高含沙水流的研究.

高含沙水流的研究
2010年8月7日晚至8日凌晨，甘肃省甘南州舟 曲县发生强降雨引发泥石流灾害 2011年07月04日四川阿坝州茂县发生泥石流 2011年9月18号，四川省巴中市南江县发生泥 石流 2012年6月28号四川宁南县“6.28”特大山洪泥 石流灾害 2012年8月31号四川凉山州锦屏水电站泥石流 2012年 10月3号到4号，云南彝良县普降暴雨 引发泥石流
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10水资二组
高含沙水流的研究
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不 稳 定 现 象
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应用
• 对黄河下游河道的防洪与治理有重要的 现实意义 • 高含沙量洪水能够塑造高效输沙河道 （窄深河道，弯曲性河流输沙能力则较 高 ）（高含沙水流远距离输送） • 利用其特性进行引洪淤灌及提高水库排 沙效率。
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危害
• 高含沙水流容易引起河道和水库的淤积， 增加防洪发电和引水的困难等
• 泥石流 有暴发突然、来势凶猛、迅速
之特点。并兼有崩塌、滑坡和洪水破坏 的双重作用。 • 对居民点， 公路、铁路， 水利水工 设施， 矿山危害极大。
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泥石流是指在山区或者其他沟谷深壑，地形险峻 的地区，因为暴雨、暴雪或其他自然灾害引发的 山体滑坡并携带有大量泥沙以及石块的特殊洪流。
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泥石流具有突然性以及流速快， 流量大，物质容量大和破坏力强 等特点。
我国有29个省（区）、771个县 （市）正遭受泥石流的危害，平 均每年泥石流灾害发生的频率为 18次 泥石流呈带状或片状分布，
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（1）滇西北、滇东北山区。（2）川西地区。（3）陕南秦岭-大巴山区（四川-陕 西）。（4）西藏喜马拉雅山地。 （5）辽东南山地。 （6）甘南及白龙江流域
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河床演变
• 它与一般挟沙水流无原则性区别。 • 特殊现象： • （1）当通过较大的高含沙洪水时，可在短期内 使河底发生剧烈冲刷，一般称为揭河底现象； 特殊现象：黄河特有 • （2）发生在含沙量特别高得水流，在水位降 落，流速急剧减少时又可能骤然短时停止流动， 称为浆河现象。（淤积） • （3）不稳定现象：有时水位表现出周期性变 动的不稳定性。与水流结构性质有关
• 高含沙水流在物理特性、运动特性和输 沙特性等方面基本不再象一般挟沙水流 那样用牛顿流体进行描述，而往往属于 宾汉流体（粘弹性的非牛顿流体）。
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高含沙水流的基本特性
• 流变特性：
• （1）高含沙水流的流变性质一般可用宾汉 模式描述；即 •
• 式中，τB为屈服应力，η为刚度系数， du/dy为流速梯度。τB和η均随含沙量大小 而变化，并与细颗粒含量有关
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（2）高含沙水流的粘性要比一般挟沙水 流大得多。
• 流动特性
（1）流速分布：层流区、紊流区流速分 布。 其中 二相紊流形高含沙水流的流速分布依 然遵循对数规律。
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（2）水流流态
分类
• 一种是高强度的紊流 （含沙量不过分高)， 发生在比降大流速高 的情况下，那里水流 汹涌，大尺度和小尺 度的脉动都得到比较 充分的发展。 • 另一种是复杂结构流 流态。（张瑞瑾提出） 发生在比降小流速低 的情况下，既不同于 一般的紊流，也不同 于一般的层流。高ຫໍສະໝຸດ 沙水流的 研究10级水资 二组
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黄 河 小 浪 底 水 库
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高含沙水流
• • • • • 定义 基本特性（流变、流动特性） 泥沙运动及河床演变 应用及危害 研究近展和成果
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定义
• 高含沙水流
• 是指水流携带的泥沙颗粒非常多。含细 颗粒泥沙（d<0.01mm）的泥沙较多，含 沙量很大。含沙量达到每立方米数百公 斤，甚至上千或超过一千公斤以上。
• 由于野外和室内测验技术的困难和问题的复杂性，仍 有不少问题有待进一步研究。
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研究成果
• 张瑞瑾 河流泥沙动力学 高含沙水流水流特性初探 1978年 • 爱因斯坦（Hans Albert Einstein）美国水文学家 论文集 第二 卷关于刚性系数的假设公式 1979年 • 钱宁 高含沙水流运动机理的研究 浑水粘性及流形 泥沙研究 高含沙水流运动的几个问题 黄河高含沙水流问题 1979年 • 万兆慧 钱意颖 高含沙水流的室内试验研究 1979年 • 费祥俊 高含沙水流的颗粒组成及流动特性粘性泥石流运动流速 与流量计算，数值模拟 1983年 • 王兆印 层移质泥沙运动及其对水流的影响 1984年 • 钱宁，万兆惠. 高含沙水流运动研究述评1985年 • 陈立 高含沙水流流变参数和阻力的变化规律 1992年 • 华国祥 高含沙水流和泥石流基本规律研究测评 1992年 • 陈立 王明甫 水流强度对高含沙水流流变参数影响的实验研究 1993年 • 王明甫 武汉大学，高含沙水流与泥石流 1994年 • 舒安平 高含沙水流挟沙能力及输沙机理的研究 1994年
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锦屏水电站 3号施工区
凉 山 州
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高含沙水流研究的进展
• 我国高含沙水流的利用与研究工作，若从引洪淤灌开 始，则以有2000多年的历史，如秦汉时期的郑国渠 和白渠等， • 大规模地进行现代科学的研究工作是从70年代开始的， 国内各有关单位结合生产实际需要，进行了大量的系 统的理论探讨和实际观察，取得了不少研究成果，使 我国高含沙水流的研究具有中国特色，其学术水平也 居于世界先进行列。
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高含沙水流的 泥沙运动：
• 高含沙水流运动按运动机理和形式的不 同划分为三种 • 推移质运动，悬疑质运动和异重流运动。
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为什么高含沙水流的挟沙能力大（悬 浮输送泥沙机理）
• 含有细沙的高含沙水流由于悬浮液容重增大， 沉速减小，更易于泥沙悬浮
• 泥沙在高含沙水流中以比单颗粒沉速小得多的 群体沉速下沉，细颗粒泥沙特别是粘土颗粒在 沉积时会连结成絮团，甚至会形成网状。 • 综上水流粘性提高，沉速减小，挟粗砂能力提 高， 因而高含沙水流挟沙力特别大。