河流泥沙特性及其相关测定
河流泥沙理化特征及其测定方和效应分析
摘要：本文就河流泥沙的理化特征及其测定方法进行介绍，并通过河流泥沙在运输过程中与水体污染物的相互作用，讨论河流泥沙对重金属、氮、磷和其他污染物的影响，并最终影响河流水质。最后讨论了泥沙的环境效应，并对不同季节，不同河流的泥沙环境效应进行简要叙述。
关键词：河流泥沙理化特征吸附环境效应
一、引言
对河流水环境和水质而言,河流泥沙不仅其本身就是水体污染物,而且河流泥沙通常具有较大的比表面,并含有大量活性官能团,因而成为水体中微量污染物的主要载体,在很大程度上决定着这些污染物在水体中的迁移、转化和生物效应等。因此,河流水环境研究和水资源保护不能忽视河流泥沙。
二、河流泥沙的理化特征及测定方法
河流泥沙的理化特征包括：几何特性，如：粒度大小、比表面积和粒径分布；水力特性，如：泥沙沉速；泥沙的重度：如容重和密度，干容重和干密度；以及泥沙的化学组成和电化学特性，泥沙絮团的压密特性，河流含沙量等。
1、粒径大小和粒径分布及其测定
泥沙颗粒的大小通常用粒径D表示，按照粒径大小，将泥沙颗粒分为：粘粒、粉砂、沙粒、砾石、卵石和漂石。粒径较大的泥沙通常被限制在河床底部随水流以滑动、滚动或跳跃的形式运动，而粒径较小的泥沙是在水流的紊动扩散作用下悬浮于水体中的泥沙, 在水体中的空间分布范围非常大, 与进入水体中的污染物的接触面比推移质要大得多, 它对进入水体中的污染物具有很强的吸附作用。
粒径的测量方法有超声测量法等。超声法测粒是指利用声波在介质传播中的声能衰减、颗粒对声波的散射、以及相速度的改变等效应测量颗粒粒度及浓度。由于超声频率具备较宽的频带，可以确保测量从纳米级到毫米级的很宽范围的颗粒。且声波穿透率强, 因此, 超声法在高浓度颗粒两相介质测量方面具备了很多其他测粒方法所不具备的特点和无可比拟的优越性, 该特性使其在无须稀释、快速、可靠的在线颗粒测量时可以得到很好的应用。
对于泥沙的粒径分布目前可用超声衰减谱法测量颗粒两相流粒径分布，过程可以概括为：基于一个合适的理论模型对已知物性参数的颗粒两相流预测其声衰减谱，再根据实测的系统声衰减谱，结合颗粒系和声衰减谱对应的模型矩阵进行数据反演，最终得到颗粒两相流系统的真实粒度分布。
黄河泥沙的颗粒级配：进入黄河河道的泥沙以悬移质为主,而推移质所占百分比很小.
黄河中游悬移质泥沙的粒度组成中, 小于01007 mm的粘粒、01007～01025 mm的粉粒以及01025～0105 mm的粉砂3 部分之和占5618 %～7114 % ,而大于0110 mm 的砂粒仅占317 %～11 %. 这说明黄河中游悬浮泥沙的粒度偏细。
悬移质泥沙颗粒级配的季节性变化十分明显,汛期悬移质泥沙颗粒的中值粒径明显小于非汛期. 这是因为汛期悬移质主要来自暴雨造成的流域面上土壤侵蚀(水土流失) ,而非汛
期特别是枯水期的悬移质泥沙多来自河床冲刷.
2、河流泥沙浓度及其测定
河流泥沙的检测主要包括其浓度和粒径分布的测量。单位体积浑水中所含泥沙的数量称含沙量。河流含沙量随时间而变化。一年中最大含沙量出现在汛期, 最小含沙量在枯水期。在一次洪水过程中, 最大含沙量称沙峰。沙峰不一定与洪峰同时出现, 一年中首场大洪水的沙峰常比洪峰出现早, 以后则可能同时出现, 也可能沙峰滞后于洪峰。含沙量沿水深的分布, 通常在水面处最小, 河底处最大。悬移质中粗粒泥沙含量近河底很大。自河底向上则急剧减小。较细的颗粒, 如粉沙和粘土, 沿水深的分布则较均匀。含沙量沿水深基本呈某种指数曲线分布, 指数值与泥沙颗粒的大小和水流条件有关。由于水内各种副流的影响, 最大的含沙量也可能不在靠近河底, 而是在河底以上的某一位置。含沙量在河流横断面上的分布随断面上水流情况不同而异。如水流在断面上的分布比较均匀, 含沙量的横向分布较均匀。如水流情况较复杂, 则含沙量的横向分布往往很不均匀。含沙量沿河长的分布, 一般从上游向下游递减, 也取决于流域产沙特性、河道特性和支流汇入等因素的影响程度。
目前对于泥沙浓度测量的方法主要有振动法、光电法、γ射线法、超声法以及激光法。由于超声波穿透率强，并且具有较宽的频带，因此对于较高浓度的泥沙进行在线测量时，超声法具有无需稀释、快速、实时等优势。
3、比表面积及其测定
泥沙成分主要为有机质和矿物质, 颗粒表面还附着一定的微生物, 所以泥沙颗粒的吸
附有物理吸附和化学吸附2 种类型。物理吸附主要与泥沙的比表面积( 面积/ 体积) 有关, 化学吸附则与泥沙所含活性成分有关。一般说, 泥沙颗粒的粒径越小, 比表面积越大; 所含活性成分越多, 有机物或重金属的吸附量越大。
测定粒子比表面积的方法及仪器很多,本文采用透气法, 它是依据气体流过固定厚度的不同形状和粒径的泥沙时,所受到的阻力不同而引起流速的变化来测定泥沙的比表面积的. 采用透气法能较好地测定出细颗粒泥沙的比表面积的大小. 这为准确测定泥沙的物理特性
提供了新的研究途径。
4、泥沙沉速及其测定
泥沙因其容重较为水大，在水中必然往下沉降。泥沙的沉降特性是指，泥沙在水中下沉时的状态及其沉降速度。泥沙的沉速定义为，泥沙在静止的清水中等速下沉时的速度。泥沙的沉速是河流泥沙沉速的重要特征之一。许多情况下，它反映着泥沙在与水流相互作用时对运动的抗拒能力，在同样的水流条件下，水流中的泥沙沉速越大，则泥沙发生沉降的倾向越
大，河床上的泥沙沉速越大，则泥沙参与运动的倾向越小。
目前主要实验方法有沉降法和流态化法。这两种方法均非直接测量泥沙沉速, 且测量范围和精度有限。
激光测量仪器PIV( Part icle Image Velocimetr y) , 即激光粒子速度场仪，测定泥沙的沉速。用于沉速试验时, PIV 有测量范围广, 测量精度高的优点。能够直接精确测出极微小的泥沙沉速, 且在泥沙发生初步絮凝时即凝结成絮团的时候,可以在不破坏絮凝的情况下测出絮团的沉速。
5、泥沙重度
泥沙重度与泥沙颗粒大小、形状、均匀程度和沉积历时有关. 由于受诸多因素的影响, 泥沙重度不是一个确定的数；且泥沙重度随沉积历时的增长而增大, 且初期增大较快, 经缓慢增大后将趋于稳定, 这又是泥沙重度稳定性的一面.就现有对泥沙重度的研究成果而言, 都是基于某些特定的情况. 在进行有关泥沙运动的模型试验和数值计算时, 宜采用实验的方法来测定泥沙重度，并可以根据模型实验来获得泥沙重度的表达式。
泥沙干容重是反映泥沙重力特性的一个非常重要的物理指标, 对与泥沙冲淤有关的分
析计算, 如水库的有效库容、淤积物对坝闸的压力、淤积体积淤积重量的相互换算等, 都是一项重要的资料。干容重的很小变化, 都会对计算结果产生很大影响[ 4
6、电化学特性
细颗粒泥沙在含有电解质的水中，周围会形成双电层，即吸附层和扩散层。细颗粒主要成分为粘土矿物，其表面常带有负离子，吸引不纯净水中的正离子，这种牢固吸附在颗粒表面周围的反离子层，称为吸附层。：吸附层离子电荷不足以平衡颗粒表面的全部电荷，因此在吸附层外还有一层反离子层，即扩散层。
可以用颗粒表面电位滴定的方法来测定泥沙的电化学特性。颗粒表面由于存在电荷, 会产生静电作用力, 又因为表面水膜存在而产生水膜作用力。由表面电荷引起的静电作用力和水膜引起的水膜粘滞阻力是泥沙颗粒在相互结合时的主要相互作用力, 当水体中离子浓度变化时, 这两种力都会发生变化。当清水中加入少量阳离子时, 泥沙颗粒表面双电层和水膜均发生变化, 而且发生极化作用, 泥沙颗粒间静电斥力增加, 阻止泥沙颗粒粘结( 当然此时颗粒间必然会产生水膜粘结力, 不过此时比较小) , 因此淤积体积变大, 由清水中加入少量阳离子后泥沙初期淤积干容重会有所减小。随着离子浓度的增加, 泥沙颗粒表面负电荷减少, 说明阳离子中和了部分电荷, 颗粒间静电斥力减小, 双层结构被压缩, 而此时水膜粘滞力也在增加, 不过静电斥力减小量比水膜粘滞力增加量要大, 使得淤积体积减小, 干容重变大, 直至到最大值。干容重达最大值后, 再增加阳离子浓度, 颗粒表面电荷进一步减少, 静电斥力也继续减小, 而随着离子浓度的增加, 表面水膜粘滞阻力也继续增加, 而且慢慢占据主导地位, 因此使得阻止泥沙进一步结合的作用要大, 淤积体积变大, 干容重变小。当阳离子浓度达到一定时, 泥沙颗粒表面电荷基本不变, 而此时水膜作用力也处于基本稳定状态, 因此泥沙颗粒表面作用力稳定, 从而淤积体积稳定, 淤积干容重趋于不变。
黄河泥沙的电化学特性：黄河泥沙的电化学特性显著. 泥沙中矿物颗粒物因同置换或晶格缺陷而可带有永久电荷. 当固体颗粒物的界面官能团和聚合电解质的可离解官能团在溶液中发生质子迁移或其他化学反应时,可以生成随溶液条件变化的电荷. 颗粒物优先吸附一些带电荷的物质. 因此,大多数泥沙颗粒物带有一定电荷成为它们的基本特性,而且有时电荷的数量很大,在溶液中构成复杂的双电层,强烈地影响着颗粒物本身的稳定性和各个方面的相互作用特性. 在pH 值大于7 的黄河水环境条件下,泥沙中的细颗粒比表面积大,负电荷量也大,吸附作用就越大,特别是对正离子的吸附作用就越强. 伴随泥沙颗粒表面的吸附和解吸过程,表现出泥沙的离子交换性能. 交换性能的大小由介质中离子的价态和离子的相对浓度差决定,大致有如下的顺序:Fe3 + > Al3 + > H+ > Hg2 + > K+ > NH4+ > Na + .
