水文学原理-第11章 河流泥沙
泥沙流运动规律的研究与模拟
泥沙流运动规律的研究与模拟一、引言泥沙流是指河流中悬浮的泥沙颗粒在水流的作用下产生的一种流动形态。
泥沙流的产生对于河流的环境和生态产生了深刻的影响，因此泥沙流运动规律的研究对于水利工程、生态环境等领域具有重要的意义。
本文将对泥沙流运动规律的研究与模拟进行探讨。
二、泥沙流运动规律的研究1.泥沙流运动的分类根据泥沙流内部物理特点的不同，泥沙流运动可以分为四种类型：均匀流动、层状流动、密度流动和浅滩流动。
均匀流动是指泥沙颗粒的浓度相等，无论在垂直方向或水平方向上，泥沙流的浓度分布都呈现均匀的状态。
层状流动是指泥沙颗粒在垂直方向上存在着一定的分布，通常为浓密层和稀疏层的叠加。
密度流动是指由于泥沙颗粒的密度和水的密度存在差异而产生的流动，流经河道断面时呈俯冲形状态。
浅滩流动是指泥沙颗粒悬浮状态下流经浅滩时，泥沙颗粒会沉积在浅滩上，形成浅滩面上的泥沙流。
2.泥沙流运动的基本特征泥沙流运动的基本特征是泥沙颗粒的浓度、流速和底面负荷，而泥沙流的速度、浓度和质量通常分别用平均流速、平均浓度和流量来衡量。
在泥沙流的运动过程中，由于水流和泥沙颗粒之间相互作用，泥沙颗粒会发生弥散、沉淀和输移等一系列现象。
3.泥沙流运动的影响因素泥沙流运动的影响因素包括流量、流速、泥沙颗粒的大小、质量和型态等。
其中，流量和流速是泥沙流的重要参数，泥沙颗粒的大小、质量和型态是影响泥沙流输移和沉积特征的重要因素。
4.泥沙流运动的数学模型泥沙流运动的数学模型包括动力学模型和输移模型。
动力学模型是基于质量、动量和能量守恒原理建立的，用来描述泥沙颗粒在水流中的加速度和速度随时间的变化。
输移模型是基于泥沙颗粒在水流中的输移过程建立的，用来描述泥沙颗粒在水流中的输移路径和输移机制。
三、泥沙流的模拟泥沙流的模拟可以通过物理模型和数值模型两种方式进行。
1.物理模型物理模型是基于实验进行的，通常采用室内或室外的实验田进行模拟。
物理模型对实验条件要求较高，但实验仿真效果更加真实，并且可以对实验中各个参数进行实时监测和调节。
水利工程：工程水文学考试答案三
水利工程：工程水文学考试答案三1、单选水循环的途径及循环的强弱，决定了水资源的OOA.地区分布B.量与质C.时程变化D.A+C正确答案：D2、单选下面对径流系数的描述正确的是OoA∙无量纲，小（江南博哥）于1B.有量纲，小于1C.无量纲，大于1D∙有量纲，等于1正确答案：A3、单选流域最大蓄水容量Im不包括OcA.植物截留量B.填洼损失量C.土壤饱和缺水量D.河槽容蓄量正确答案：D4、问答题一次洪水中，是涨水期长还是落水期长？为什么？正确答案：•次洪水，涨水期短，落水期长。
因为降雨停止后，流域上的净雨还需要一段汇流时间才能进入河网，经过河网的汇流、调蓄才能通过水文测SA05、问答题实施水资源可持续利用发展战略有何意义？正确答案：在水资源开发利用中，应当使预期得到的社会效益和环境效益，亦即正面效益与因开发利用所导致的不利于环境的副作用，亦即负面效益相'F 衡，并力求前者稍大于后者以利人类社会的不断完善和进步。
6、单选采用一层模型计算流域蒸散量时，假定流域蒸散发量与流域蓄水量OOA.无关B.相关C.成正比D.成反比正确答案：C7、单选产生壤中流（表层流）的条件是通气层中存在相对不透水层，并且它上面土层的下渗率与该层的相比，要（）A.前者较大B.二者相等C.前者较小D.前者小于.等于后者正确答案：A8、多选不连序系列的经验频率计算常采用OA.独立样本法B.统一样本法C.经验处理法D.随机抽样法E.期望公式法正确答案：A,B9、单选蓄满产流方式，产流计算不需要计算O»A.初损量IOB.流域时段蓄水量WAtC流域时段蒸散发量EAtD∙流域时段平均雨量PAl正确答案：A10、单选根据水量平衡原理，海洋上多年平均降水量与多年平均流入的径流量之和相比，其多年平均蒸发量OβΛ.多B.少C.相等D,或多或少正确答案：C11、单选甲乙两流域除河网密度甲大于乙的外，其它流域下垫面因素和气象因素均相同，对相同降雨所形成的流量过程，甲流域的洪峰流量比乙流域的OA.峰现时间晚.洪峰流量小B.峰现时间早.洪峰流量小C.峰现时间晚.洪峰流量大D.峰现时间早.洪峰流量大正确答案：D12、问答题水文测站的观测项目有哪些？正确答案：水文测站观测项目有水位、流量、泥沙、降水、蒸发、地下水、水文、冰情、水质等。
河流动力学及泥沙
