流域產(chǎn)沙與輸沙課件

流域產(chǎn)沙與輸沙流域產(chǎn)沙與輸沙引言什么是泥沙？隨河水運(yùn)動和組成河床的松散固體顆粒，叫做泥沙。隨水流運(yùn)動的泥沙，又稱固體徑流。河流泥沙是重要的水文現(xiàn)象之一。河流泥沙對于河流水情及河流的變遷有著重要的影響，防洪、航運(yùn)、灌溉、發(fā)電、港口碼頭等水利工程的建設(shè)都必須考慮河流泥沙問題。引言什么是泥沙？黃河泥沙黃河泥沙第11講-流域產(chǎn)沙與輸沙課件6.1河流的泥沙的來源河流泥沙主要來源于兩個方面：一、流域地表侵蝕二、河床沖刷

6.1河流的泥沙的來源河流泥沙主要來源于兩個方面：一、流域地表侵蝕降水形成的地面徑流，侵蝕流域地表，造成水土流失，攜帶大量泥沙直下江河。流域地表的侵蝕程度，與氣候、土壤、植被、地形地貌及人類活動等因素有關(guān)。如若流域氣候多雨、土壤疏松、植物覆被差、地形坡陡以及人為影響如毀林墾地現(xiàn)象嚴(yán)重等，則流域地表的侵蝕就較嚴(yán)重，進(jìn)入江河的泥沙量就多。一、流域地表侵蝕降水形成的地面徑流，侵蝕流域地表，造成水土流（一）層狀侵蝕（片蝕）（二）溝狀侵蝕（溝蝕）（三）陷穴侵蝕（四）滑坡（一）層狀侵蝕（片蝕）層狀侵蝕（片蝕）雨滴將坡地上的土壤或其他地表物質(zhì)的顆粒濺起，落下的顆粒相對疏松且在坡地的下部相對較多。層狀的漫流出現(xiàn)后，可將這些松散的顆粒移動，坡地表面均勻地遭受剝蝕，這就是層狀侵蝕，又稱片蝕。層狀侵蝕不易測出，但其在整個流域坡地的表面均值發(fā)生，故為流域泥沙重要來源之一。層狀侵蝕（片蝕）雨滴將坡地上的土壤或其他地表物質(zhì)的顆粒濺起，第11講-流域產(chǎn)沙與輸沙課件溝狀侵蝕（溝蝕）