当水体中有大量电解质存在时,如遇到高盐度的海水时,已被吸附于泥沙表面的污染物因离子的交换性能可被解吸下来,从而带来二次污染. 在水体氧化还原条件变化、天然的或合成的络合物排入、水温变化以及发生光化学作用等情况下,也能使泥沙和污染物的吸附与解吸平衡遭到破坏. 氧化作用使水质得到改善,还原作用使污染物增加,水温升高可使污染物降解,但也使溶解氧含量降低.
7、泥沙的酸碱性及其测定
河流泥沙主要来源是流域地表冲蚀土壤而来。由于地理气候的影响，土壤有酸性土壤及碱性土壤之别，因此泥沙也有酸性泥沙及碱性泥沙之别，而我国江河水据统计120 个测站多年平均值大都为碱性水，无酸性水。一般说来，碱性泥沙河道水流较混浊，符合一般物理沉淀规律。酸性泥沙河道较清，它除了符合一般物理沉淀规律外还能进行絮凝沉降，因此河道清浊也与其酸性程度有关。碱性泥沙细颗粒随水流流入大海，酸性泥沙的细颗粒能与碱性江河水产生絮凝淤积外也随水流流入大海。碱性泥沙由于悬移质淤积而引起翘尾巴。酸性泥沙是由推移质淤积和悬移质泥沙在碱性水中絮凝淤积翘尾巴而引起翘尾巴碍航，这也与流域酸性程度有关。酸性泥沙的紊动符合“欧文”规律，即中小紊动能促进絮凝；强烈紊动破坏絮凝。碱性泥沙的紊动不符合“欧文”规律。碱性泥沙一般河道两岸及河底为粗颗粒中间较细；而酸性泥沙的河道两岸泥沙较细，而淤泥质中间较粗。例如大藤峡武宣站两岸推移质是淤泥质，中间颗粒较粗。这也是与土壤的酸性程度有关。
酸性泥沙在碱性水中能相互吸引形成絮凝，絮凝程度影响因素有：（1）酸性泥沙是絮凝最关键因素；（2）河流中碱性水是絮凝的根本因素；（3）细颗粒泥沙的存在是絮凝的主要因素；（4）水流中有中小紊动是絮凝的促进因素。因此，泥沙絮凝的酸性程度是絮凝的最关键因素。
泥沙主要来源是土壤侵蚀，要知道流域泥沙的酸性程度，首先要了解流域各土壤的酸性系数C。对泥沙絮凝来说主要是泥沙即土壤的酸性程度的确定，根据《中国自然地理—土壤地理》、《中学地理词典》和《国际土壤分类述评》分析，认为土壤酸性系数主要对pH值、酸性程度、细颗粒含量百分数、盐度不饱和度综合考虑，并考虑泥沙的实测中值粒径，显示酸性系数的范围及建议采用值作为参考流域泥沙的酸性程度。
三、河流泥沙在运输过程中的效应分析
1、泥沙对水环境的影响
由于泥沙颗粒具有巨大的比表面积, 其表面通常还存在多种活性物质。因此, 它们与排入河流水体中的有机污染物、重金属离子等具有强烈的表面结合作用, 使得泥沙成为污染物在河流水体中的扩散、迁移和转化的主要载体。从水资源保护的角度看,进入水体的泥沙,首先影响水体视觉感官,降低水体的透明度和复氧条件。同时由于泥沙本身含有相当数量的粘土矿物和有机、无机胶体,可吸附种类繁多的污染物,因而具有在某种程度上净化水体的效应。但泥沙作为污染物和污染物的载体又对水环境造成污染。
2、泥沙在运输过程中对污染物的影响
水环境系统中，泥沙与水流共同成为污染物的主要载体，共同影响着污染物在水体中的迁移转化过程，从而最终影响着水体的生态环境条件。其中，泥沙运动状态和吸持特征的变化显著影响着污染物的迁移转化过程，这种作用可以称为泥沙的环境作用。
泥沙成分主要为有机质和矿物质, 颗粒表面还附着一定的微生物, 所以泥沙颗粒的吸附有物理吸附和化学吸附2 种类型。物理吸附主要与泥沙的比表面积( 面积/ 体积) 有关, 化学吸附则与泥沙所含活性成分有关。一般说, 泥沙颗粒的粒径越小, 比表面积越大; 所含活性成分越多, 有机物或重金属的吸附量越研究表明，在不同含沙量体系中, 高质量浓度有机污染物的生物降解趋势基本是一致。但是悬移质泥沙的存在增大了水体中有机污染物的生物降解速率, 有利于污染物的生物降解, 因此随着含沙量的增大, 有机污染物的生物降解量也在增大。在含高质量浓度有机污染物的水沙体系中, 泥沙粒径对污染物的生物降解过程的影响很小。
3、水体中污染物的形态及迁移
富营养化是湖泊、水库等水域的一个重要环境问题。引起湖泊、水库富营养化的主要物质是氮和磷的盐类, 它们被称为营养盐或营养性污染物。对于营养性污染物在水体中的形态分布, 根据它们的存在状态区分为溶解态及颗粒态。洪一平等对三峡水库中氮、磷的赋存形态进行研究, 结果表明, 长江水体中有90%以上的氮是以溶解态的形式存在, 且又主要以硝酸盐态氮的形式溶于水中, 约占总氮量的67.61%, 而水体中有80%以上的磷是以颗粒态的形式存在。根据1997 ～1998 年内对长江干流大通站河水的监测数据, 结合该站1962 ～1990 年的水质资料, 对长江下游N 和P 变化及输送量进行研究。结果发现总氮、总磷的平均含量分别为1.6 ~ 2.2mg·L- 1和0.11 ～0.15 mg·L- 1, N 以NO3 - N 为主, 约占76%, 其余主要为溶解有机氮和颗粒氮; P 以颗粒态为主, 占95%以上。关于悬移质泥沙中氮和磷的赋存形态, 国内有学者对密云水库水体中磷含量的监测结果表明, 与泥沙结合的颗粒态磷的浓度远大于溶解态磷的浓度, 吸附态在总磷中达90%。氮的有效态含量很低, 氨氮仅占其吸附总量的2%。
污染物在水体中的迁移转化过程是一个物理、化学及生物综合的过程。在这3 种过程中, 物理过程是最基本的和最重要的, 它主要是指污染物在水域中的混合与输运过程, 包括时
均流动引起的污染物的输移以及紊动引起的污染物紊动扩散。而生物和化学过程对于确定污染物的归宿和危害是很重要的; 这些过程受到水域时均流动、湍流效应、水文气象条件、水域边界要素、化学及生物作用等诸多因素的影响, 使得污染物在水域中的迁移转化规律变得相当复杂。主要包括如下几类过程:①污染物在水流中的对流扩散过程; ②泥沙吸附污染物过程; ③沉积态污染物随床沙的推移过程; ④悬移质和沉积物解吸污染物过程; ⑤生物摄取、富集、微生物转化过程;⑥水体中污染物通过空气界面向空气迁移的气态迁移过程。4、受泥沙影响的污染物迁移转化模式
河流污染物随水沙运动而被迁移转化,泥沙对污染物的影响是当前水体污染研究的一个新热点。河流污染物迁移转化的主要表现: ①伴随泥沙冲淤、污染物在底泥(床沙)和水体之间的交换,水体中污染物的赋存量发生动态变化; ②通过吸附解吸过程,污染物在水沙两相之发生交换,从而改变污染物的赋存状态; ③泥沙的输移过程使得污染物的空间分布发生变化。
泥沙污染物迁移转化的模式:悬浮对流扩散、随推移质床沙迁移、泥沙吸附(水溶态污染物向颗粒态转移) 、悬移态和沉积态泥沙解吸、床沙与悬移质交换迁移、生物摄取、富集。
5、泥沙吸附污染物的主要影响因素
泥沙吸附污染物主要影响因素有、含沙量、泥沙粒径、污染物质量浓度、水体的紊动强度、温度和pH 值等。通过泥沙吸附重金属的试验和理论分析得知, 在相同条件下, 含沙量增大, 水相重金属质52量浓度降低, 泥沙吸附容量增大, 最终其吸附容量趋于一定值。不同粒径泥沙单独存在时, 泥沙吸附量、吸附速率、分配系数都随泥沙粒径增大而减小。
污染物的水相初始质量浓度对泥沙平衡吸附量具有较大影响。泥沙吸附重金属时, 随着重金属水相初始质量浓度增加, 泥沙平衡吸附量显著增大。初始质量浓度与泥沙吸附总量呈正相关, 初始质量浓度增大,吸附总量随之增大, 并逐渐接近泥沙饱和吸附量。初始质量浓度增大, 水相平衡质量浓度也会相应增高。
水相磷酸盐质量浓度对泥沙吸附磷酸盐的影响, 在泥沙含量的作用下又分为2 种情况:泥沙含量较低( 小于1. 0 kg / m3 ) 时, 在水相初始质量浓度较低时, 随着质量浓度增加, 泥沙平衡吸附量显著增大, 在质量浓度增加到一定值出现顶点, 并随着质量浓度的继续增加呈下降趋势;泥沙含量较高( 1. 5、2. 0 kg/ m3 ) 时,随着水相初始质量浓度的增加, 泥沙平衡吸附量显著增大。