河流动力学及泥沙汇报人：日期:•河流动力学概述•河流动力学的基本原理•泥沙的基本性质•河流泥沙运动的基本规律•河流泥沙问题的解决策略与案例分析•河流动力学及泥沙研究的前沿与展望01河流动力学概述河流动力学的定义和研究内容河流动力学的定义河流动力学是研究河流运动规律和物理机制的科学，它涉及到水文学、气象学、地貌学、物理学等多个领域。
研究内容主要包括河流的流速、流量、水位、水深、泥沙输移、河床演变等，以及由这些要素组成的流域水沙循环系统的宏观过程和微观机制。
河流动力学的重要性理论意义实践意义河流动力学的发展历程起源发展现状02河流动力学的基本原理动量方程描述水流中单位时间内动量守恒的原理。
能量方程描述水流中单位时间内能量守恒的原理。
连续方程水流运动的基本方程单位时间内通过某一断面的水量，通常用立方米/秒或加仑/秒为单位表示。
河流水位与流量流量水位流速流态河流的流速与流态阻力水流运动中受到的阻力，包括摩擦阻力、涡旋阻力等。
能量消耗水流运动中能量损失的大小，通常用能量方程计算。
河流的阻力与能量消耗03泥沙的基本性质根据泥沙的组成、搬运方式和沉积特点，可分为无机泥沙、有机泥沙和生物碎屑等。
特性泥沙具有不同的物理、化学和生物特性，如粒径、形状、密度、硬度、耐磨性等，这些特性影响其搬运、沉积和地貌形成的过程。
分类泥沙的分类与特性VS泥沙的搬运与输移搬运方式输移过程泥沙的沉积与地貌形成沉积类型地貌形成04河流泥沙运动的基本规律泥沙颗粒的碰撞与粘附泥沙颗粒的离散与聚集牛顿力学模型泥沙运动的力学模型01阻力与浮力的计算公式02阻力系数与浮力系数的确定03阻力与浮力对泥沙运动的影响泥沙运动的阻力与浮力床面形态的分类与特征水沙平衡的概念及建立床面形态对河流动力学行为的影响010203泥沙运动的床面形态与水沙平衡05河流泥沙问题的解决策略与案例分析03植物防护01河道整治02疏浚与清淤河流治理与泥沙控制的一般方法水库淤积由于入库水流携带的泥沙超过了水库的调节能力，导致水库淤积。
水文学原理
第四节线性运 动波演算法
5
第五节线性扩 散波演算法
第六节线性特征河长 连续演算法
第七节马斯京根演算 法
思考题 习题
第二节冰雪水文
第一节湖泊水文
第三节湿地水文
1
第四节森林水 文
2
第五节城市水 文
3
第六节河口水 文
4
第七节河流泥 沙
5
思考题
作者介绍
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第四节土壤水分运动 方程
第五节土壤含 水量的测定
思考题
1
第一节下渗的 物理过程
2
第二节下渗理 论
3
第三节下渗曲 线经验公式
4
第四节天然条 件下的下渗
5
第五节下渗实 验与分析
思考题
习题
第二节水面蒸发
第一节基本概念
第三节土壤蒸发
第五节流域蒸散发
第四节植物散发
思考题
1
第一节径流形 成过程
2
第二节径流的 表示方法
读书笔记
读书笔记
⭐⭐⭐⭐本科上水文学原理这门课的时候，还是双语教学，用的教材是英文的，叫《Physical hydrology》 （好像是）。
目录分析
第二节水文学发展 概况
第一节水文学概念 及其分类
第三节水文现象的 基本特点与研究方
法
第四节本课程 的性质与主要
内容
思考题
第一节河流 第二节流域
精彩摘录
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水文学原理
读书笔记模板
01 思维导图
(完整word)水文学原理
水文学原理•名词解释1、水文大循环和小循环：水文循环:地球上的水在太阳辐射和重力作用下，通过蒸发、水汽输送、凝结降水、下渗及径流等环节，进行的周而复始的地理位置和物理形态的变换的运动过程。
水的三态转化特性是水文循环的内因，太阳辐射和重力作用是外因或动力。
1）水文大循环是发生于全球海洋与陆地之间的水分子交换过程。
由海洋上蒸发的水汽，被汽流带到大陆上空，遇冷凝结而形成降水.降水至地面后,一部分蒸发直接返回空中,其余部分都经地面和地下注入海洋。
2）水文小循环是指陆地上的水分经蒸发、凝结作用又降落到陆地上，或海洋面蒸发的水汽在空中凝结后，又以降水形式降落在海洋中。
前者可称为内陆小循环，后者称海洋小循环。
2、水量平衡：是指任意选择的区域（或水体），在任意时段内，其收入的水量与支出的水量之差必等于该时段区域（或水体)内蓄水的变化量，即水在循环过程中,总体上水量是平衡的。
3、流域蒸发能力：是指充分供水条件下的流域日均总蒸发量。
4、田间持水量：土壤中所能保持的分子水和毛管悬着水的最大量5、凋萎系数：植物无法从土壤中吸收水而开始凋萎枯死时的土壤含水量6、水系: 在河流运动过程中，逐渐由小溪、小河集成大河，这样便构成脉胳相通的河流系统。
