第十章河流泥沙及河川过程PPT课件
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
环境水文学之
第十章 河流泥沙及河床演变
概述
泥沙量是流域管理和水资源管理的重要信息，过 高的泥沙量会对水质、水生动物、农林业和环境 的非典源污染、河道、水库等基础设施造成影响。
泥沙的搬运和沉积涉及到复杂的河床演变过程及 其动力学，人们对许多过程缺乏认识。
第一节 河流泥沙
一、河流泥沙的来源
1. 流域侵蚀
2、按泥沙的运动态式分
静止：床沙 运动
推移质 悬移质
河流泥沙的表示
1、含沙量：河水中泥沙的含量，单位为kg／m3。 2、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／s或t／s 。 3、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 。 4、侵蚀模数：是指每km2流域面积上，每年被侵蚀
五、河流的总输沙量
1、多年平均年悬移质输沙量的估算
（3）资料缺乏的情况
五、河流的总输沙量
2、多年平均年推移质输沙量的估算
系数法：考虑推移质输沙量与悬移质输沙量之间具有 一定的比例关系，在一定的地区和河道水文地理条件 下相当稳定，可用系数法计算：
五、河流的总输沙量
3、河流总输沙量的估算
某断面的多年平均年输沙总量，等于多年平均 悬移质年输沙量与多年平均推移质年输沙量之 和。
起动流速:泥沙原来在河床上是静止不动的，如果接近河 底的水流速度增加到一定数值时，作用于泥沙颗粒的力开 始失去平衡，泥沙便开始起动，这时的临界流速称为起动 流速（Vc）。泥沙的起动标帜着河床冲刷的开始，即起动 流速是河床不受冲刷的最大流速，又称允许流速。
止动流速:泥沙停止时的临界流速称为泥沙的止动流速.泥 沙的起动流速一般为止动流速的1.2-1.4倍。
3、悬移质运动
（3）河流总输沙量
应为推移质与悬移质输沙量之总和。由于推移质输沙 量的实测较难,并缺乏完善的推算方法,而且推移质输 沙量在总输沙量中所占比例很小往往被忽略不计。
因此,除了山区河槽或水库坝上游等特定河段外,平原 河流冲淤计算中,以悬移质输沙量代替总输沙量。
4、高含沙水流的群体泥沙运动
降雨形成的地表径流
2. 河槽冲刷
河底冲刷 河岸冲刷
二、河流泥沙的特性
1. 几何特性：形状、粒径及其组成 2. 重力特性：容重和密度（干、湿） 3. 沉降特性：在水中下沉的状态及其速度
三、河流泥沙的分类和表示方法
1、按照泥沙粒径大小分
1994年，水利部颁发的《河流泥沙颗粒分 析规程》，规定河流泥沙按下表分类。
并汇入河流的泥沙重量，单位为t／（km2·a）
四、河流泥沙的运动
1、泥沙的水力特性
河流泥沙的运动不仅与水力条件、水流结构有关，而 且也与泥沙特性有关。泥沙特性包括颗粒的大小、形 状、容重及泥沙的水力特性。
当下沉速度达某一极限值时,阻力与重力恰好相等,则泥 沙以均匀速度下沉,这时泥沙的运动速度称为泥沙的沉 降速度(ω,cm/s)。沉降速度可表达泥沙直径的大小， 故沉降速度也称泥沙的水力粗度。影响因素有泥沙颗 粒直径d,泥沙容重rs,水流的紊动强度等。
但由于：（1）推移质输沙量的实测较难，并缺乏完善 的推算方法，（2）推移质输沙量在总输沙量中所占比 例很小（尤在平原河流中），故它往往被忽略不计。
六、影响泥沙数量的因素
河流泥沙的主要来源是流域表面的侵蚀和河床的 冲刷，而泥沙的多少和流域的气候、植被、土壤、 地形因素有关。
泥沙沉速的基本公式为：
ρs及ρ分别为泥沙和水的密度； g为重力加速度； cD为阻力系数，阻力系数与流态有关。
2、推移质运动
（1）单粒泥沙的推移运动
泥沙的起动条件:在分析河槽的冲刷特性时，必 须先弄清泥沙的起动条件。据观察，颗粒大的 泥沙或砾石，在起动时，常常是单粒地滑动或 滚动；颗粒较细的泥沙在起动时往往是成片滚 动或跃动。
2、推移质运动
（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。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，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。研究输 沙率的规律，判断河槽的冲淤。