在坡地上，漫流經(jīng)匯聚成為束狀的細(xì)溝水流，若水流紊動力足夠大，便可沖刷溝底或溝岸，這就是溝狀侵蝕，又稱溝蝕。溝狀侵蝕（溝蝕）在坡地上，漫流經(jīng)匯聚成為束狀的細(xì)溝水流，若第11講-流域產(chǎn)沙與輸沙課件第11講-流域產(chǎn)沙與輸沙課件陷穴侵蝕土層因內(nèi)部出現(xiàn)空洞失去支撐而下塌稱為陷穴侵蝕。在中國的黃土高原，此種侵蝕非常普遍。黃土非常疏松且含有大量的可溶性碳酸鹽，土體的垂直節(jié)理極為發(fā)育。雨水滲入土體中，碳酸鹽即被溶解，久而久之，內(nèi)部形成空洞，上部土層失去支撐，下垮形成陷穴。陷穴侵蝕土層因內(nèi)部出現(xiàn)空洞失去支撐而下塌稱為陷穴侵蝕?；滦逼律系耐馏w或巖體因種種原因在重力的作用下，沿一定的軟弱結(jié)構(gòu)面發(fā)生整體下滑稱為滑坡?；滦逼律系耐馏w或巖體因種種原因在重力的作用下，沿一定的軟弱二、河床沖刷（一）河底沖刷在河道中，水流下切，使底床加深，這就是河底沖刷。主要發(fā)生在河流的上游和中游。（二）河岸沖刷在河道中，水流左右擺動，沖蝕側(cè)岸，其中以沖蝕岸灘最為顯著，這就是河岸沖刷。多發(fā)生在河流的中下游，使河道的橫斷面變化。二、河床沖刷（一）河底沖刷從河槽沖刷而來的這部分泥沙，隨同流域地表侵蝕而來的泥沙一道，構(gòu)成河流輸移泥沙的總體，除部分可能沉積到水庫、湖泊或下游河道之外，大部分將遠(yuǎn)瀉千里而入海。一般來說，流域地表侵蝕是泥沙的最主要的來源，而河床沖刷則相對次要。從河槽沖刷而來的這部分泥沙，隨同流域地表侵蝕而來的泥沙一道，6.2泥沙的特性6.2.1泥沙的粒徑和顆粒級配泥沙的形狀棱角崢嶸、極不規(guī)則。中等和較粗的泥沙顆粒，經(jīng)常沿著河底運(yùn)動，相互碰撞和摩擦的機(jī)會較多，故多呈球形或橢圓形。因此在計(jì)算粒徑時，?？山频匾暈榍蝮w或橢球體。6.2泥沙的特性6.2.1泥沙的粒徑和顆粒級配※泥沙顆粒的大小通常采樣粒徑D來表示。xe㈠球體等容粒徑定義：體積與泥沙顆粒容積相等的球體直徑。公式：常用單位：mm。而公式中V是指泥沙的體積（mm3）。㈡橢圓體的等容粒徑定義：長、中、短軸的算術(shù)平均值或幾何平均值。公式：1.單個泥沙的粒徑※泥沙顆粒的大小通常采樣粒徑D來表示。xe㈠球體等容粒徑定義河流上游一般比降大

，因此挾運(yùn)的泥沙粒徑較大；而下游一般比降小，挾運(yùn)的泥沙粒徑較小。河流上游一般比降大，因此挾運(yùn)的泥沙粒徑較大；而下游一般比降天然的泥沙是由大小不一、形狀各異的許多顆粒組成的群體，很少是均勻的。泥沙粒配曲線反映沙樣粒徑的粗細(xì)及其組成的均勻性。2.泥沙顆粒級配天然的泥沙是由大小不一、形狀各異的許多顆粒組成的群體，很少是泥沙顆粒級配曲線中，橫坐標(biāo)為泥沙顆粒直徑，縱坐標(biāo)為小于此種粒徑的泥沙在全部泥沙中所占的百分?jǐn)?shù)。右圖中，有Ⅰ、Ⅱ兩組沙樣，試比較一下兩種沙樣的區(qū)別。沙樣Ⅰ的組成要粗些、均勻些；沙樣Ⅱ的組成要細(xì)些、不均勻些。泥沙顆粒級配曲線中，橫坐標(biāo)為泥沙顆粒直徑，縱坐標(biāo)為小于此種粒6.2.2泥沙的比重和容重1.泥沙的比重（γs）泥沙樣品中各個顆粒的實(shí)有重量之和（Ws）與所有沙粒的實(shí)際體積（無孔隙的體積，V）之比，也就是無孔隙的單位體積的泥沙樣品的重量，稱為泥沙的比重（g/cm3）。泥沙的比重隨沙粒的成分而變，變化范圍不大，大致在2.60-2.70g/cm3之間。實(shí)際應(yīng)用上，取其平均值2.65g/cm3。6.2.2泥沙的比重和容重1.泥沙的比重（γs）2.泥沙的容重（干容重）單位體積（包括孔隙）烘干泥沙的重量稱為干容重或容重（γ0）。比重和容重有一定的關(guān)系。其關(guān)系為：e為孔隙比，沙樣中孔隙的體積與沙樣顆粒體積之比。e=V孔隙/(V總-