7、流域形状系数：是流域分水线的实际长度与流域同面积园的周长之比，R=A/L2R:形状系数, A：流域面积（km2）；L:流域长度(km)R值小，流域呈长形,流域水流变化缓和；反之，则水流变化剧烈.8、径流模数: 指流域出口断面流量与流域面积的比值。
M＝Q/F ，m3/s·km29、水质：水体质量的简称。
水分子H2O，化学成分复杂，水中有80多种化学元素.水中有8大离子：K+、Na+、Ca+、Mg+、Cl—、SO42—、HCO3—、CO32-10、最小值定律：植物生长取决于外界给它的所需养分中数量最少的一种.11、输沙率:单位时间内通过断面的泥沙含量.Q s=QP ,Q s－悬沙输沙率(kg/s）；Q－流量（m3/s）；P－断面平均含沙量（kg/m3）12、流域蓄水容量曲线:如果把全流域按蓄水容量大小划分成许多小块，然后把蓄水容量由小到大进行排列，并和其相应的面积（%)绘在一张图上，纵坐标是蓄水容量Wm’,横坐标是小于或等于蓄水容量Wm的各小块面积之和F0占全流域面积F的百分数（F0/F）、点绘的Wm’~F0/F关系曲线，称流域蓄水容量曲线。
水文学原理 ppt课件
海洋水文学 水文气象学
陆地水文学
地表水水文学 土壤水水文学
地下水水文学
河川水文学 湖泊水文学 冰川水文学 河口水文学
按应用分 环境水文学、农业水文学、城市水文学······
二、传统水文学的内容
1.水文测验 (或水文信息采集) 2.水文预报 3.水文水利计算
第二节 水文学的发展
一、水文学简史
英文Hydrology，来源于拉丁语，“水的知识”。 经历了四个发展时期：
展进入了一个新时代，流域数学模型、水资源学、水环境 学、随机水文学相继形成。
五、发展史
• 水文学的分类
分类依据
划分的分类与分支学科
研究方法 研究对象
动力水文学、系统水文学、计算水文学、水文统计学、 随机水文学、地理水文学、同位素水文学、数字水文学 等
河流水文学、湖泊水文学、沼泽水文学、冰川水文学、 河口海岸水文学、水文气象学、地下水文学、海洋水文 学和水资源学等
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茆
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新泾河
钱 泾 口
圩角港
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青
龙
港
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崇头
崇
明
白
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水文与水资源学期末复习资料
12.设计xx：
13.设计xx包括的3个要素
14.推求设计xx的途径
第六章
1.河流泥沙的水力特征
（1）泥沙的沉降速度，指泥沙在静止清水中作等速沉降时的速度，它与泥沙的颗粒大小、形状、容重和水的黏滞性及泥沙沉降时的运动状态有关。
7.影响沟道侵蚀产沙与xx的因素
（1）降雨
（2）地质地貌Ａ岩性与构造，水分下渗所造成的水体体积膨胀、水分沿岩土体结构面运动是引起沟道边坡变形破坏、发生块体运动的主要原因Ｂ坡沟结构，坡沟结构特征对重力侵蚀的形成有较大的影响，各种块体运动的发生，往往与不同方位的结构面有关Ｃ地貌条件，主要是沟坡坡度、坡形及沟道下切特征Ｄ植被状况
（2）“门槛”作用：
降雨通过地面下渗到土壤中的那部分水量即下渗水量为I，首先在土壤吸力作用下被土壤颗粒吸附、保持、储存，成为土壤含水量的一部分，这其中的一些又要以蒸发散形式E逸出地面，返回到大气中去。
6.流域产流方式P114
（1）xx产流：
xx认为降雨径流的产生取决于两个条件：
A：降雨强度超过地面下渗能力B：
（3）平行水系：
支流与干流交汇时大体上程平行趋势，各支流汇集到流域出口的同时性较强，常产生较尖峭的洪水过程。
（4）混合状水系：
把两种以上的水系复合而成的水系称为混合状水系。
14.降水是一个地区最基本的水分来源，更是水量平衡方程的基本参数，它是一个地区河川径流的来源和地下水的主要补给来源，降水的空间分布与时间变化是形成水资源空间分布不均及年内分配不均的主要原因，也是引起洪涝灾害的直接原因。
（2）下垫面因素，主要是通过影响蒸发散和径流起作用的。