在多种重金属离子混合情况下, 泥沙对重金属离子的吸附存在竞争, 当重金属离子质量浓度增加时, 离子间吸附竞争增强。这种竞争主要表现为离子间的协同或拮抗作用, 并且这2 种作用的显著程度随体系中离子总量的增加而减弱; 但是, 不同体系中同一离子的吸附竞争系数却存在差异性。
有关研究还发现, 竞争吸附作用除受吸附质本身的性质影响外, 还与吸附剂的结构与性质密切相关。泥沙质量浓度增加可以提高颗粒间碰撞的几率, 从而增加有机物从泥沙颗粒表面有机质胶膜中解吸出的速率, 使有机物质量浓度相应降低; 如果悬浮质量浓度增大,
会使得固相吸附位增加, 使颗粒的聚合( 如絮凝) 作用增加。正是这些作用, 使得一些学者在泥沙对无机物中的重金属、磷酸盐和有机物中的甲苯、乙苯与三氯乙烯的吸附试验中, 发现单位质量泥沙吸附污染物能力随着泥沙质量浓度的增大而减小。
6、对主要污染物影响的具体讨论
（1）重金属吸附的泥沙效应
以黄河中游泥沙和重金属Cu 为研究对象, 通过等温吸持实验和Tessier 形态提取实验, 研究了黄河中游泥沙在含量较高的条件下对铜离子的吸持特性. 结果表明: 黄河中游泥沙
具有很强的吸持铜的能力, 体系pH 和泥沙理化性质对吸持具有强烈影响: 当铜浓度较低时, pH 是控制吸持的主要因素, 不同泥沙对铜的吸持率均达到99%, 泥沙吸持的空间差异很小; 当铜浓度较高时, 泥沙理化性质是使黄河中游泥沙吸持表现出空间差异的重要因素, 碳酸
盐是主要影响组份; 在泥沙含量较高的条件下, 单位吸持量随泥沙含量变化的规律符合/
泥沙效应规律, 但吸持容量随泥沙含量升高而升高, 这与泥沙含量升高导致体系pH 升高有关.
泥沙对重金属元素吸持速率的大小, 直接反映该元素在一定水环境条件下的迁移性能.。
河流泥沙含量较大时, 通常输送重金属污染物的能力也越大. 相应地, 有河流的吸附容量
概念的提出, 即在一定条件下, 单位水体中泥沙对重金属污染物的吸附能力, 这一概念可
看成河流对重金属污染物自净能力的体现. 吸持容量随泥沙含量增加而增加, 这与一般的
经验及其前面对吸附的研究结果一致, 即泥沙含量愈大, 泥沙挟带重金属污染物的能力就
越大. 同一泥沙含量下, 铜离子初始浓度越高, 泥沙吸持容量愈大.
（2）氨氮降解
①在试验条件一致的情况下, 水中泥沙含量的高低对氨氮降解速率有较显著的影响,
泥沙含量越高, 水体中氨氮的降解速率越大; 氨氮在水相中的降解符合一级反应动力学。
②泥沙粒径会影响水体中氨氮的降解速率,泥沙粒径越小, 氨氮降解速率越大。
③黄河泥沙本身对氨氮有吸附能力, 对水相中氨氮的降解有一定促进作用, 原泥沙表面附着的微生物和细菌对水体中氨氮的降解要比泥沙本身的吸附降解作用更为明显。
（3）磷
水体中溶解态磷含量是湖泊、水库和缓流河流等水体发生富营养化的限制条件，并且相对于其他营养物质，磷与泥沙具有更强的结合能力，因此泥沙运动过程及吸附解吸过程对水环境中磷营养盐的演化具有十分重要的影响。关于湖泊沉积物对水体磷的影响进行了充分的研究，主要包括实验或者实体条件下湖泊沉积物营养盐释放的研究、采用泥沙动力学方法对湖泊沉积物再悬浮条件下磷营养盐变化进行的模拟研究。河流泥沙与磷营养盐环境作用方面，通过实验和观测在水库、河流及河口研究了厌氧-好氧条件对泥沙吸附、释放磷的影响，也有研究者建立数学模型对泥沙冲淤过程中河床与水体磷的交换、泥沙吸附磷作用进行了模拟。结论如下：
①泥沙冲淤对水体磷的影响可以表达为泥沙冲淤量与冲淤泥沙和水体泥沙吸附量差值
的乘积，河床发生冲刷或者淤积时，伴随着相应的河床-水体磷的交换，吸附解吸作用使得水体中的泥沙和污染物进行重新分配。
②本研究建立的模型采用了吸附解吸动力学方程，并且通过实验得到了不同泥沙浓度条件下磷的吸附等温式，以临界平衡磷浓度作为发生吸附或者解吸的判断条件。通过泥沙吸附、解吸磷的动力学实验，确定了吸附动力学参数。并且根据三峡地区实测数据进行了模型的验证计算，结果表明模型可以模拟天然河流中泥沙对磷的作用。
③磷是水体富营养化的主要限制因子之一，并且泥沙运动和吸持特征显著影响着磷在水生态环境中的变化，本文建立的模型可以对河流、河道型水库、海岸等冲积特征明显水域中泥沙与磷的环境过程进行模拟，并且对于湖泊底泥释放磷的研究也具有一定的意义。
四、环境效应
1、辩证地看待河流的泥沙效应
对待河流泥沙的环境效应，我们应辩证地考虑。河流含沙量大不仅影响水质，也因为淤塞河道抬高河床而容易造成洪涝灾害。我国河流的输沙量一般都比较大，北方河流普遍水量虽小但单位体积内含沙量大，南方河流含沙量小但总水量大，总体含沙量也大。其中，黄河的含沙量居全国和世界榜首，长江、海河与辽河次之，珠江闽江等又次之。其他地区河流输沙量则较小。同时，河流泥沙也是一种宝贵的资源，其不仅富含养分而肥沃，也是营造河流两岸沃土及河口三角洲的物质基础。例如黄河泥沙运输过程中的影响就分利弊两方面，弊：一是高含沙量的黄河水沿河段普遍淤积，必然造成河床抬高，输水和行洪能力降低，不利于防洪减灾。二是易在河道转弯处形成沙洲、改变河道流态和河道形状。三是对沿程的水利工程设施造成影响，磨损闸门的密封胶体致使闸底漏水。利：它可以改善被污染的河床，提高输水水质，高含沙量黄河水灌溉农田，可以改良土壤，提高农作物产量。
2、不同河流、不同季节泥沙的环境效应不同
河流泥沙运输过程中造成的环境效应因河流的不同和季节的不同而各有差异。
对于不同的河流，河流的径流量不同会是泥沙造成的环境效应有所不同。河流的径流量是指单位时间里，通过某过水断面水的体积，其季节变化取决于河流的水源补给，以雨水不给为主的河流，其河流的径流量变化时随水量的季节变化而变化的，以积雪融水补给为主的河流，因其融雪量收气温高低的影响，故其径流量的变化是随气温变化而变化，以地下水补给为主的河流，因地下水稳定可靠，故河流径流量几乎无季节变化。因此不同季节的搬运能力不一样（借水冲沙）。
河流环境是河流含沙量的因素，植被密度，流域地面物质的疏密结构，地势坡度，水流量的大小等都会影响河流的含沙量。
3、以黄河泥沙对水环境的影响为例
（1）黄河泥沙对水环境影响的双重性
黄河水体中的悬浮物或沉积物泥沙对水环境和水质的影响巨大,而且这种影响具有显著的双重性特点. 一方面,泥沙作为污染物质和某些污染物的载体是黄河来源面最广、数量最
大而且最难控制的面污染源带来的污染物,其对水体带来物理、化学、生物等多方面的污染,对水质和水生生态环境造成的影响十分显著,在水污染物总量中占相当大的权重,特别是造成的悬浮物污染和有机污染十分突出. 如在测定河流水体重金属含量时,按地面水水环境质量监测和评价的要求,必须对含泥沙的原状水中的泥沙进行化学全消解,以备对重金属元素进行总量分析测定,而由此测得的结果势必大大提高水体重金属污染的含量,得出高含沙水期严重超标的结论. 另一方面,在黄河特定的水化学条件下以及高含沙量和特定的泥沙理化特性条件下,进入水体的由废污水携带的众多种类污染物质中,大部分或绝大部分可被泥沙吸附,这种吸附效应的程度和强度与河流泥沙含量和颗粒级配密切相关,泥沙吸附的过程,是污染物在水和沙两相间按一定的规律不断分配或再分配的过程. 泥沙吸附污染物的结果,使河流水相中的污染物含量降低,因而能改善日常生活和工业所用的去除泥沙后的清水水质状况,对水质起到相对净化作用.据多年水质监测实践和研究结果表明,在黄河天然水环境
条件下(pH 值在810 左右) ,泥沙本底固有成分及其所吸附的外来污染物(如重金属) 不易被解吸出来,不会对环境构成明显危害. 但当水环境条件发生改变,如pH 值下降、氧化还原电位降低、水中离子强度增大和盐分含量增高等,均可导致泥沙中污染物被解吸到水相中,而对水环境造成二次污染. 由于泥沙对污染物的吸附与解吸效应,因此,易被吸附的污染物质在水相中的浓度变化、毒性效应及迁移转化过程等,必然受河流泥沙含量、时空分布、颗粒级配、冲淤输送过程的影响与主宰性的控制.
