关于河流泥沙的几个问题与解答(课后思考题)

河槽侵蚀：河道水流在奔向下游的过程中，水流与河床相互作用，沿程要不断地冲刷当地河床和河岸，引起河床冲刷和河岸崩塌使水流挟带泥沙，以补充水流挟沙之不足。从上游河槽冲刷而来的这部分泥沙，随同流域地表侵蚀而来的泥沙一道，构成河流输移泥沙的总体，一般情况下,这种泥沙在河流悬移质泥沙中处于次要地位,但河流条件发生了变化,有时则成为河流泥沙的主要来源。
黄河下游冲积平原型河道,测验河段的泥沙分布特性,不单取决于本断面的水流挟沙能力的横向分布,而且,在很大程度上受其上游河道的平面几何形态和水流结构影响,因此经常出现最大水深、流速和含沙量三者不相应的分布情况,完全不同于人工渠道中的分布规律。要通过不同水沙条件下的测站特性分析,弄清三者的位置。输沙率测验时,在最大水深流速和含沙量处,均应布设测沙垂线。
河流泥沙的影响因素
就河流形成的整个历史过程来看,河流中运动的泥沙是从流域地表冲蚀而来的.也就是说河流泥沙是土壤侵蚀或称水土流失的结果。土壤侵蚀是指在地表层内,外应力及人类生产活动作用下,地表土壤及其母质发生的侵蚀、输移及沉积的过程。土壤侵蚀的方式可分为:水力侵蚀、重力侵蚀、风力侵蚀、溶解侵蚀等,而一般以水力侵蚀和重力侵蚀最为突出。土壤侵蚀可分为两类：自然侵蚀和加速侵蚀。自然侵蚀是在人类前的地史时期,在构造运动等所造成古地形基础上进行的侵蚀作用.加速侵蚀是人类生产活动所引起的侵蚀，
悬移质输沙率测验的方法
断面输沙率测验的目的是建立单沙与断沙的关系或者说是悬移质输沙率与流量之间的关系，以便由单沙和流量资料推求悬移质输沙率变化过程。
测验方法如下：
布置测沙垂线→测量垂线含沙量→测验单沙→悬移质输沙率计算
悬移质输沙率测验方式的利用必须始终符合流量加权相关原理与测验数据精度的基本要求。
在布设测沙垂线时，需要考虑的问题
流速在垂线上及在断面上的分布规律
影响因素：糙率、冰冻、气流、水深、水草生长情况、河床地形、河床组成物、潮汐、上下游河道形式等
垂线分布特性：河流流速的垂线分布受很多因素的影响，经验拟合垂线流速分布主要包括以下几类：对数形式、指数形式、抛物线形式、椭圆形式、反双曲线正切形式以及紊流随机理论推导出来的流速分布公式等几类。由于指数与对数形式的流速分布公式节后相对简单，与实测资料吻合较好，应用较为广泛。
显而易见,土壤侵蚀与地面植被率、土壤母岩抗蚀能力、地表坡度、暴雨强度、自然外营力作用以及人类活动密切相关。
严重的水土流失将导致山地无肥、河流成为悬河、人工水库和湖泊被淤,水电站面临泥沙磨损过流部件及堵管的威胁。
河流泥沙与泥沙测验的联系（泥沙测验的必要性）：
天然河流挟带的泥沙，直接影响河道的演变，也影响着人类的发展。世界上很多河流挟带的泥沙，形成的冲积平原、河谷和河口地区的三角洲大多是工农业发达地区；同时，河床泥沙也可作为自然资源加以利用，例如，可以改良土壤和作为建筑材料等。但河流泥沙也给人类带来了一定的问题，例如，泥沙在河渠、湖泊和水库等淤积，常给防洪、发电和航运等造成困难；河床冲刷、水土流失会使生态失去平衡。为达到兴利除害、解决泥沙问题，必须系统地掌握河道泥沙信息，掌握时空ห้องสมุดไป่ตู้化规律，因此，进行泥沙测验是十分必要的。
悬移质输沙率测验的原理
悬移质输沙率测验的原理是：
式中，B,h分别为水面宽和水深， ， 分别为测点的流速和含沙量； 为测点输沙率或单位输沙率； 分别为单宽流量和单宽输沙率； 为垂线平均含沙量。
在实际应用中:
式中：n， 分别为垂线数目和垂线上测点数目； ， ， 分别为相邻两条测沙垂线间的部分平均含沙量和部分流量、部分输沙率。
关于
河流泥沙的来源
流域侵蚀：降水形成的地面径流，侵蚀和冲刷流域地表，部分土壤随水进入河中，造成水土流失，携带大量泥沙直下江河。。根据其颗粒粗细和沿程水流挟沙能力强弱的不同,粗颗粒泥沙在上中游沿程积下来,细颗粒泥沙一时不能沉积,则被水流挟运到下游。流域地表的侵蚀程度与气候、土壤、植被、地形地貌及人类活动等因素有关。如若流域气候多雨、土壤疏松、植物覆被差、地形坡陡以及人为影响如毁林垦地现象严重等，则流域地表的侵蚀就较严重，进入江河的泥沙量就多。