泥沙粒径的测量方法
泥沙粒径的测量方法泥沙粒径是河流、湖泊、海洋等水体中泥沙的基本属性之一，对于水文学、地质学等领域的研究具有重要意义。
本文主要介绍了泥沙粒径的测量方法，包括筛分法、激光粒度仪法、显微镜法等。
通过比较不同方法的优缺点，可以选择合适的方法进行泥沙粒径的测量。
关键词：泥沙粒径；筛分法；激光粒度仪法；显微镜法引言泥沙是指由各种岩石、矿物、有机物等经过风化、水力作用等自然力量作用下形成的颗粒状物质，其粒径大小不一。
泥沙在地球表面的各种水体中广泛存在，对于水文学、地质学等领域的研究具有重要意义。
泥沙粒径是泥沙的基本属性之一，通过对泥沙粒径的测量可以了解泥沙的物理特性，为水文学、地质学等领域的研究提供依据。
本文主要介绍泥沙粒径的测量方法，包括筛分法、激光粒度仪法、显微镜法等。
一、筛分法筛分法是最常用的泥沙粒径测量方法之一，其原理是通过将泥沙分为不同粒径级别，然后计算每个粒径级别的粒径分布。
具体步骤如下：1.准备筛分器和标准筛网。
筛分器通常由一个筛框和一组筛网组成，筛网的孔径大小应符合国家标准。
2.将待测泥沙样品倒入筛框中，然后用筛分器进行筛分。
筛分时间和筛分次数应根据泥沙粒径的大小进行调整，以保证筛分效果。
3.将每个粒径级别的泥沙重量记录下来，然后计算每个粒径级别的粒径分布。
筛分法的优点是简单易行、费用低廉，可以快速测量大量的样品。
缺点是只能测量较大的泥沙粒径，对于细粒泥沙的测量效果不佳。
二、激光粒度仪法激光粒度仪法是一种现代化的泥沙粒径测量方法，其原理是通过激光散射和衍射的原理测量泥沙颗粒的大小和分布。
具体步骤如下： 1.准备激光粒度仪和待测泥沙样品。
将泥沙样品加入到激光粒度仪的样品池中。
2.开启激光粒度仪，调整好激光的功率和测量参数，然后进行测量。
3.将测量结果转换为粒径分布曲线，并对其进行分析和处理。
激光粒度仪法的优点是可以测量较小的泥沙粒径，精度高、可靠性好。
缺点是设备价格较高，需要专业的操作技术。
三、显微镜法显微镜法是一种精细的泥沙粒径测量方法，其原理是通过显微镜观察泥沙颗粒的形态和大小来确定其粒径大小。
水文学7第七章 河流泥沙
• 推移质泥沙尽管其相对数量不多，但因其 颗粒较粗，对水利工程的危害极大。如在 解决水库淤积问题中，处理推移质泥沙的 难度往往要比处理悬移质大得多。因此对 于推移质运动的观测与研究，同样是需要 重视的。
二、河流泥沙的表示
含沙量：河水中泥沙的含量，单位为 • （一）含沙量：河水中泥沙的含量，单位为 （一）含沙量 kg／m3。 kg／m3。 • （二）输沙率：指单位时间内通过一定过水 （二）输沙率 输沙率：指单位时间内通过一定过水 断面的泥沙总量。单位为kg／ 断面的泥沙总量。单位为kg／s 或 t／s 。 • （三）输沙量：指在一定时段内通过一定过 （三）输沙量 输沙量：指在一定时段内通过一定过 水断面的泥沙总量。单位为 t 或万t 。 或万t • （四）侵蚀模数：是指每km2流域面积上，每 （四）侵蚀模数 侵蚀模数：是指每km2流域面积上，每 年被侵蚀并汇入河流的泥沙重量，单位为t 年被侵蚀并汇入河流的泥沙重量，单位为t／ （km2·a） km2·a）
2.群体泥沙的推移运动 2.群体泥沙的推移运动 河流推移质运动达到一定规模时， 河流推移质运动达到一定规模时， 河床表面便逐渐形成外形与风成 沙丘类似的起伏的水下沙波， 沙丘类似的起伏的水下沙波，称 沙波运动。 沙波运动。沙波运动是推移质群 体运动的一种主要形式， 体运动的一种主要形式，也是构 成河床地形的基本单位。 成河床地形的基本单位。
3.推移质输沙率 3.推移质输沙率 天然河道的推移质输沙能力用推移 质输沙率表示。 质输沙率表示。推移质输沙率是指单 位时间内通过河槽单宽的推移质数量， 位时间内通过河槽单宽的推移质数量， 其单位为kg/m·s kg/m·s或 /m·s。 其单位为kg/m·s或m3/m·s。如果上 游推移质来量小于本河段推移质输沙 率，就形成冲刷；反之，则发生淤积。 就形成冲刷；反之，则发生淤积。 研究输沙率的规律，判断河槽的冲淤。 研究输沙率的规律，判断河槽的冲淤。
河海大学《水文学原理》课件(第十一章)
1)流域蓄水容量曲线(Watershed water capacity curve)
N 个点,对于任意第i点，测出其包气带田间持水量(体积含水量×土层深度) W '
mi
将测到的所有
W' mi
W 从小到大排序： ' m1
Wm' 2
W ' mi
Wm' n
每个点代表的面积是已知的。
.