V孔隙)2.泥沙的容重（干容重）6.2.3泥沙沉降速度泥沙在靜水中均勻沉降的速度稱為泥沙的沉降速度，又稱為水力粗度，以cm/h計(jì)。泥沙的比重大于水的比重，泥沙在靜水中沉降時，除了受到重力的作用之外，還受到水流的阻力作用。當(dāng)泥沙開始沉降時，所受到的重力大于所受的阻力。隨著沉降的進(jìn)行，泥沙的沉降速度不斷增大，但其所受的阻力的大小也不斷增大。至某一時刻，泥沙所受的阻力與其所受的重力大小相等，泥沙以均勻速度沉降，這一速度就是所謂的泥沙的沉降速度。6.2.3泥沙沉降速度泥沙在靜水中均勻沉降的速度稱為泥沙的泥沙的沉降速度的計(jì)算公式為：CD為阻力系數(shù)，其值與泥沙所在的水流狀態(tài)有關(guān)。沉降速度的大小在一定的程度上可反映出泥沙的粒徑，因此又稱為泥沙的水力粗度。泥沙的沉降速度的計(jì)算公式為：水流有層流和紊流兩種狀態(tài)。(1)層流層流——在巖石空隙中滲流時，水的質(zhì)點(diǎn)作有秩序、平行而互不混雜的流動。層流示意圖水流有層流和紊流兩種狀態(tài)。(1)層流層流示意圖(2)紊流紊流——在巖石空隙中滲流時，水的質(zhì)點(diǎn)作無秩序、互相混雜、互相碰撞的流動。水作紊流運(yùn)動時，水流所受到的阻力比層流狀態(tài)大，消耗的能量較多。(2)紊流水作紊流運(yùn)動時，水流所受到的阻力比層流狀態(tài)若水流處于層流狀態(tài)，泥沙的水力粗度公式變?yōu)椋篤為運(yùn)動的粘滯系數(shù)（cm2/s）若水流處于紊流狀態(tài)，泥沙的水力粗度公式變?yōu)椋喝羲魈幱趯恿鳡顟B(tài)，泥沙的水力粗度公式變?yōu)椋耗嗌车某两邓俣仁欠从衬嗌程匦缘囊粋€十分重要的指標(biāo)。組成河道的泥沙的沉降速度越大，其抗沖性就越強(qiáng)；隨水運(yùn)動的泥沙的沉降速度越大，其堆積于河床的傾向性就越大。泥沙的沉降速度是反映泥沙特性的一個十分重要的指標(biāo)。組成河道的6.2.3泥沙的分類按泥沙的運(yùn)動狀態(tài)分類：推移質(zhì)：堆積在河底或沿河底朝下游方向運(yùn)動的泥沙稱為推移質(zhì)。推移質(zhì)顆粒較大，水力粗度大于水流垂直向上的脈動分流速，故不能懸浮于水中。懸移質(zhì)：懸浮于水中并隨著水流運(yùn)動的泥沙稱為懸移質(zhì)，又稱懸沙。懸移質(zhì)顆粒較小，沉降速度小于水流垂直向上的脈動分流速，故能懸浮于水中。6.2.3泥沙的分類按泥沙的運(yùn)動狀態(tài)分類：流域產(chǎn)沙與輸沙流域產(chǎn)沙與輸沙引言什么是泥沙？隨河水運(yùn)動和組成河床的松散固體顆粒，叫做泥沙。隨水流運(yùn)動的泥沙，又稱固體徑流。河流泥沙是重要的水文現(xiàn)象之一。河流泥沙對于河流水情及河流的變遷有著重要的影響，防洪、航運(yùn)、灌溉、發(fā)電、港口碼頭等水利工程的建設(shè)都必須考慮河流泥沙問題。引言什么是泥沙？黃河泥沙黃河泥沙第11講-流域產(chǎn)沙與輸沙課件6.1河流的泥沙的來源河流泥沙主要來源于兩個方面：一、流域地表侵蝕二、河床沖刷

