均勻的。泥沙粒配曲線反映沙樣粒徑的粗細及其組成的均勻性。2. 泥沙顆粒級配泥沙顆粒級配曲線中，橫坐標為泥沙顆粒直徑，縱坐標為小于此種粒徑的泥沙在全部泥沙中所占的百分數(shù)。右圖中，有、兩組沙樣，試比較一下兩種沙樣的區(qū)別。沙樣的組成要粗些、均勻些；沙樣的組成要細些、不均勻些。6.2.2 泥沙的比重和容重1.泥沙的比重（s）泥沙樣品中各個顆粒的實有重量之和（Ws）與所有沙粒的實際體積（無孔隙的體積，V）之比，也就是無孔隙的單位體積的泥沙樣品的重量，稱為泥沙的比重（g/cm3）。泥沙的比重隨沙粒的成分而變，變化范圍不大，大致在2.

6、60-2.70g/cm3之間。實際應(yīng)用上，取其平均值2.65g/cm3。2.泥沙的容重（干容重）單位體積（包括孔隙）烘干泥沙的重量稱為干容重或容重（ 0 ）。比重和容重有一定的關(guān)系。其關(guān)系為：e為孔隙比，沙樣中孔隙的體積與沙樣顆粒體積之比。 e=V孔隙/(V總- V孔隙)6.2.3 泥沙沉降速度泥沙在靜水中均勻沉降的速度稱為泥沙的沉降速度，又稱為水力粗度，以cm/h計。泥沙的比重大于水的比重，泥沙在靜水中沉降時，除了受到重力的作用之外，還受到水流的阻力作用。當(dāng)泥沙開始沉降時，所受到的重力大于所受的阻力。隨著沉降的進行，泥沙的沉降速度不斷增大，但其所受的阻力的大小也不斷增大。至某一時刻，泥沙所受

7、的阻力與其所受的重力大小相等，泥沙以均勻速度沉降，這一速度就是所謂的泥沙的沉降速度。泥沙的沉降速度的計算公式為：CD為阻力系數(shù)，其值與泥沙所在的水流狀態(tài)有關(guān)。沉降速度的大小在一定的程度上可反映出泥沙的粒徑，因此又稱為泥沙的水力粗度。水流有層流和紊流兩種狀態(tài)。(1)層流 層流在巖石空隙中滲流時，水的質(zhì)點作有秩序、平行而互不混雜的流動。層流示意圖(2)紊流 紊流在巖石空隙中滲流時，水的質(zhì)點作無秩序、互相混雜、互相碰撞的流動。 水作紊流運動時，水流所受到的阻力比層流狀態(tài)大，消耗的能量較多。若水流處于層流狀態(tài)，泥沙的水力粗度公式變?yōu)椋篤為運動的粘滯系數(shù)（cm2/s）若水流處于紊流狀態(tài)，泥沙的水力粗度公式變?yōu)椋耗嗌车某两邓俣仁欠从衬嗌程匦缘囊粋€十分重要的指標。組成河道的泥沙的沉降速度越大，其抗沖性就越強；隨水運動的泥沙的沉降速度越大，其堆積于河床的傾向性就越大。6.2.3 泥沙的分類按泥沙的運動狀態(tài)分類：推移質(zhì)：堆積在河底或沿河底朝