.. ..
.. .
Part 1 Introduction
气候、地理和下垫面特征分析
气候
地理
流域产流
下垫面
Part 1 Introduction 气候、地理和下垫面特征分析
气候 流域产流
长年干旱、蒸发 量大、土壤缺水 量大－超渗产流
下垫面
湿润地区，土壤 缺水量少－蓄满 产流
地理
Part 1 Introduction 气候、地理和下垫面特征分析
4 超渗产流的流域产流量计算 (Computation of total runoff under runoff formation in excess of infiltration)
Part 1 Introduction
A 径流
(Runoff)
B 径流形成过程
(Rainfall-Run Introduction
1-1 Runoff
1) Definition(定义)
降落在流域上的具有一定时空分布的降水，扣除损失后，在重力作用下，从地 面和地下向流域出口断面汇集的水流现象称径流。
Part 1 Introduction
1-1 Runoff
1) Definition(定义)
1) 现象描述
水文学原理试题及答案
水文学原理试题及答案一、选择题。
1. 水文学是研究水文现象的科学，其研究对象是（）。
A. 地表水和地下水。
B. 河流和湖泊。
C. 雨水和蒸发。
D. 冰川和冰雪。
答案，A。
2. 下列属于水文学研究的内容是（）。
A. 河流泥沙运移。
B. 河流水质。
C. 河流水位变化。
D. 以上都是。
答案，D。
3. 水文学研究的主要任务是（）。
A. 揭示水文现象的规律。
B. 预测水文变化。
C. 水资源管理。
D. 以上都是。
答案，D。
4. 水文学的基本原理是（）。
A. 水的循环。
B. 水的地下运移。
C. 水的地表径流。
D. 水的蒸发。
答案，A。
5. 下列属于水文学研究方法的是（）。
A. 实地观测。
B. 数学模型。
C. 实验室模拟。
D. 以上都是。
答案，D。
二、填空题。
6. 水文学研究的基本原理之一是水的（）。
答案，循环。
7. 水文学研究的主要任务之一是（）水文变化。
答案，预测。
8. 水文学研究的内容之一是河流的（）运移。
答案，泥沙。
三、简答题。
9. 请简要说明水文学的研究对象及主要任务。
答案，水文学的研究对象包括地表水和地下水，主要任务是揭示水文现象的规律，预测水文变化，进行水资源管理。
10. 请简要说明水文学的基本原理是什么。
答案，水文学的基本原理是水的循环，即水在地球大气圈、地表圈和地下圈之间不断循环运动。
四、综合题。
11. 请结合具体实例说明水文学的研究方法及其在实际中的应用。
答案，水文学的研究方法包括实地观测、数学模型和实验室模拟。
比如，通过对河流水位、水质和泥沙运移等进行实地观测，建立数学模型预测洪水发生的可能性，以及通过实验室模拟研究水文现象的规律。
这些方法在实际中可以帮助我们更好地了解水文现象，预测水文变化，保护水资源，防止水灾等。
结语。
水文学作为一门重要的地学科学，对于我们认识地球水资源、预测水文变化、保护水环境等方面具有重要意义。
希望本文所述的水文学原理试题及答案能够帮助大家更好地理解水文学的基本概念和原理，提高对水文学知识的掌握程度。
河流悬移质泥沙测验规范
河流悬移质泥沙测验规范河流悬移质泥沙的测验是指测定河流的悬移质的物理性质及化学性质，也可以称之为河流悬移质测验规范。
近几十年来，河流悬移质的测验技术在水文学、环境科技等领域取得了重大进展，并在污染防控、水资源保护等领域有着重要的应用价值。
本文分析了河流悬移质的测验原理，并提出了河流悬移质测验规范的具体要求。
一、河流悬移质测验原理河流悬移质测验技术的基础是河流悬移质与流体流动性状态之间关系的综合研究。
测验原理可总结为三点。
1.流体流速、浓度和悬移质物理性质之间的关系：悬移质的浓度以重力线形式表示，悬移质的大小和形态及流速、浓度之间存在一定的关系，测量这种关系可以对悬移质的类型和量进行判断。
2.悬移质物理及化学性质之间的关系：悬移质的类型及量与它的物理及化学性质有着密切的关系，如悬移质的颗粒度、溶度、表面张力、离子强度、旋光率等物理、化学及毒理性质。
3.水体污染物的移动及其与流体特性的关系：污染物的迁移与流体的特性密切相关，如流速、浓度、粒径、温度及污染物的分解情况等。
测量污染物移动情况可以了解污染物的源、转移及河流水质的变化趋势。
二、河流悬移质测验规范1.采样要求：根据测量河流悬移质的要求，采样方法可分为取表面样和取深底样两种，测试时需尽量采用多点多次采样，最少采样三次以上。
2.样品容器要求：采集及运输悬移质样品时应选用不含氯离子、不会形成腐蚀性氢气的容器。
3.测验参数：测验中测量的悬移质参数涉及大小、形态、物理性质、化学性质等多个方面，如悬移质粒径、密度、浊度、水分、溶解性气体、酸碱度、离子强度、表面张力、各种溶解无机离子等。
4.检测方法：悬移质的测试可采用原子吸收、紫外分光光度折射、荧光分析、胶体金电泳等测试方法。
三、结论河流悬移质的测验是河流水质的重要监测技术，它不仅能够反映河流悬移质的状态，而且在污染防控等领域具有重要的应用价值。
依据河流悬移质测验规范，每一次测量应采用多点多次采样，并以容器要求、测验参数、检测方法等为基础，不断完善和提高河流悬移质测验技术，以保障河流的正常运行。
水文学原理课件
