水文學-7第七章河流泥沙

第五節(jié)河流的總輸沙量懸移質輸沙量與推移質輸沙量之和即為河流的總輸沙量。一般來說，河流中懸移質輸沙量大于推移質輸沙量，在平原河流中尤為如此。例如，在下游的花園口水文站，推移質輸沙量與懸移質輸沙量之比為1:421。在山區(qū)河流中，推移質輸沙量明顯增大。例如，在一些山區(qū)河流中，推移質輸沙量可相當于懸移質輸沙量的70%。一、多年平均年懸移質輸沙量的估算相對于推移質，懸移質實測資料要多－些，故估算多年平均

年懸移質輸沙量要相對容易一些。即便如此，也會遇到資料

不足的情況。因此，以下分別就幾種不同的資料占有的情況，論及計算多年平均年懸移質輸沙量的問題。1.

資料充足時的計算若擁有某斷面的長期的實測懸移質含沙量資料，便可直接用這些資料算出斷面的各年的懸移質年輸沙量，然后計算斷面的多年平均年懸移質輸沙量，即：W

ts在上式中，i1nW

：多年平均年輸沙量(kg)；tsWts

：年輸沙量(kg)；n

：年數(shù)2.

資料不足或缺乏時的計算但如上述那種理想的情況并不多，常需要以各種方法展延原有的資料系列，或由短期的平均值求多年平均值?？筛鶕?jù)占有資料的具體情況，采用不同的處理方法。(1)

利用徑流量資料估算在利用徑流資料估算多年平均年懸移質輸沙量中，常采用幾種不同的方法。①利用懸移質年輸沙量與年徑流量之間的相關關系當僅有短期泥沙資料時，若流域內下墊面因素變化不大，懸移質年輸沙量與年徑流量之間的相關關系較好，則可利用此關系，根據(jù)較長時期的年徑流量資料展延懸移質年輸沙量資料，然后求多年平均年輸沙量。②利用汛期徑流量若汛期降雨侵蝕作用強烈，懸移質年輸沙量與年徑流量之間的關系不密切，則可利用汛期徑流量與年徑流量的比值作參考，以改善上述年相關關系，或直接建立懸移質年輸沙量與汛期徑流量之間的相關關系，然后求多年平均年輸沙量。③利用懸移質年輸沙量與年徑流量的比值如果懸移質實測資料年限過短，難以建立上述各種相關關系，則可認為年懸移質輸沙量與年徑流量的比值固定，而選擇年

徑流量接近于多年平均年徑流量的年份，以此年的輸沙量來

估算多年平均年輸沙量，即：W

tsW

Wts

W在上式中，Wts

：所選年份的年懸移質輸沙量；：所選年份的年徑流量；W

tsW

Wts

WtsW

：多年平均年懸移質輸沙量；WW

：多年平均年徑流量(2)利用多年平均年侵蝕模數(shù)分區(qū)圖估算的水文手冊中，一般均有多年平均年懸移質侵蝕模數(shù)分區(qū)圖。可先從圖上查得研究流域的多年平均年懸移質侵蝕模數(shù)，然后再以研究斷面以上的流域面積乘以查得的多年平均年懸移質侵蝕模數(shù)，即可得斷面的多年平均年懸移質輸沙量。利用泥沙分區(qū)圖算得的結果必然是很粗略的；此類泥沙分區(qū)圖多是以大、中河流測站的資料繪制的，故若將之用于推算小河流的年懸移質輸沙量，還需考慮下墊面的特點以及小河含沙量與大、中河含沙量的關系，并據(jù)此對初步結果做適當?shù)男拚?。二、多年平均年推移質輸沙量的估算推移質的實測資料較懸移質年的實測資料更為缺少。在推求多年平均年推移質輸沙量時，可通過假定推移質輸沙量與懸移質輸沙量之間有一定的比例關系，以之粗略估算推移質輸沙量，即：Wtb

WtsWtb

Wts在上式中，W

tb：多年平均年推移質輸沙量；W

ts

：多年平均年懸移質輸沙量；β：推移質輸沙量與懸移質輸沙量的比值此法的關鍵是根據(jù)流域特征選用系數(shù)β值，在一般情況下，可選用下列數(shù)值：平原河流β=0.01-0.05丘陵地區(qū)河流β=0.05-0.15山區(qū)河流β=0.15-1.00三.河流總輸沙量的估算將懸移質輸沙量與推移質輸沙量相加，即得到總輸沙量。在一般情況下，懸移質輸沙量要大于推移質輸沙量。在平原地區(qū)的大、中河流中，推移質僅相當懸移質的10-15%左右。在山區(qū)河流中，推移質大大增多，有些山區(qū)河流中的推移質可相當懸移質的70%。第六節(jié)影響泥沙數(shù)量的因素前已述及，河流中的泥沙為流域侵蝕和河道沖刷的產物，且以前者為主。因此，以下論及的影響泥沙數(shù)量的因素事實上多為影響流域侵蝕和河道沖刷的因素，尤為前者。一、氣象因素在諸多氣象因素中，影響侵蝕或泥沙數(shù)量者首推氣溫和降水。1.