3、悬移质运动
悬移质是泥沙运动的主要方式之一。冲积平原河 流所挟带的泥沙中,悬移质占绝大部分,有些山区 河流悬移质也可占很大比重.紊动和重力作用是主 要因素。
扬动流速:当流速增大到一定程度后,泥沙不再回到河床上, 而悬浮在水中随水流一起下移，这时的水流速度称为扬动 流速，它是泥沙从推移到悬移运动的一个参数。
2、推移质运动
（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， 称沙波运动。沙波运动是推移质群体运动的一种 主要形式，也是构成河床地形的基本单位。
含沙量很高的河流，在汛期常出现一种特殊的高浓度输沙情况,一般 当含沙量超过500kg/m3后,泥沙的悬浮不再是分散的单个颗粒悬移,而 是组成絮凝结构体,即转化为流动的均质浆体,而进行群体运动。
高含沙水流的群体泥沙运动主要特点是:运动模式、悬移运动、推移 运动、浆河现象、揭河底现象。
总之，高含沙水泥在水流性质、运动及输沙特性上，都和一般水流有 本质差异。高含沙水流的研究，在河流含沙量居世界首位的我国的治 河事业中，有着特殊重要的意义。
3、悬移质运动 （1）悬移质的分布与变化
悬移质含沙量沿垂线的分布 悬移质含沙量在断面内的分布 悬移质含沙量沿河流纵向变化 悬移质含沙量随时间的变化
Fra Baidu bibliotek
3、悬移质运动
（2）水流的挟沙能力
单位水体积的饱和含沙量称为水流挟沙能力。当上游 来水中实际含沙量超过本河段水流挟沙能力时,河槽就 会淤积,相反则发生冲刷, 两者相适应处于输沙平衡状 态。在河槽冲淤计算中必不可少。
2002年7月10日，黄 河小北干流（山西 和陕西河段）山西 河津段大、小石嘴 区间出现了百年奇 观“揭河底”，河 底的淤积物如同地 毯一样被水流卷起。
五、河流的总输沙量
1、多年平均年悬移质输沙量的估算
（1）具有长期资料的情况
五、河流的总输沙量
1、多年平均年悬移质输沙量的估算
（2）资料不足的情况
第十章 河流泥沙及河床演变
概述
泥沙量是流域管理和水资源管理的重要信息，过 高的泥沙量会对水质、水生动物、农林业和环境 的非典源污染、河道、水库等基础设施造成影响。
泥沙的搬运和沉积涉及到复杂的河床演变过程及 其动力学，人们对许多过程缺乏认识。
第一节 河流泥沙
一、河流泥沙的来源
1. 流域侵蚀
2、按泥沙的运动态式分
静止：床沙 运动
推移质 悬移质
河流泥沙的表示
1、含沙量：河水中泥沙的含量，单位为kg／m3。 2、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／s或t／s 。 3、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 。 4、侵蚀模数：是指每km2流域面积上，每年被侵蚀
五、河流的总输沙量
1、多年平均年悬移质输沙量的估算
（3）资料缺乏的情况
五、河流的总输沙量
2、多年平均年推移质输沙量的估算
系数法：考虑推移质输沙量与悬移质输沙量之间具有 一定的比例关系，在一定的地区和河道水文地理条件 下相当稳定，可用系数法计算：
五、河流的总输沙量
3、河流总输沙量的估算
某断面的多年平均年输沙总量，等于多年平均 悬移质年输沙量与多年平均推移质年输沙量之 和。
起动流速:泥沙原来在河床上是静止不动的，如果接近河 底的水流速度增加到一定数值时，作用于泥沙颗粒的力开 始失去平衡，泥沙便开始起动，这时的临界流速称为起动 流速（Vc）。泥沙的起动标帜着河床冲刷的开始，即起动 流速是河床不受冲刷的最大流速，又称允许流速。
止动流速:泥沙停止时的临界流速称为泥沙的止动流速.泥 沙的起动流速一般为止动流速的1.2-1.4倍。
3、悬移质运动
（3）河流总输沙量
应为推移质与悬移质输沙量之总和。由于推移质输沙 量的实测较难,并缺乏完善的推算方法,而且推移质输 沙量在总输沙量中所占比例很小往往被忽略不计。