目录 Contents
• 水文学概述 • 水文循环与水体 • 水文要素及其测量 • 水文学研究方法 • 水文学应用 • 未来水文学研究展望
01
水文学概述
水文学的定义与研究对象
定义
水文学是研究地球上水的起源、 分布、循环、物理化学性质及水 与环境相互关系的科学。
研究对象
包括大气水、地表水、地下水、 冰川、湖泊、河流、水库、土壤 水、近海水域和生物体内的水等 。
水资源调查与评价
通过水文监测、水文实验、水文计算等手段，对水资源的数量、质量、
时空分布等进行全面调查和评价，为水资源管理提供科学依据。
02 03
水资源规划与配置
根据社会经济发展需求、生态环境保护要求以及水资源条件，制定水资 源开发利用和保护的规划，合理配置和调度水资源，以满足生产、生活 和生态用水的需求。
水权与水市场管理
通过建立水权制度，明确水资源产权关系，规范水资源的取用、转让和 交易行为，发挥市场机制在水资源配置中的作用，促进水资源的节约、 保护和高效利用。
水利工程设计与建设
水利工程规划
根据河流流域的水文、地形地貌、 气候等自然条件以及社会经济状 况，进行水利工程的规划设计， 以满足防洪、灌溉、发电、供水
流向
流向是指水流的方向，可 以通过流向仪进行测量。
水温、水质、水深的测量
水温
水温是指水体的温度，可 以通过温度计进行测量。
水质
水质是指水体的物理、化 学和生物特性，可以通过 水质监测仪进行测量。
水深
水深是指水体的深度，可 以通过水深测量仪进行测 量。
04
水文学研究方法
实地调查法
总结词
实地调查法是水文学研究中最基础的方法之一，通过实地考察和测量获取第一手 数据。
水文学原理-11-13章
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。 坡面侵蚀从形态可划分为层状侵蚀、浅沟侵蚀、沟壑侵蚀、陷 穴侵蚀、滑坡或崩塌。
式中：
e 为孔隙比，即沉积泥沙中孔隙体积与沙粒体积的比值。
0与 s之间存在下述关系： 0 s /( 1 e )
3、河流泥沙的粒径 D ——由于中等以上泥沙颗粒近似于球体， 所以采用容积与泥沙颗粒容积相等的球体直径来表征泥沙粒径。如 1 3 果沙粒容积为V，其等容粒径D为： D 6V 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： D a b c 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的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。
（一） 沼泽的形成
沼泽的形成和发展，一般是在温湿和冷湿气候、平坦和低 洼的地形条件下，有利于它的形成和发展。沼泽地段的自然条
扬大水文学原理Ch11-12
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。
态：当 Py W时，沙粒将悬浮于水流 中；当T、Px和Py对A点的顺时针 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。
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
合力
T 对泥沙运动进行理论分析时，通常假定运动沙
（1）半日潮——在一个太阴日内发生两次高潮和两次低潮，而且这两个高潮和两个低 潮的潮差和涨落潮时几乎相等，潮位过程为对称的余弦曲线。
（2）全日潮——在一个太阴日内，只有一次高潮和低潮。 （3）混合潮——又分为不规则半日潮和不规则全日潮两类。不规则的半日潮是指在一 个太阴日内也有两次高潮和两次低潮，但潮差不等，涨潮时和落潮时也不等；不规则全日 潮则是在一个太阴日内，出现一次高潮和一次低潮，但涨落潮历时不等，不像全日潮那样 规则。在半个太阴月中大多数太阴日为不规则半日潮，而不规则全日潮的天数不超过7天。
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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，对河流水文情势、 河流发育以及河床演变影响极大。鉴于我国大多数河流挟带 泥沙，兴修水利工程（防洪、航运、灌溉、发电、港口码头） 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状况。
2020年2月1日
21
上述泥沙粒径频率分布曲线与泥沙粒径累积频率分布曲线统称为泥 沙粒径级配曲线。 天然河流河床的泥沙粒径级配曲线形态会因河流类型不同而不同。
许多山区河流河床泥沙粒径频率分布曲线存在明显的双峰，一个 峰对应粗卵石和细砾石，另一个峰对应粗砂，相应累积频率曲线 呈现为板凳状。这是因为除了较难冲动的粗大卵石以外，细小的 砂子可以填塞到粗大卵石组成的骨架空隙中，冲刷较少，因而含 量较高。当然也有的山区河流床的泥沙粒径频率分布曲线只有一 个单峰。
2020年2月1日
29
比重——固体泥沙颗粒重量与同体积4℃水的重量之比。无量纲，
一般泥沙比重：=2.65
有效容重系数（有效密度系数）：泥沙在水中运动状态，既与泥沙
容重有关，又与水的容重有关，在分析计算时，常出现相对数值，为
简便起见，常取a=1.65.