(2)黄河泥沙对水污染控制的影响
作为面污染源———范围极其广泛的水土流失,所产生的大量泥沙进入河流, 使多沙河流水污染控制变得困难而复杂. 因为,由泥沙本身产生的污染,并不是单纯地运用水污染控制手段就可以消除的,而必须经过长期的水土保持才能解决. 而且,泥沙可能解吸污染物并产生二次污染的特性,也是不可预见和控制的. 此外,由于泥沙对水质影响而带来的水质模型的复杂性,也增加了水污染控制优化和管理工作的难度.
五、结语
( 1) 我国许多河流的泥沙问题都较突出, 因此泥沙与排入河流中的污染物之间的相互作用不可忽视。
( 2) 展开泥沙吸附污染物质的研究, 揭示污染物质在水沙两相体系中迁移转化机理, 最终可以利用泥沙来净化水体。
( 3) 在试验研究方面, 已经进行的实验大多建立在室内静态研究, 很少有进行动态方面的研究。
参考文献：
[1] 国家环境保护总局. 2005年中国环境状况公报[R ]. 北京:国家环境保护总局,2006.
[2] 禹雪中,杨志峰,钟德钰,等. 河流泥沙与污染物相互作用数学模型[ J ]. 水利学报, 2006, 37 (1) : 11 - 13.
[3] 洪一平, 叶闽. 三峡水库水体中氮磷影响研究[J] . 中国水利, 2004( 20) : 21 - 22.
[4] 禹雪中,钟德钰. 水环境中泥沙作用研究进展及分析[J].泥沙研究, 2004, 12(6):77 - 83.
[5] 李灿. 三峡库区重庆段泥沙对富营养化影响研究[D]. 重庆: 重庆大学, 2005: 46 - 48.
[6] 吕平毓,黄文典,李嘉. 河流悬移质对含磷污染物吸附试验研究[J]. 水利水电术,2005, 36(10): 96 - 99.
[7] 张常浩, 苏明旭, 蔡小舒. 高浓度颗粒悬浊液中超声衰减[ J] . 声学技术, 2004, ( 增刊) : 58- 59.
[8] 苏明旭, 蔡小舒. 超细颗粒悬浊液中声衰减和声速的数值分析研究[ J] . 声学学报, 2002, 27( 3) : 218- 222
[9] 张常浩，苏明旭，蔡小舒. 超声法测量河流泥沙粒度大小[J]. 泥沙研究，2006， 1（1）： 58-61．
[10]储柱全. 三峡库区悬浮态泥沙吸附解吸磷酸盐特性研究[ D] . 重庆: 重庆大学, 2006.
[11] 陈迪云, 谢文彪, 吉莉, 等. 混合有机污染物在土壤中的竞争吸附研究[ J] . 环境科学, 2006, ( 7) : 1 377 1 382.
[12] 陶桂和. 天然水体中泥沙颗粒在有机物迁移转化过程中的作用的研究[ D] . 上海: 同济大学, 1992.
[13] 王晓青, 李哲, 吕平毓, 等. 三峡库区悬移质泥沙对磷污染物的吸附解吸特性[ J] . 长江流域资源
与环境, 2007, ( 1) : 3136.
[14]王晓燕, 王一峋, 王晓峰, 等. 密云水库小流域土地利用方式与氮磷流失规律[ J] . 环境科学研究, 2003, ( 1) : 3033.
[15] 王浩, 陈吕军, 温东辉. 天然沸石对溶液中氨氮吸附特性的研究[J]. 生态环境, 2006, 15(2):
219-223.
WANG Hao，CHEN Lüjun，WEN Donghui. Characteristics ofammonium adsorption by natural zeolite in solution[J]. Ecology andEnviroment, 2006, 15(2): 219-223.
[16] 郭长城, 王国祥, 喻国华. 天然泥沙对富营养化水体磷的吸附特性研究[J]. 中国给水排水, 2006, 22(9): 10-13.
GUO Changcheng, WANG Guoxiang, YU Guohua. Study onadsorption of phosphorus in eutrophied water body by naturalsediment[J]. China Water ＆ Wastewater, 2006, 22(9): 10-13.
[17] 张智, 王利利, 曾晓岚, 等. 泥沙沉降对长江水体富营养化相关因素的影响初探[J]. 生态环境, 2006, 15(3): 457-460.
ZHANG Zhi, WANG Lili, ZENG Xiaolan，et al. Influence of thesuspended sediment on the relevant factors of Yangtze river’seutrophication[J]. Ecology and Enviroment, 2006, 15(3): 457-460.
河流泥沙动力学习题及答案
河流泥沙动力学习题 1.某河道悬移质沙样如下表所列。要求： （1）用半对数坐标纸绘出粒径组的沙重百分数P 的分布图，绘出粒径的累积分布曲线，求出d 50、d pj 、?（25 75 d d = ）的数值。 （2）用对数概率坐标纸绘出粒径组的沙重百分数P 的分布图，绘出粒径的累积分布曲线，求出d 50、?的数值。 （3）用方格纸绘出粒径组的沙重百分数P 的分布图，绘出粒径的累积分布曲线。 解：根据题意计算出小于某粒径之沙重百分数，列表如上。 （1）、半对数坐标纸上粒径组的沙重百分数P 的分布图及粒径的累积分布曲线 从下述半对数坐标纸上的粒配累计曲线上可查得中值粒径m m 054.050=d ， m m 075.075=d ，m m 041.025=d 。 平均粒径：069.0100 8675 .614 1 14 1 == ??= ∑∑==i i i i i pj p d p d ，
非均匀系数：353.1041 .0075 .02575=== d d ?。 半对数坐标纸上的沙重百分数p的分布图 246810121416182022 0.01 0.1 1 粒径（mm） 沙重百分数（% ） 半对数坐标纸上的粒配累积分布曲线 1020304050607080901000.01 0.1 1 粒径（mm） 小于某粒径之沙重百分数（%） （2）、对数概率坐标纸上粒径组的沙重百分数P 的分布图及粒径的累积分布曲线 （3）、方格纸上粒径组的沙重百分数P 的分布图及粒径的累积分布曲线
方格纸上的沙重百分数p的分布图 2468101214161820220 0.05 0.1 0.150.2 0.25 0.3 粒径（mm） 沙重百分数（% ） 方格纸上的粒配累积分布曲线 1020304050607080901000 0.05 0.1 0.150.2 0.25 0.3 粒径（mm） 小于某粒径之沙重百分数（%） 2.已知泥沙沉降处于过渡区的动力平衡方程式为（ω可查表）： 223231)(ωρωρυγγd K d K d K s +=- 令上式为 A=B+C 要求计算并绘制d ～ C B C +及d Re ～C B C +的关系曲线。（取61π =K ， 3/65.2cm g s =γ，3/1cm g s =γ，水温为10℃，d 取0.01～0.5mm ）
《工程泥沙及河流管理》
三峡枢纽工程的泥沙问题和泥沙调度 摘要：在高山峡谷区的水电站建设过程中，人为干扰是改变河道泥沙含量的主要诱因。泥沙淤积可能会影响水库库容，三峡也不例外。采用“蓄清排浑”方式，即保持水库在低水位运行，能够使三峡水库保持有效库容。具体的措施是改善泥沙调度，在基本调度基础上发展而来的双汛限调度方案能收到良好的效果。 关键字：泥沙调度，淤积，洪水位 1 泥沙问题的由来 泥沙问题是水利水电工程建设的主要问题之一。水电站多建在山区，开挖量大，地势陡，弃土废渣用以进入河道，致使河道含沙量发生明显变化，严重影响区域生态环境。水利水电工程的建设,严重干扰了已经稳定的土壤基底和边坡,极易产生滑塌、滑坡、泥沙流等严重的水土流失问题,而这一过程受降雨的影响更为突出。大量的松散物质在降雨及自身重力的作用下,遇降水极易发生水土流失而进入河道,致使河道悬移质和推移质泥沙含量剧增,导致河道泥沙含量发生显著变化,加剧水土流失危害。 另外,三峡枢纽工程位于高山峡谷区，水电站工程项目建设期间的水土保持永久和临时措施落实的好坏,也直接造成河道悬移质泥沙含量的增加和推移质淤积导致的河床高程的增加。不同施工期年际河道泥沙含量也会有所变化。施工初期,受大面积开挖及松散堆积弃土弃渣的影响,水土流失剧烈,河道泥沙含量变幅大；在有序施工及相关防护措施落实后,水土流失得到控制,河道泥沙含量就会降低；工程末期,伴随着对临时措施的拆除及其他开挖,河道泥沙含量又呈现增加趋势；最后,在拆除工程结束后,解除了外界人为干扰,河道泥沙含量终将趋于最后的平衡,趋于多年平均值。因此,它存在着一个“增大一减小一增大一平衡”的趋势。也就是说,人为干扰是水电站工程建设过程中河道泥沙含量发生变化的直接的也是最主要影响因素。 2 三峡水库泥沙淤积的几个问题 （1）．三峡的泥沙淤积问题是否会严重影响水库的有限库容，继而影响三峡枢纽工程的综合利用？我想答案是否定的。确保水库有效库容的关键是合理的运行方式，在三峡设计中采用的“蓄清排浑”能够使水库长期保持有效库容。在三峡枢纽运行管理过程中，“蓄清排浑”指的是在汛期水库稳定在低水位，方便排洪排沙。汛末水库开始蓄水，11月末回蓄到正常蓄水位。这是由于在含沙量增多的汛期，水库水位维持在合理的低水位，水库就能保持合理的有效库容。水库要始终能保持在低水位运行，必须要有足够的泄洪能力。 （2）．三峡枢纽工程的修建是否会把长江的防洪问题从下游转移到上游？泥沙淤积高程抬高和大坝对水库的壅水，相同流量的情况下洪水位会高于筑坝前的洪水位，势必会扩大淹没区域。控制汛期限制水位能从根本上控制库区末端的洪水位抬高值。因此，重庆地区的洪水位会抬高，但幅度有限。另一方面，只要确保较低的汛期限制水位，建库后的重庆洪水位就可以控制在一定高程以下。 （3）．三峡枢纽的修建是否会造成重庆港的泥沙淤积而变成死港？重庆港是一个调节水库，在它的最高水位和最低水位之间存在着一个回水变动区。在该区段内，河床冲刷淤积交替进行，可能使航运受到影响。选择正确的水库运用方式，可使重庆港免于泥沙淤积的危害，保持航运畅通。采用“蓄清排浑”方法，可以控制淤积末端上延，使处于回水变动区上段的港口避免累积性淤积。壅水期淤积的较少泥沙，可以利用汛末走沙期或汛初小洪水冲刷，使