6.1河流的泥沙的來源河流泥沙主要來源于兩個方面：一、流域地表侵蝕降水形成的地面徑流，侵蝕流域地表，造成水土流失，攜帶大量泥沙直下江河。流域地表的侵蝕程度，與氣候、土壤、植被、地形地貌及人類活動等因素有關(guān)。如若流域氣候多雨、土壤疏松、植物覆被差、地形坡陡以及人為影響如毀林墾地現(xiàn)象嚴(yán)重等，則流域地表的侵蝕就較嚴(yán)重，進(jìn)入江河的泥沙量就多。一、流域地表侵蝕降水形成的地面徑流，侵蝕流域地表，造成水土流（一）層狀侵蝕（片蝕）（二）溝狀侵蝕（溝蝕）（三）陷穴侵蝕（四）滑坡（一）層狀侵蝕（片蝕）層狀侵蝕（片蝕）雨滴將坡地上的土壤或其他地表物質(zhì)的顆粒濺起，落下的顆粒相對疏松且在坡地的下部相對較多。層狀的漫流出現(xiàn)后，可將這些松散的顆粒移動，坡地表面均勻地遭受剝蝕，這就是層狀侵蝕，又稱片蝕。層狀侵蝕不易測出，但其在整個流域坡地的表面均值發(fā)生，故為流域泥沙重要來源之一。層狀侵蝕（片蝕）雨滴將坡地上的土壤或其他地表物質(zhì)的顆粒濺起，第11講-流域產(chǎn)沙與輸沙課件溝狀侵蝕（溝蝕）

在坡地上，漫流經(jīng)匯聚成為束狀的細(xì)溝水流，若水流紊動力足夠大，便可沖刷溝底或溝岸，這就是溝狀侵蝕，又稱溝蝕。溝狀侵蝕（溝蝕）在坡地上，漫流經(jīng)匯聚成為束狀的細(xì)溝水流，若第11講-流域產(chǎn)沙與輸沙課件第11講-流域產(chǎn)沙與輸沙課件陷穴侵蝕土層因內(nèi)部出現(xiàn)空洞失去支撐而下塌稱為陷穴侵蝕。在中國的黃土高原，此種侵蝕非常普遍。黃土非常疏松且含有大量的可溶性碳酸鹽，土體的垂直節(jié)理極為發(fā)育。雨水滲入土體中，碳酸鹽即被溶解，久而久之，內(nèi)部形成空洞，上部土層失去支撐，下垮形成陷穴。陷穴侵蝕土層因內(nèi)部出現(xiàn)空洞失去支撐而下塌稱為陷穴侵蝕?；滦逼律系耐馏w或巖體因種種原因在重力的作用下，沿一定的軟弱結(jié)構(gòu)面發(fā)生整體下滑稱為滑坡。滑坡斜坡上的土體或巖體因種種原因在重力的作用下，沿一定的軟弱二、河床沖刷（一）河底沖刷在河道中，水流下切，使底床加深，這就是河底沖刷。主要發(fā)生在河流的上游和中游。（二）河岸沖刷在河道中，水流左右擺動，沖蝕側(cè)岸，其中以沖蝕岸灘最為顯著，這就是河岸沖刷。多發(fā)生在河流的中下游，使河道的橫斷面變化。二、河床沖刷（一）河底沖刷從河槽沖刷而來的這部分泥沙，隨同流域地表侵蝕而來的泥沙一道，構(gòu)成河流輸移泥沙的總體，除部分可能沉積到水庫、湖泊或下游河道之外，大部分將遠(yuǎn)瀉千里而入海。一般來說，流域地表侵蝕是泥沙的最主要的來源，而河床沖刷則相對次要。從河槽沖刷而來的這部分泥沙，隨同流域地表侵蝕而來的泥沙一道，6.2泥沙的特性6.2.1泥沙的粒徑和顆粒級配泥沙的形狀棱角崢嶸、極不規(guī)則。中等和較粗的泥沙顆粒，經(jīng)常沿著河底運(yùn)動，相互碰撞和摩擦的機(jī)會較多，故多呈球形或橢圓形。因此在計(jì)算粒徑時，?？山频匾暈榍蝮w或橢球體。6.2泥沙的特性6.2.1泥沙的粒徑和顆粒級配※泥沙顆粒的大小通常采樣粒徑D來表示。xe㈠球體等容粒徑定義：體積與泥沙顆粒容積相等的球體直徑。公式：常用單位：mm。而公式中V是指泥沙的體積（mm3）。㈡橢圓體的等容粒徑定義：長、中、短軸的算術(shù)平均值或幾何平均值。公式：1.單個泥沙的粒徑※泥沙顆粒的大小通常采樣粒徑D來表示。xe㈠球體等容粒徑定義河流上游一般比降大