氣溫地表水是侵蝕的重要動因，氣溫通過影響蒸發(fā)而影響地表水量，進而影響侵蝕或泥沙數(shù)量。圖7-7為利用大陸(不包括阿拉斯加州和夏威夷群島等)的資料繪制的不同多年平均年氣溫的多年平均年降水量－多年平均年侵蝕模數(shù)關系曲線。該組曲線表明，年氣溫越高，與年侵蝕模數(shù)的最大值相應的年降水量就越大。這是因為，氣溫升高時，蒸發(fā)增強，地表水減少，需要的降水補給地表水使之造成相同程度的侵蝕。圖7-8為利用 大陸的資料不同多年平均年氣溫的多年平均年降水量－多年平均年泥沙含量關系曲線。該組曲線表明，若年降水量一定，年氣溫越高，年泥沙含量就越大。這是因為，氣溫升高時，蒸發(fā)增強，地表水減少，故單位體積的水中的泥沙增多。2.降水降水可補給地表水促成侵蝕，此外，雨滴落下時，還可濺擊土粒和其它松散物質的顆粒，故降水可直接侵蝕地表。因此，降水為侵蝕或泥沙數(shù)量的主要影響因素。降水量對于侵蝕或泥沙數(shù)量的影響十分明顯。圖7-7表明，在一定的年氣溫下和一定的年降水量范圍內，年降水量越大，年侵蝕模數(shù)就越大；即在一定的降水量范圍內，降水越多，侵蝕越強烈，泥沙越多。降水的季節(jié)分配對于侵蝕或泥沙數(shù)量也有著重要的影響。一般來說，降水的季節(jié)性越強，即降水的季節(jié)分配或年內分配越不均勻，降水在年內越集中，地表的侵蝕就越強烈，泥沙數(shù)量也就越大。二、植被植被是影響侵蝕或泥沙數(shù)量的另一重要因素。植被越茂密，地表的侵蝕就越微弱，泥沙數(shù)量就越小。反之，植被越稀疏，地表的侵蝕就越強烈，泥沙數(shù)量就越大。三、地形流域的坡度等地形因侵蝕或泥沙數(shù)量有著顯著的影響。Fournier利用分布在全世界不同地區(qū)的78個匯水流域的資料建立了推算年侵蝕模數(shù)的經驗公式：S：年侵蝕模數(shù)(t/km2)；p：最濕月份的降水量(mm)；P：年降水量(mm)；H：流域內單位面積上的平均高差(m)；tg

：流域的平均坡度p2P在上式中，log

S

2.65( )

0.46

log

H

tg

1.56在

，Osterkamp曾試圖利用經驗公式和降水資料推估堪薩斯州的AkansasRiver匯水流域的年侵蝕模數(shù)，但他發(fā)現(xiàn)，推估結果與以實測泥沙資料推算而得的年侵蝕模數(shù)相差較大；于是，他用另一經驗公式對推估結果做了校正，校正后的結果與以實測泥沙資料推算而得的年侵蝕模數(shù)非常接近。The

Mississippi

River

Basin,

TodayOsterkamp用于校正的這一經驗公式為：校正的、僅根據(jù)年降水量推估的S1.359.5

YiaYa在上式中，Y

：“實際的”、即經校正的年侵蝕模數(shù)(t/km2)；Yi

：“理想的”、即年侵蝕模數(shù)(t/km2)；S：流域的平均坡度以上兩個實例表明，包括坡度在內的地形因侵蝕或泥沙數(shù)量的影響確實是不可忽視的。四、土壤和地質流域內土壤和地質狀況對于侵蝕或泥沙數(shù)量也有明顯的影響。土壤越疏松，巖石越破碎，侵蝕便越易發(fā)生，泥沙的數(shù)量便

越大。的面積。中、上游地區(qū)，黃土覆蓋了約40000

km2的流域及其支流的河水中，含沙量極大，其中祖歷河中游段的河水的含沙量最高，多年平均年含沙量可達500kg/m3，這除與這一地區(qū)的降水和植被狀況有關外，還與黃土非常疏松、極易 侵蝕有關。中國多年平均懸移質含沙量分布圖Wilson分析全世界1500個匯水流域的多年平均侵蝕模數(shù)數(shù)據(jù)。他發(fā)現(xiàn),當年降水量約為750

mm時,年侵蝕模數(shù)有一峰值,而造成這一峰值的資料中的相當一部分來自黃土或者黃土質土壤覆蓋地區(qū)的

。因此,Wilson

認定,這一峰值的出現(xiàn),不僅與降水狀況有關,還與下墊面物質(黃土或者黃土質土壤)的抗蝕性差有很大關系。五、河道形態(tài)包括河床縱比降及河道橫斷面面積等在內的河道形態(tài)要素也會對泥沙數(shù)量有所影響。河床縱比降越大，水流切割河床的能量越大，河道的沖刷就越強烈，泥沙數(shù)量也就越大。在河流的下游，河道橫斷面增大，河床縱比降減小，河水流速減小，泥沙逐漸堆積，故河水的含沙量相對為小。例如，

的青銅峽峽口僅寬300-400m，峽口之外，河道寬達7-8km，此外，河床趨于平緩，故洪水流出峽口之后，流速減小，水中泥沙不

斷堆積；在口外下游的石嘴山和渡口堂等水文觀測站測得的含沙量要