a s
a s
4
1、坡面侵蚀 流域表层的土壤或岩石碎屑在风吹日晒、水冲以及地球重力的 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。 坡面侵蚀从形态上又有层状、沟状、陷穴、滑坡、塌岸等侵蚀 类型。
2020年2月1日
当降水发生在较为平整、植被 较差的坡面上所形成的漫流会 将土壤或岩石碎屑成层剥蚀， 即层状侵蚀。
2020年2月1日
9
河道的纵比降、河段局部地形因为改变水流条件而使河槽冲淤发生 变化，也就改变了河中水流挟带泥沙的状况。 破坏林地、陡坡开荒、开矿采油等人类活动会改变地表条件，加大 侵蚀而导致河流泥沙增大；而流域治理、兴建淤地坝、植树造林等活 动则可改善地表状况，减小侵蚀及河流泥沙。
2020年2月1日
均方差s ：表示泥沙组成的非均匀程度,＝0均匀，越大越不均
匀，反映沙样粒径的变化范围大小。
ln D84.1 D15.9
2020年2月1日
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分选系数(非均匀系数)S0：仍表示泥沙组成的非均匀程度，＝
1均匀，越大越不均匀 。
S 0 D75 D25
⑸Dm与 D50的关系：
Dm
计算测量方法
1
1
① 测定泥沙颗粒的重量（或体积）
D
6V
3
6W s
3
② 将泥沙看成椭球体，直接测量其长轴a、中轴b、短轴c
用其算术平均值表示粒径
D a b c/ 3
用几何平均值表示粒径
D 3 abc
2020年2月1日
14
筛分粒径：对于三轴长度在表范围
（2）泥沙的重力特性 密度：——颗粒单位体积内所含的质量。国际单位：千克/米3 kg/m3 ；克/米3 g/m3 ；工程单位：吨/米3 t/m3，公斤/米3 kg/m3；一般泥沙密度：=2650 kg/m3; 容重（重度）：——泥沙颗粒实有重量与实有体积的比值。国际单 位：牛/米3 N/m3 ；工程单位：吨力/米3 tf/m3，公斤力/米3 kgf/m3；一般泥沙容重：=25970N/m3=26 kN/m3=2650 kgf/m3;
D50
exp
2
2
ln D84.1 D15.9
均匀沙s =0，Dm＝ D50；非均匀沙s >0， Dm>D50 。
虽然泥沙中值粒径与几何平均粒径并不完全相等，但其差别一般 不
大，所以可以用泥沙中值粒径近似代替几何平均粒径。
二
2020年2月1日
26
B、孔隙率与孔隙比 孔隙率n：沙样中孔隙的体积与沙样总体积之比。 n=V孔/V总 孔隙比e：沙样中孔隙的体积与沙样颗粒体积之比。e=V孔/(V总- V孔)
10
二、河流泥沙的特性与运动 1、泥沙特性
（1）泥沙的几何特性：泥沙的粒径（泥沙粒径、泥沙粒径分 级法、泥沙粒径分布的描述方法）、孔隙率与孔隙比 （2）泥沙的重力特性 2、泥沙运动特性分析 3、悬移质泥沙运动规律 4、推移质泥沙运动规律
2020年2月1日
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1、泥沙特性 （1）泥沙的几何特性 A、泥沙的粒径： 泥沙颗粒的大小一般用粒径（size）来表示，（或：粒度）。常用 的粒径表示定义和计算方法有三种： 等容粒径 筛分粒径 沉降粒径
D1
内的泥沙颗粒，一般可以通过标准
筛确定泥沙颗粒的大小，称为筛析
D2
法。标准筛由若干层不同规定尺寸
孔径的筛网组成，并赋予相应的筛 号。
筛析法示意图
2020年2月1日
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沉降粒径（沉径）：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，如：比重计法、粒径计法、吸管法 等。这些方法的基本原理是，首先测量出泥沙颗粒在静水中的沉速， 然后求出与泥沙颗粒密度相同、在水中沉速相等的球体的直径，以此 直径作为泥沙颗粒的沉降粒径。
5
若坡面起伏较大，水流向低洼处聚集，地面出现沿坡浅沟，这时即为浅沟 侵蚀；浅沟加深扩展而形成沟壑时称为沟壑侵蚀。
2020年2月1日
6
2020年2月1日
6
黄土地区，渗入土壤的雨水会 将黄土中的碳酸钙溶解形成孔洞， 水流沿孔洞运动而带走土壤，使 之扩展成洞穴，直至洞穴周围土 体不能支撑上部重量时，就下坍 而成陷穴，这一过程即为陷穴侵 蚀。 坡地表面成片、成块滑落称为 滑坡或者崩坍。
2020年2月1日
12
泥沙颗粒的大小，通常以颗粒直径来表示，简称粒径，其符号为D （或d），单位mm。