悬移质的横向分布特性是测沙垂线布设的基础，但因天然河道中的泥沙横向分布十分复杂，至今尚未建立半经验或经验的模型。
测沙垂线的布设应根据断面含沙量的主要因素布设，在黄河支流因暴雨洪水而形成的高含沙水流,几乎全系冲泻质,相对垂线的平均含沙量的横向变幅小，但在黄河下游干流床沙质的变幅增加，对于兼作泥沙颗粒分析的悬移质输沙率及单沙测脸,其测沙垂线数目或布设位置,应根据床沙质的这种分布情况而定。
悬移质泥沙在垂线上及断面上的分布规律
垂线分布特性：悬移质含沙量在垂线上的分布,一般是自水面向河底逐渐增加,近河底处含沙量最大。垂线含沙量的分布还随着泥沙颗粒大小的不同而变化,底部的粗沙较上层多,且粗沙的垂线分布不均匀,而泥沙愈细垂直分布就愈趋均匀。
横向分布特性：悬移质含沙量沿断面的横向分布,受河流特性、泥沙特性和水力条件等因素影响而变化,含沙量较小时,横向分布将随流速及水深的横向变化而变化。单式断面上如河道顺直、水深较大，则含沙量横向分布比较均匀。在复式断面上或有分流漫滩、水深较浅、冲淤频繁的断面上，含沙量的横向分布将随流速及水深的横向变化而变化。
横断面上的分布特性：岸边流速最小，水面流速、近两岸变的流速小于中泓流速。水深最大处水面流速最大，垂线平均流速畅流期出现在水面至相对水深0.2米的范围；封冻期向下移至半米深处。
流速分布与悬移质泥沙分布规律的不同点：
垂线上分布比较：流速分布水面流速、近两岸变的流速小于中泓流速，悬移质分布是受重力作用，越接近河床，悬移质分布越大。
在高含沙时,含沙量的横向分布则为均质分布，我省北部大都为黄土山区,特别是黄河流域,水土流失严重,洪水时期多为高含沙水流,根据以上分析，在高含沙量时,不论是垂线分布或横向分布其含沙量均具有均质分布的特点，这是源于黄河流域多为黄土,颗粒较细。再加上这些地区暴雨集中、强度大、流域坡度陡、坡面和沟道侵蚀强烈,中小流域的土壤侵蚀量与支流的输沙量接近,泥沙几乎没有什么沿程交换。高含沙水流的泥沙运动不仅受紊动水流垂直分力和水平分力的作用,同时受水流的冲击力很大,水流挟沙能力增大。泥沙在河床内几乎没有沉积,递送比接近于1。高含沙时,泥沙细颗粒含量较多,密集的细颗粒泥沙很容易形成以细颗粒泥沙的絮凝结构为骨架的蜂窝状结构体,使粗细颗粒形成具有一定刚性的整体,这样极大地削弱了包括粗沙在内的泥沙的重力作用,这也是泥沙成为均质分布的一个重要原因。
在布置测沙垂线时总的原则是能控制含沙量沿河宽的转折变化；能满足输沙率测验精度的要求。测沙垂线布设方法和测沙垂线数目，应由试验分析确定。
在未经试验分析前，可采用单宽输沙率折点布线法。一般情况下，其分布应为大致均匀，中泓密，两边疏，以能控制含沙量横向变化转折，正确测定断面输沙率为原则。测沙垂线数目，一类站不应少于10条，二类站不应少于7条，三类站不应少于3条。断面与水流稳定的测站，测沙垂线应该随测速垂线一起固定下来。用全断面混合法测输沙率时，测沙垂线的数目和位置应按全断面混合法的要求布置。
横断面上的分布：流速分布岸边流速接近于0，水深最大处水面流速最大，悬移质分布脉动强度比流速大，岸边流速趋近于零，而含沙量却不趋近于零，所以，含沙量的横向分布变化较流速横向分布相对变化小且河流的悬移质泥沙颗粒越细，含沙量的横向分布就越均匀。一般在中泓处含沙量最大，但对于漫滩河流，滩槽含沙量比主槽含沙量大，导致了全断面的含沙量降低，滩地含沙量大于中泓处。
布设测沙垂线的具体方法主要有三种。
1）等水面宽中心线法，即均匀布线法。
2）等流量中心线法。对断面冲淤变化大、主流不稳定的测站，宜用等流量中心线法布设测沙垂线，且便于使用全断面混合法测输沙率。
3）固定垂线法。对于主流稳定、河床冲淤变化小的测站，测沙垂线和一部分测速垂线位置相同，可随流速垂线固定。我国大部分水文站系按固定垂线布设测沙垂线。