13河流推移质泥沙及床沙测验规程【SL43-92】条文说明
, 中华人民共和国行业标准 河流推移质泥沙及床沙测验规程 条文说明
目次总则 推移质泥沙测验仪器的选择及使用 推移质输沙率及颗粒级配测验 床沙采样器的选择及使用 床沙取样及河段床沙调查
总则 大于 当有一种的含量大于 如沙的含量大于 若三种的含量都未超过 如某河床的沙含量 为卵石为以次类根据对泥沙测验精度的的水沙量和重要 工程建设的站均分 各类测站的测验要求和以达到资料应用所需要的测验精度又利于面上工作的开展和规程的执
推移质泥沙测验仪器的选择及使用 测验仪器的选择 口门宽和高大于床沙最大粒径 有利于取得全部对于大卵石河床如要求仪器口门宽也大于床沙最会造成采样器器身过大而严重影响采样效率且操作困难而难于实故口门宽应小于或等于 效容积指泥沙样品装入采样器后不易淘出和 不影响后期采样的最大样通常网式采样器取盛样仓最大 容积的取 采样器在下放到河床面上时仪器的口门能正对 量应使采样器在适用范围内悬索偏角一般不大于 要指网式和值略大于的压差式伏 贴 身阻力较小包括仪器阻水面积较小和水阻力系数 水力效率指口门平均进口流速值等于口门平均进口流 速与没有仪器时口门位置处的天然流速 品的代表性主要指样品的颗粒级配与自然推移的 泥沙颗粒级配的一致采样效率较稳定有两种是采样效率不变二是采样效率的变化有较好的规律可 若断面河床组成部分是一部分是选 用沙质推移质采样器和卵石推移质采样器在该断面上分别进行施 本条主要指新选用的采样器应有效率已经使用而没有解决好原型效率系数的应作率定早日提供原型效率 几种推移质采样器的主要技术参数见表结构示意
型仅尺寸和适用的粒径范围以 及承沙部位 图型沙推移质采样器 护板侧墙弹簧前门支柱前支架抽针 拉杆铅块冲沙挂尾门浮筒 器流线型加铅尾翼侧网背底网
粘性泥沙运动规律研究
粘性泥沙运动规律研究 摘要：依次介绍了粘性泥沙的沉降规律，粘性泥沙的冲刷规律和粘性泥沙的扬动规律，展 现泥沙运动的特点。这对于我们了解研究河口河床和近海海床沉积冲刷现象有着重要意义，也为更进一步的研究打下了基础。 关键词：粘性泥沙沉降冲刷扬动 Abstract:This paper discuss three behaviors of the cohesive sediment in turn, including the cohesive sediment subsiding, cohesive sediment erosion and incipient motion of cohesive sediment, to open out the characters of its movement. It helps us find the rules of erosion in the river, offshore and estuary and it has important significance to further research. Keywords: cohesive sediment subsiding erosion incipient motion 一、引言 通常情况下，根据泥沙颗粒的大小和矿物成分，可以将泥沙分为非粘性沙和粘性泥沙两类。其中粘性泥沙主要是由粉沙（d<0.05mm）和粘粒（d<0.05mm）组成，这些黏性细泥沙淤积固结后根据物理性质不同又可分为浮泥，淤泥和粘土[1,2]。在多沙河流中（包括河床，河岸和滩地）粘性泥沙占有一定的比重，同时它还存在于水库、河口港湾、粉质海岸中，对这些河流的演变和治理有着重要影响[3]。因此，研究粘性泥沙的运动规律有着重要意义。本文在此主要讨论粘性泥沙的沉积，冲刷，扬动三个个方面，系统的阐述粘性泥沙的简单运动规律，以期获得总体认识。 二、群体泥沙颗粒的沉降规律 前人对颗粒群体沉速公式的研究，可大致划分为两类：一是粗颗粒均匀沙的沉速，二是含较多细颗粒的非均匀沙沉速。 (1)Batchelor(1972)认为球体在低含沙水体中沉降时，颗粒间及颗粒与周围水体的相互影响，其沉速与其在无限清水中沉速的差异，是平均值不为0的随机变量。他从统计理论出发，最后推导出低含沙量情况下群体沉速的理论公式 ωs/ω0=1－6.55Sv (1) 上式中当Sv≤0.05时，计算结果能与实验值基本符合；当Sv较大则偏差大。 (2)Richardson和Zaki 采用量纲分析与试验结果，建立如下群体沉速公式[4]
中国水利年鉴2017_附录-2016年中国河流泥沙公报(摘录)-四、海河
藕池(康)站基本持平，其他站偏大8%～36%；湘潭、桃江、桃源、石门和城陵矶各站年输沙量偏大8%～257%，其他站偏小28%～66%。鄱阳湖区各站径流量偏大16%～61%；各站年输沙量偏大8%～101%。与上年度比较，2016年洞庭湖区各站年径流量增大13%～306%；湘潭站年输沙量减小22%，城陵矶站基本持平，其他站增大76%～727%。鄱阳湖区饶河虎山站和修水万家埠站年径流量分别减小19%和11%，梅港站基本持平，其他站增大18%～34%；虎山站年输沙量减小54%，湖口水道湖口站基本持平，其他站增大24%～62%。 2016年三峡水库继续进行175m试验性蓄水，库区淤积泥沙0.334亿t，水库排沙比为21%；2016年丹江口水库库区淤积泥沙50.2万t。2008年9月至2016年12月，重庆主城区河段累积冲刷量为0.1653亿m3。1998年10月至2016年10月，张家洲河段总体冲刷，平滩河槽总冲刷量为1.3527亿m3。2001年8月至2016年10月，澄通河段总体冲刷，总冲刷量为4.3547亿m3。 2016年主要泥沙事件包括长江流域继续实施国家水土保持重点工程，长江干流、主要支流及尾闾河道局部地点发生崩岸。 二、黄河 2016年黄河干流主要水文控制站实测径流量与多年平均值比较，各站偏小24%～72%；与近10年平均值比较，各站偏小22%～52%；与上年度比较，各站减小10%～39%。2016年实测输沙量与多年平均值比较，各站偏小65%～99%；与近10年平均值比较，龙门站偏大21%，兰州站基本持平，其他站偏小29%～91%；与上年度比较，唐乃亥、兰州、龙门和潼关各站增大15%～131%，其他站减小19%～66%。 2016年黄河主要支流水文控制站实测径流量与多年平均值比较，窟野河温家川站基本持平，其他站偏小8%～58%；与近10年平均值比较，皇甫川皇甫、温家川和无定河白家川各站偏大20%～158%，其他站偏小10%～43%；与上年度比较，洮河红旗站基本持平，皇甫、温家川、白家川和延河甘谷驿各站偏大33%～16590%，其他站偏小7%～35%。2016年实测输沙量与多年平均值比较，各站偏小72%～100%；与近10年平均值比较，皇甫、白家川和北洛河头各站偏大6%～89%，其他站偏小14%～100%；与上年度比较，温家川站减小99%，洮河红旗站基本持平，皇甫站从近似0增加至0.073亿t，其他站增大89%～955%。 2015年10月至2016年10月，内蒙古河段石嘴山站和巴彦高勒站断面略有淤积，三湖河口站和头道拐站断面略有冲刷；下游河道除艾山至泺口河段略有淤积外，其他河段均表现为冲刷，总冲刷量0.507亿m3。2016年黄河下游全年引水量109.4亿m3，引沙量1001万t。 2015年10月至2016年10月，三门峡水库总体表现为淤积，总淤积量为0.614亿m3；小浪底水库总体表现为淤积，总淤积量为1.324亿m3。 三、淮河 2016年淮河流域主要水文控制站实测径流量与多年平均值比较，淮河干流息县站和鲁台子站基本持平，干流蚌埠站偏大6%，颍河阜阳站和沂河临沂站均偏小78%；与近10年平均值比较，阜阳站和临沂站分别偏小65%和69%，其他站偏大26%～32%；与上年度比较，蚌埠站基本持平，阜阳站减小27%，其他站增大13%～647%。 