泥沙粒径测量和计算方法有三种：
尺量法 （称重法，适用于卵石以上的较大颗粒）
等容粒径
筛析法
（适用于砾石、沙粒）
筛分粒径
水析法 （沉降法，适用于粉沙、粘土）
沉降粒径
2020年2月1日
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等容粒径：河流泥沙由大小不一，形状各异的众多颗粒组成。较粗 颗粒由于相互碰撞及摩擦而呈圆形或椭圆形；较细泥沙颗粒由于碰 撞摩擦少而呈极不规则棱角形状。由于中等以上泥沙颗粒近似于球 体，故采用容积与泥沙颗粒容积相等的球体直径来表征泥沙粒径。
2020年2月1日
2020年2月1日
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天然沙孔隙率的一般规律(影响因素) 粒径：沙样越粗，孔隙率越小。粗砂：39～40％；中沙：41～48％； 细沙：44-49％；粘土絮凝后可达90％ 均匀程度：均匀沙的孔隙率最大 形状：圆滑的、棱角不分明的沙样孔隙率较小 沉积时间：越长，孔隙率越小
2020年2月1日
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1 n
Dm 100 i1 Di pi
2020年2月1日
24
Dmg——几何平均粒径，即粒径取对数后进行平均运算，最终求
得的平均粒径值称为几何平均粒径。反映沙样的代表粒径
1 n
ln Dmg
100
ln Di
i 1
pi
1 n
Dmg
exp( 100
i 1
ln Di
pi )
到远处再降落到河中。这也是河流泥沙的来源之一，但比重极小。
4、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。
泥石流会使得河流中的泥沙量骤增。
2020年2月1日
8
5、影响河流泥沙含量的因素 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。
气温、降水、湿度、风力等气候因素对河流泥沙影响很大。一般而 言，降雨强度低，坡面径流小，土壤侵蚀也小；而降雨的强度高而集 中，则侵蚀量大，会使河流泥沙增多；气温、湿度、风力等因素与植 被状况关系密切，也会间接影响河流泥沙含量。 下垫面因素，如地表坡度、土壤结构、地质条件、植被状况也都影 响河流泥沙。地势平缓且植被良好的流域，河流泥沙含量小；地形起 伏且植被差的流域，河流泥沙含量较大。黄土区因土壤疏松又富含碳 酸钙，抗侵蚀力低，易于被暴雨径流冲刷，而使河流泥沙含量大。沙 质土区域则由于雨水易于下渗，坡面径流冲刷作用小，但风蚀又较为 突出。
2020年2月1日
7
2、河槽冲刷
河道中水流冲刷河底或两岸的土壤或岩石，均称为河槽冲刷。
河流上、中游，河底冲刷使河床下切是侵蚀主要形式。河流下游，
水流主要是冲刷岸滩，使河道断面变形。河槽冲刷增大了河水的
含沙量。
3、风沙沉积
强风吹过沙源区，会卷起地表泥沙颗粒。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
2020年2月1日
20
2020年2月1日
20
②泥沙粒径累积频率分布曲线 泥沙粒径累积频率分布曲线是泥沙粒径频率分布曲线的积分曲线。需要在 专门的坐标纸上绘制，坐标纸一般用横坐标表示泥沙颗粒粒径大小，纵坐标 表示小于某一粒径di的泥沙质量(或颗粒数目)与泥沙总质量(或总的颗粒数 目)的百分比。 根据坐标纸坐标轴刻度绘制方法的不同，又可以将坐标纸划分为两种：一 种是半对数坐标纸，横坐标采用的是对数坐标，纵坐标与通常坐标一样均匀 划分；另一种是对数一概率坐标纸，横坐标采用对数坐标，纵坐标根据正态 分布规律绘制。
2020年2月1日
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对于平原河流，一般河床泥沙粒径频率分布曲线只有一个单峰，而 且河床泥沙粒径对数值常接近正态分布，其粒径累积频率分布曲线绘 制在对数～概率坐标纸上基本上呈一条直线。
2020年2月1日
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D、粒径分布的特征值 上限粒径——在总沙样中占某重量百分数的泥沙的上限粒径。如 D5,D10,D50等等。 D50——中值粒径，小于该粒径和大于该粒径的泥沙颗粒各占50%。 Dm——平均粒径，即各粒径组平均粒径的重量百分比的加权平均值。