因此,除了山区河槽或水库坝上游等特定河段外,平原 河流冲淤计算中,以悬移质输沙量代替总输沙量。
4、高含沙水流的群体泥沙运动
降雨形成的地表径流
2. 河槽冲刷
河底冲刷 河岸冲刷
二、河流泥沙的特性
1. 几何特性：形状、粒径及其组成 2. 重力特性：容重和密度（干、湿） 3. 沉降特性：在水中下沉的状态及其速度
三、河流泥沙的分类和表示方法
1、按照泥沙粒径大小分
1994年，水利部颁发的《河流泥沙颗粒分 析规程》，规定河流泥沙按下表分类。
并汇入河流的泥沙重量，单位为t／（km2·a）
四、河流泥沙的运动
1、泥沙的水力特性
河流泥沙的运动不仅与水力条件、水流结构有关，而 且也与泥沙特性有关。泥沙特性包括颗粒的大小、形 状、容重及泥沙的水力特性。
当下沉速度达某一极限值时,阻力与重力恰好相等,则泥 沙以均匀速度下沉,这时泥沙的运动速度称为泥沙的沉 降速度(ω,cm/s)。沉降速度可表达泥沙直径的大小， 故沉降速度也称泥沙的水力粗度。影响因素有泥沙颗 粒直径d,泥沙容重rs,水流的紊动强度等。
但由于：（1）推移质输沙量的实测较难，并缺乏完善 的推算方法，（2）推移质输沙量在总输沙量中所占比 例很小（尤在平原河流中），故它往往被忽略不计。
六、影响泥沙数量的因素
河流泥沙的主要来源是流域表面的侵蚀和河床的 冲刷，而泥沙的多少和流域的气候、植被、土壤、 地形因素有关。
泥沙沉速的基本公式为：
ρs及ρ分别为泥沙和水的密度； g为重力加速度； cD为阻力系数，阻力系数与流态有关。
2、推移质运动
（1）单粒泥沙的推移运动
泥沙的起动条件:在分析河槽的冲刷特性时，必 须先弄清泥沙的起动条件。据观察，颗粒大的 泥沙或砾石，在起动时，常常是单粒地滑动或 滚动；颗粒较细的泥沙在起动时往往是成片滚 动或跃动。
2、推移质运动
（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。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，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。研究输 沙率的规律，判断河槽的冲淤。
3、悬移质运动
悬移质是泥沙运动的主要方式之一。冲积平原河 流所挟带的泥沙中,悬移质占绝大部分,有些山区 河流悬移质也可占很大比重.紊动和重力作用是主 要因素。
扬动流速:当流速增大到一定程度后,泥沙不再回到河床上, 而悬浮在水中随水流一起下移，这时的水流速度称为扬动 流速，它是泥沙从推移到悬移运动的一个参数。
2、推移质运动
（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， 称沙波运动。沙波运动是推移质群体运动的一种 主要形式，也是构成河床地形的基本单位。
含沙量很高的河流，在汛期常出现一种特殊的高浓度输沙情况,一般 当含沙量超过500kg/m3后,泥沙的悬浮不再是分散的单个颗粒悬移,而 是组成絮凝结构体,即转化为流动的均质浆体,而进行群体运动。
高含沙水流的群体泥沙运动主要特点是:运动模式、悬移运动、推移 运动、浆河现象、揭河底现象。
总之，高含沙水泥在水流性质、运动及输沙特性上，都和一般水流有 本质差异。高含沙水流的研究，在河流含沙量居世界首位的我国的治 河事业中，有着特殊重要的意义。
3、悬移质运动 （1）悬移质的分布与变化
悬移质含沙量沿垂线的分布 悬移质含沙量在断面内的分布 悬移质含沙量沿河流纵向变化 悬移质含沙量随时间的变化
Fra Baidu bibliotek
3、悬移质运动
（2）水流的挟沙能力
单位水体积的饱和含沙量称为水流挟沙能力。当上游 来水中实际含沙量超过本河段水流挟沙能力时,河槽就 会淤积,相反则发生冲刷, 两者相适应处于输沙平衡状 态。在河槽冲淤计算中必不可少。
2002年7月10日，黄 河小北干流（山西 和陕西河段）山西 河津段大、小石嘴 区间出现了百年奇 观“揭河底”，河 底的淤积物如同地 毯一样被水流卷起。
五、河流的总输沙量
1、多年平均年悬移质输沙量的估算
（1）具有长期资料的情况
五、河流的总输沙量
1、多年平均年悬移质输沙量的估算
（2）资料不足的情况