2016年淮河流域主要水文控制站实测输沙量与多年平均值比较，各站偏小42%～100%；与近10年平均值比较，阜阳站和临沂站分别偏小98%和近100%，干流各站偏大31%～132%；与上年度比较，息县站和鲁台子站分别增大121%和96%，蚌埠站和阜阳站分别减小27%和74%，临沂站年输沙量仍近似为0。 2016年淮河干流鲁台子水文站和蚌埠水文站测验断面冲淤变化不大，前者主槽略有淤积，后者主槽略有冲刷。 四、海河 本期公报新增漳河观台水文站和卫河元村集水文站，以控制海河南部部分水系的径流量和输沙量。2016年海河流域主要水文控制站实测水沙特征值与多年平均值比较，漳河观台站实测年径流量偏大18%，其他站偏小11%～84%；各站实测年输沙量偏小49%～100%。与近10年平均值比较，2016年海河流域各站实测径流量偏大19%～290%；桑干河石匣里、下会和海河闸各站年输沙量偏小57%～100%，响水堡站近10年输沙量均近似0，其他站偏大220%～902%。与上年度比较，2016年石匣里站和响水堡站实测径流量基本持平，其他站增大33%～1610%；石匣里站年输沙量减小83%，卫河元村集站增大3083%，雁翅、张家坟和观台各站均从近似0分别增加至0.541万t、9.09万t和368万t，其他站仍近似为0。2016年引黄入冀调水2.531亿m3，挟带泥沙11.15万t。 观台水文站测验断面近20年来，仅在遭遇1996年和2016年特大洪水时发生了一定的冲淤变化，其他年份冲淤变化不大。 五、珠江 2016年珠江流域主要水文控制站实测水沙特征值与多年平均值比较，南盘江小龙潭、红水河迁江和郁江南宁各站实测径流量偏小6%～25%，其他站偏大7%～71%；北江石角站和柳江柳州站实测输沙量分别偏大17%和208%，其他站偏小11%～98%。 835附录
河流动力学及泥沙研究进展及发展趋势
河流泥沙研究进展及发展趋势 李义天孙昭华 （武汉大学，水资源与水电工程科学国家重点实验室，湖北 武汉430072） 摘要：河流泥沙研究包括泥沙运动力学、河床演变学及以此为基础的河流模拟，是水利、地学及生态环境等学科的重要基础之一。近些年来各大流域中出现的多种泥沙相关问题，使泥沙研究扩展到区域及流域泥沙及工程及环境泥沙问题等方面。由于河流泥沙研究的许多理论还有待完善，而江河治理开发实践中遇到的实际问题异常复杂，现有理论和方法还难以使所有问题得到圆满解决。因而，今后在继续深入研究泥沙基本理论的同时，应加强水沙变异条件下河床演变规律的研究，并从流域整体的角度，扩展研究的时间尺度、空间尺度，分析泥沙输移的规律及其造成的环境影响，探索水沙调控的理论与技术。 关键词：河流泥沙研究进展发展趋势 Review and perspective of river sediment research Yitian Li Zhaohua Sun
(State key laboratory of water resource and hydropower engineering science, Wuhan University, Wuhan 430072, China) Abstract:As the foundmantal theory of hydraulic engineering, geomorphology science and hydro-environment，river sediment research is developed to reveal the rule of sediment transport and to understand or predict fluvial processes. The goals of river sediment research have been broadened in recent years due to sediment related problems appeared in river management of large basins, which includes sediment problem of region or basin scale, interactions between hydraulic projects and environment. Since the basic theories underlying sediment movement and fluvial process still need to be improved, the sediment problem arose in engineering practice of river exploitation cannot be solved perfectly with current knowledge and technology. Consequently, it is argued that more efforts should be made in some key problems besides basic theoretical researches, such as channel responses to
河流泥沙动力学答案
7.有一条灌溉渠道，断面如图所示，通过粘性土壤地区，泥沙组成的平均粒径为0.03mm ，渠道长10公里，渠道坡降为1/3000，问引取清水，渠道水深为2m 时，会不会发生冲刷？如果发生冲刷，应如何修改渠道？（n=0.02） 解：（1）计算渠道水流的实际平均流速 渠道过水断面面积：m mh bh A 825.12122=?+?=+=， 湿周：m 21.825.11211222=?+?+=++=h m b χ， 水力半径：m 97.021 .88== = χ A R ， 根据谢才公式和曼宁公式计算渠道水流的实际平均流速： m/s .J R n RJ C U 89.03000197 .002 0112 1 3 2 2 13 2 =?? ? ????= = = （2）计算渠道泥沙起动流速 由于泥沙组成的平均粒径为0.03mm ，属于粗粉土，所以采用考虑粘性的张瑞瑾公式计算渠道泥沙起动流速了： m/s 59.0) 10 03.0(210000000605.01003.065.16.171003.0210000000605.06.1721 72 .03 3 14 .03 2 1 72.014 .0=??? ? ? ??+? +??????? ???=??? ? ? ?++-?? ? ??=---d h d d h U s c ρρρ由于U ＞U c ，即渠道实际平均流速大于泥沙起动流速，所以渠道会发生冲刷。 （3）为减少冲刷，可采用减缓渠道坡降的途径来修改渠道。 10.河道左岸有一座灌溉引水闸，闸底高出河底2米，当河道流量为1000m 3/s ，河宽为100m ，水深为5m ，水温为20℃时，问粒径为1mm 的泥沙会不会进入渠道？哪种粒径的泥沙会进入渠道？（河道断面接近矩形） 解：（1）若要使粒径为1mm 的泥沙进入渠道，需使河道断面平均流速大于或等于泥沙扬动流速，即s U U ≥，其中： 河道断面平均流速： /s 25 1001000m A Q U =?== ，
浅谈河流泥沙的运动规律
浅谈河流泥沙的运动规律 摘要：泥沙在河流水流的作用下，有一定的运动形式，沿河底滑动、滚动或跳跃，这种运动形式称为推移质；被水流挟带随水流悬浮前进，这种运动形式称为悬移质。由于天然河道同一河段流速随时间、沿程发生变化，各河断及各时段在流速较小时，细沙也可呈推移质形式运动；而流速增大时，粗砂也可转化为悬移质。因此，实际情况中推移质和悬移质处于不断调整中，情况很是复杂。本文着重讨论了悬移质泥沙的运动规律。由于脉动，不同瞬时或短历时测量的悬移质含沙量就不会稳定，不能反映它的变化趋势，因此，悬移质含沙量等水文要素的测量应持续一段时间，最好大一个脉动周期。 关键词：河流泥沙；运动；规律；挟沙能力；脉动 该式结构特点表明，河流流速大、泥沙颗粒小、水深浅，则挟沙能力强。水流挟沙能力一般指各级颗粒的沙源均为充足条件下的平衡含沙量，并不代表水流的实际含沙量，各级颗粒的沙源不充足会出现非饱和输沙，条件特殊时也会出现超饱和输沙。但是，水流挟沙能力仍是分析河床冲淤或平衡问题的常用概念，当水流挟带的悬移质泥沙超过河段的水流挟沙能力时，这个河段必将发生淤积；反之，则会发生冲刷。 2悬移质的时空分布规律 2.1河流泥沙变化的影响因素 河流从流域挟带泥沙的多少与流域坡度、土壤、植被、季节性气候变化，降雨强度以及人类活动等因素有关。河流泥沙随时间的变化，也就取决于这些因素随时间的不同组合和变化。来源于地势、地形、土壤性质和植被状况等下垫面条件不同的地区河流的洪水，挟带的泥沙将会有显著的差别，多沙河流与少沙河流与流域下垫面状况紧密相关。另外，对于冲积性河流，其承水河床由长期冲积的泥沙构成，水流流经这样的河段，常会挟带或沉积大量泥沙。季节性的气候变化对河流泥沙的变化也有一定的影响。汛前由于降水少，土壤疏松、干燥、抗冲能力差，因此，初夏的暴雨洪水常挟带较多的泥沙，秋末洪水含沙量较少。降雨强度对河流泥沙的影响是：雨强大，则侵蚀能力强，从而使河流挟带的泥沙增多。河流输沙量集中在汛期，而且主要集中在几次大洪水中，其原因也在于此。人类活动使流域产沙条件发生变化。如修建道路、毁林垦荒，将导致河流泥沙增加；而封山育林、开展水土保持，又可减少河流泥沙；修建水库，常会沉积泥沙。这种影响将使河流泥沙发生系统性变化。 2.2泥沙的脉动 脉动是忽大忽小不停波动变化的现象。悬移质泥沙悬浮在水流中，与流速脉动一样，含沙量也存在着脉动现象，而且脉动的强度更大。在水流稳定的情况下，断面内某一点的含沙量是随时变化的，它不仅受流速脉动的影响，而且与泥沙特性等因素有关。由于脉动，不同瞬时或短历时测量的悬移质含沙量就不会稳定，不能反映它的变化趋势，因此，悬移质含沙量等水文要素的测量应持续一段时间，最好大一个脉动周期。 2.3悬移质泥沙的垂直分布 悬移质含沙量在垂线上的分布，一般从水面向河底呈递增趋势。含沙量垂向的变化梯度还随泥沙颗粒粗细的不同而异，颗粒较细的泥沙，其垂直分布也均匀，而对于较粗泥沙，则梯度