，因此挾運(yùn)的泥沙粒徑較大；而下游一般比降小，挾運(yùn)的泥沙粒徑較小。河流上游一般比降大，因此挾運(yùn)的泥沙粒徑較大；而下游一般比降天然的泥沙是由大小不一、形狀各異的許多顆粒組成的群體，很少是均勻的。泥沙粒配曲線反映沙樣粒徑的粗細(xì)及其組成的均勻性。2.泥沙顆粒級配天然的泥沙是由大小不一、形狀各異的許多顆粒組成的群體，很少是泥沙顆粒級配曲線中，橫坐標(biāo)為泥沙顆粒直徑，縱坐標(biāo)為小于此種粒徑的泥沙在全部泥沙中所占的百分?jǐn)?shù)。右圖中，有Ⅰ、Ⅱ兩組沙樣，試比較一下兩種沙樣的區(qū)別。沙樣Ⅰ的組成要粗些、均勻些；沙樣Ⅱ的組成要細(xì)些、不均勻些。泥沙顆粒級配曲線中，橫坐標(biāo)為泥沙顆粒直徑，縱坐標(biāo)為小于此種粒6.2.2泥沙的比重和容重1.泥沙的比重（γs）泥沙樣品中各個顆粒的實(shí)有重量之和（Ws）與所有沙粒的實(shí)際體積（無孔隙的體積，V）之比，也就是無孔隙的單位體積的泥沙樣品的重量，稱為泥沙的比重（g/cm3）。泥沙的比重隨沙粒的成分而變，變化范圍不大，大致在2.60-2.70g/cm3之間。實(shí)際應(yīng)用上，取其平均值2.65g/cm3。6.2.2泥沙的比重和容重1.泥沙的比重（γs）2.泥沙的容重（干容重）單位體積（包括孔隙）烘干泥沙的重量稱為干容重或容重（γ0）。比重和容重有一定的關(guān)系。其關(guān)系為：e為孔隙比，沙樣中孔隙的體積與沙樣顆粒體積之比。e=V孔隙/(V總-

V孔隙)2.泥沙的容重（干容重）6.2.3泥沙沉降速度泥沙在靜水中均勻沉降的速度稱為泥沙的沉降速度，又稱為水力粗度，以cm/h計(jì)。泥沙的比重大于水的比重，泥沙在靜水中沉降時，除了受到重力的作用之外，還受到水流的阻力作用。當(dāng)泥沙開始沉降時，所受到的重力大于所受的阻力。隨著沉降的進(jìn)行，泥沙的沉降速度不斷增大，但其所受的阻力的大小也不斷增大。至某一時刻，泥沙所受的阻力與其所受的重力大小相等，泥沙以均勻速度沉降，這一速度就是所謂的泥沙的沉降速度。6.2.3泥沙沉降速度泥沙在靜水中均勻沉降的速度稱為泥沙的泥沙的沉降速度的計(jì)算公式為：CD為阻力系數(shù)，其值