河流泥沙运动学基本理论综述
河流泥沙运动学基本理论综述 【摘要】河流泥沙研究主要是研究河流中的泥沙运动规律及特点、泥沙运动基本理论等，进而解决水利工程中对应的河流泥沙问题。河流泥沙动力学基本理论包括：泥沙的沉降特性、泥沙的起动特性、悬移质运动规律、推移质运动规律、水流挟沙力、非平衡输沙、泥沙运动统计理论、异重流运动理论、波流作用下的泥沙运动理论等[1]。本文主要对河流泥沙运动学基本理论进行简要综述。 【关键词】河流泥沙运动学；基本理论 河流泥沙学科是一门综合性的基础技术学科，研究泥沙在水体中的输移、悬浮、冲刷、淤积的规律，是水力学科的基础理论之一，包括了泥沙运动力学、河床演变与整治、工程泥沙、航道与港口治理、水土流失与治理等多方面的内容，涉及水文学、水力学、地理学、以及环境与生态学、沉积学等多个学科[1]。通过对于河流动力学课程的学习和一系列论文的翻阅，现将河流泥沙运动学基本理论的相应进展做以综述，由于能力和资料的有限，望老师批评指正。 1.河流泥沙研究的发展历程 我国河流泥沙研究的历史可追溯至修建都江堰工程时期，李冰父子通过引用鱼嘴分水堤，飞沙堰溢洪道，宝瓶口进水口三大部分和百丈堤、人字堤等附属工程，科学地解决了岷江的泥沙等问题，消除了水患。今年来，我国的钱宁等老一代科学家通过其不断努力，逐步完善了理论研究体系，形成了一系列系统的学科，且成功的将这些理论运用到实际工程当中，解决了诸如三峡，小浪底等水利工程的泥沙问题 2.我国河流泥沙研究成果 我国是世界上河流最多的国家之一，有许多源远流长的大江大河。其中流域面积超过1000平方千米的的河流就有1500多条。我国的水资源具有四大特点：水多、水少、水脏、水混。其中水混即河流中携带大量泥沙，导致了水土流失严重、河床抬高等一系列严重的问题，以黄河最为严重，这些问题给我过的水利水电工程建设、河道防洪和沿河道人民的日常生活都带来了严重的影响。由于突出的泥沙问题和资源，我国的泥沙学科发展迅速，取得了巨大成就，研究在世界上也有着极高的地位。 2.1 河流泥沙运动学基本理论 2.1.1泥沙的起动特性 3.结束语 河流泥沙学科是个古老而年轻的学科，它与水文学、水力学、地貌学、地
第三节 河流泥沙的基本特性
第三节河流泥沙的基本特性 一、几何特性 泥沙的几何特性指泥沙颗粒的形状、粒径及其组成。泥沙的形状棱角峥嵘、极不规则，常可近似地视为球体或椭球体。 泥沙粒径的求法：对于较大颗粒的卵石、砾石，可以通过称重求其等容粒径。所谓等容粒径，就是体积V与泥沙颗粒体积相等的球体的直径，即d=(6V/π)1/3。或者，通过量出颗粒的长轴a、中轴b、短轴c，算其几何平均粒径 d=abc，这实际上是将泥沙颗粒视为椭球体而求得的椭球体的等容粒径。 对于较细颗粒的泥沙，实际工作中，通常采取筛分析法或沉降分析法求其粒径。筛析法的作法是，将孔径不同的公制标准筛，按孔径上大下小原则叠置在一起，放在振动机上，将沙样倒在最上一级筛上，把经振动后恰通过的筛孔孔径作为该颗粒的粒径，并称此粒径为筛 径。采用沉降法求其粒径并称为沉降Array粒径，其原理是，通过测量沙粒在静 水中的沉降速度，按照粒径与沉速的 关系式((3-2))反算出粒径。 泥沙的组成常用粒配曲线表示。 即通过沙样颗粒分析，求出其中各粒 径级泥沙的重量及小于某粒径泥沙 的总重量，算出小于某粒径的泥沙占 总沙样的重量百分数，在半对数纸上 图3-3 半对数纸上的泥沙粒配曲线 绘制如图3-3 所示的泥沙粒配曲线。 据此粒配曲线，可反映沙样粒径的粗 细及其组成的均匀性。如图3-3 所示，Ⅰ、Ⅱ两组沙样相比较，沙样Ⅰ的组成要粗些、均匀些；沙样Ⅱ的组成要细些、不均匀些。 根据图3-2示粒配曲线，易于确知沙样的中值粒径d50。它的意义是，沙样中大于和小于这一粒径的泥沙重量各占50％。在实际工作中，通常可以中值粒径d50作为沙样的代表粒径。 二、重力特性 1．泥沙的容重与密度 泥沙颗粒实有重量与实有体积的比值，称为泥沙的容重γS，单位为N／m3。泥沙颗粒实有质量与实有体积的比值，称为泥沙的密度ρs，单位为t／m3或kg ／m3。
河流泥沙动力学习题及答案
河流泥沙动力学习题 1.某河道悬移质沙样如下表所列。要求： （1）用半对数坐标纸绘出粒径组的沙重百分数P 的分布图，绘出粒径的累积分布曲线，求出d 50、d pj 、?（25 75 d d = ）的数值。 （2）用对数概率坐标纸绘出粒径组的沙重百分数P 的分布图，绘出粒径的累积分布曲线，求出d 50、?的数值。 （3）用方格纸绘出粒径组的沙重百分数P 的分布图，绘出粒径的累积分布曲线。 解：根据题意计算出小于某粒径之沙重百分数，列表如上。 （1）、半对数坐标纸上粒径组的沙重百分数P 的分布图及粒径的累积分布曲线 , 从下述半对数坐标纸上的粒配累计曲线上可查得中值粒径m m 054.050=d ，
m m 075.075=d ，m m 041.025=d 。 平均粒径：069.0100 8675 .614 1 14 1== ??= ∑∑==i i i i i pj p d p d ， 非均匀系数：353.1041 .0075 .02575=== d d ?。 半对数坐标纸上的沙重百分数p的分布图 246810121416182022 0.01 0.1 1 粒径（mm） 沙重百分数（% ） 半对数坐标纸上的粒配累积分布曲线 1020304050607080901000.01 0.1 1 粒径（mm） 小于某粒径之沙重百分数（%）
（2）、对数概率坐标纸上粒径组的沙重百分数P 的分布图及粒径的累积分布曲线 （3）、方格纸上粒径组的沙重百分数P 的分布图及粒径的累积分布曲线 方格纸上的沙重百分数p的分布图 246810121416182022 0.05 0.1 0.150.2 0.25 0.3 粒径（mm） 沙重百分数（% ） 方格纸上的粒配累积分布曲线 1020304050607080901000 0.05 0.1 0.150.2 0.25 0.3 粒径（mm） 小于某粒径之沙重百分数（%） 2.已知泥沙沉降处于过渡区的动力平衡方程式为（ω可查表）： 223231)(ωρωρυγγd K d K d K s +=- 令上式为 A=B+C
河流泥沙动力学习题及答案.doc
河流泥沙动力学习题 1. 某河道悬移质沙样如下表所列。要求： （ 1）用半对数坐标纸绘出粒径组的沙重百分数 P 的分布图，绘出粒径的累积分布曲 线，求出 d 、 d 、 d 75 （ ）的数值。 50 pj d 25 （ 2）用对数概率坐标纸绘出粒径组的沙重百分数 P 的分布图，绘出粒径的累积分布 曲线，求出 d 、 的数值。 50 （ 3）用方格纸绘出粒径组的沙重百分数 P 的分布图，绘出粒径的累积分布曲线。 分组号 分界粒径 D 沙重百分数 P 小于某粒径之沙重百分数 （毫米） （ %） （%） 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 解：根据题意计算出小于某粒径之沙重百分数，列表如上。 （ 1）、半对数坐标纸上粒径组的沙重百分数 P 的分布图及粒径的累积分布曲线 从下述半对数坐标纸上的粒配累计曲线上可查得中值粒径 d 50 0.054 mm ， d 75 0.075 mm ， d 25 0.041 mm 。 14 p i d i 6.8675 i 1 0.069 ， 平均粒径： d pj 14 100 p i i 1
非均匀系数：d 75 d 25 0.075 0.041 1.353 。 22 20 18 ）16 % （14 数12 分 10 百 重 8 沙 6 4 2 1 100 ） % 90 （ 数80 分70 百 60 重 沙50 之40 径 30 粒 某 20 于10 小 1 半对数坐标纸上的沙重百分数p的分布图 0.10.01 粒径（ mm） 半对数坐标纸上的粒配累积分布曲线 0.10.01 粒径（ mm） （2）、对数概率坐标纸上粒径组的沙重百分数P 的分布图及粒径的累积分布曲线（3）、方格纸上粒径组的沙重百分数P 的分布图及粒径的累积分布曲线
水文测验复习思考题(含参考答案)
1．什么是水文测站，水文测站分为那几类？ 答：水文测站是在河流上或流域内设立的，按一定技术标准经常收集和提供水文要素的各种水文观测现场的总称。按目的和作用分为，基本站、实验站、专用站和辅助站；按其观测项目可分为：水位站、流量站、雨量站等。 2、什么是水文站网？ 答：水文站网是在一定地区，按一定原则，用适当数量的各类水文测站构成的水文资料收集系统。站网密度：世界平均值：每万km24.0站；我国：每万km2 3.56站。 3、什么是测验河段？答：对水文观测现场的作业和观测成果，具有显著影响控制作用的河段。 4、测验河段的选择目的是什么？ 答： 1)满足设站目的，确定测验河段的大致范围；2)保证各级洪水安全操作与测验精度，建立尽可能简单的水位流量关系；3)满足1)2)的前提下，尽可能照顾生活、交通、通讯上的便利。 4、什么是测站控制、断面控制、河槽控制？ 答：假如在测站附近（通常在其下游）有一段河槽其水利特性能够使测站的水位流量关系保持单一关系，则这个断面或河槽便称为测站控制；如果测站控制作用发生在一个横断面上，则称为断面控制；如果测站控制作用靠一段河槽的底坡、糙率、断面形状等因素的共同作用来实现，被称为河槽控制。 6、选择测验河段的具体要求是什么？ 答： 1）河道顺直、稳定、水流集中、便于布设测验设施的河段；2）尽量避开变动回水、急剧冲淤、分流、斜流等不利影响；3）尽量避开易发生冰坝、冰塞的河段；4）顺直长度应不少于洪水时主槽河宽的3～5倍；5）河段的底坡、断面形状、糙率等水力因素比较稳定。 7、一般河道测验断面的布设内容有哪些？ 答：①基本水尺断面；②流速仪测流断面；③浮标测流断面；④比降水尺断面；⑤基线；⑥基本水准点。8、什么是虚流量及引入虚流量的目的？ 答：在水流平面图的测绘过程中，在平面图上将各个浮标经过各断面的位置绘出，并按顺序用虚线连成折线，选择虚线走向比较一致的断面为初选断面，在该断面上，计算出的各部分面积的部分流量，即为部分虚流量，按比例绘制各部分虚流量的矢量线，将各部分虚流量的矢量值用推平行线法连成矢量多边形，作为最后确定的测流断面。 9、什么是一个测站的水位流量关系，测流断面应怎样布设？ 答：一个测站的水位流量关系，是指基本水尺断面水位与通过该断面的流量之间的关系，所以，测流断面与基本水尺断面应该是一个断面，且测流断面应该垂直于断面平均流向。 10、什么是基线，应怎样布设？ 答：推算测验垂线在断面上的位置（起点距），在岸上布设的测量线段，称为基线； 基线应垂直于断面设置，基线的起点恰在断面上。 11、测验渡河设备的作用和目的？ 答：流速测验（结合泥沙测验），按目前一般在用的面积—流速法，均需利用渡河设备。使用流速仪时，渡河设备用来测量水道断面面积和流速、流向；适用浮标测流时，用来测量水道断面面积；输沙率测验时，则同时用来采取水样。 12．主要测验渡河设备有哪些？答：1）过河索吊船设备；2）水文缆道；3）升降式缆车。 12、什么是水位，水位观测的目的及影响水位变化的因素有哪些？ 答：水位是河流、湖泊、海洋和水库等水体的自由水面相对于某一标准基面的高程，单位以m计。在水文计算中，常用水位直接或间接的推算其他水文要素，如通过水位-流量关系推求流量；通过流量推算输沙率；由水位计算水面比降等。水位的变化，主要取决于水体自身水量的变化，约束水体的条件改变，以及水体受干扰的影响等因素。 14、什么是基面、标准基面，我国采用的标准基面是？ 答：水位一般都以一个基本水准面为起始面，这个基本水准面又称为基面；将高程定为0.000m的基面称为绝对基面，又称标准基面；我国常以黄海海平面为标准基面。 15、水位观测直接观测有哪些？ 答：直接观测设备，即水尺，人工直接读取水尺读数加水尺零点高程即得水位水尺型式有：1）直立式2）倾斜式3）矮桩式4)悬锤式。 16、间接观测设备有哪些，各有什么使用条件用条件？
河流泥沙工程-余老师作业-陈燕平
泥沙数学模型计算 陈燕平2013282060132 1 数学模型简介 本次泥沙淤积分析计算采用武汉水利电力大学研制开发的susbed-2准二维恒定非均匀流输沙模型。该模型是建立在河流泥沙动力学理论、非均匀悬移质不平衡输沙以及水库淤积与河道冲淤变形研究成果的基础上，解答较为全面，在我省的高桥电站、云龙水库、糯租电站、麻栗坝水库以及漫湾、大朝山等工程设计中被广泛采用，取得了良好的效果。该模型为《水电水利泥沙工程设计规范》推荐使用的模型之一。 2 上游工程对水电站来水来沙影响分析 2.1水利工程影响 南盘江流域为我省人口稠密地区，经济相对发达，上游河段有较多的闸坝，人类活动对径流的影响自古即存在。在上世纪50年代末及60年代初，就修建了较多的中、小型水库。由于这些水库的灌区都在流域内，本身流域面积也较小，对下游江边街一带干流段径流影响不大。上游具有调节性能的水库为柴石滩水库。根据柴石滩水库初设报告，水库正常库容3.4亿m3，兴利库容2.55亿m3，死库容0.85亿m3；水库多年平均输沙量为75.2万t，库沙比599，每年95%约71.4万t的泥沙淤积在库内，约占江边街站的10.5%。大桥电站来沙应粗略考虑柴石滩水库的拦蓄作用。同时，柴石滩水库建成至今，由于灌区渠道未配套，一直未发挥农田供水任务。大桥电站径流计算时，应考虑满足规划水平年上游用户蓄水要求，扣除相应耗水。 2.2水电工程影响 上游规划或已建梯级电站均为日调节电站。由于低水头、大流量发电，
平衡年限较短，因此对梯级电站的水量调节及拦沙作用不予考虑。 3 基本资料及参数 （1）断面资料 大桥电站库区共布置了44个断面，系由2010年实测而得。断面平均间距1167m，其中断面最大间距为2281m，最小间距为397m。 （2）水沙系列资料 根据江边街实测资料得出规划水平年水沙系列过程。规划水平年柴石滩灌区配套完成，径流过程为扣除上游用水后的“柴石滩下泄+区间径流”过程，来沙量相应考虑水库的拦蓄作用。 经分析，规划水平年坝址悬移质多年平均输沙量605.4万t，推移质多年平均输沙量30.3万t，多年平均来水量53.7亿m3。 （3）坝前水位 为保证大桥电站安全运行，考虑水库库区段高速公路的防洪安全及电站的发电效益，经多组试算，电站运行调度方式为： ①当入库流量大于300m3/s时，库水位降至死水位995m排沙运行；小于300m3/s 时，正常蓄水位1000m运行。 ②当入库流量大于600m3/s时，开启全部冲沙孔及表孔放空库容，停止发电。 （4）粒径分组 根据悬移质和推移质的组成情况，将非均匀沙分为15组，其端点粒径为d1=0.001，d2=0.0025，d3=0.005，d4=0.01，d5=0.02，d6=0.05，d7=0.1，d8=0.25，d9=0.5,d10=2 ,d11=5,d12=10 ,d13=20 ,d14=40 ,d15=100mm。前9组按悬移质计算，后6组按推移质计算。 （5）糙率 电站库区河段两岸植被较差，存在着滑坡、崩塌，且河床弯曲不规则，参照附近工程经验，综合分析糙率值采用0.032~0.045。 （6）有关参数 泥沙计算采用张瑞瑾水流挟沙力公式，系数k及指数m采用上游糯租电
河流泥沙作用
河 流 泥 沙 利 用 姓名:徐喜梅 指导教师:王勤香 系别:水利系 班级:监理0801班 学号:2008070116
河流泥沙利用 徐喜梅 黄河水院监理0801班邮编475003 摘要: 在简略概括分析黄河水沙基本特点及变化趋势的基础上 总结了黄河泥沙利用的方式和途径，分析了泥沙资源化利用的意义和特点，研究了近期内加固大堤、淤筑村台、放淤改土等多种途径利用泥沙的潜力，提出了一些促进泥沙利用的建议。 关键词:黄河泥沙利用方式途径特点潜力 千万年来黄河泥沙作为一种自然资源，履行着“填海造陆”的使命。广阔的黄淮海平原正是由于黄河泥沙的存在，得以形成、扩大，中华儿女有了繁衍生息的场所和丰富的土地资源。因此黄河泥沙是国土资源的一部分，不仅过去是，现在和将来也是。 1 黄河水沙基本特点及变化趋势 1.1 黄河水沙基本特点 1.1.1水少沙多，含沙量高 黄河多年平均天然年径流量580亿立方米，相当于长江的1/17，仅占全国河川径流总量的2％，居我国七大江河的第4位。流域内人均水量5933m，为全国人均水量的25％；耕地亩均水3243m，仅为全国耕地亩均水量的17％。黄河上中游水土流失十分严重，造成下游河道严重淤积，河床平均每年抬高约10厘米。黄河三门峡站多年 平均输沙量约16亿吨，平均合沙量为353m kg，在大江大河中名列第一，在世界江河是绝无仅有的。如果把16亿吨泥沙堆成高、宽各1米的土堤，其长度为地球到月球距离的3倍，可以绕地球赤道27圈。“跳进黄河洗不清”的说法，也就是由形容黄河泥沙多而来的。 1.1.2 水、沙时空分布不均 黄河流域水量主要来自河口镇以上，占总水量的54％，而且是清水，该地区来沙量仅占到总来沙量的9％；沙量主要来自河口镇～
河流动力学论文
悬浮泥沙输移研究 班级水利与环境学院 20101501班 学号 20101501 作者 摘要：本文通过研究大量文献，对河水中悬浮泥沙的输移规律有了较为全面的了解。目前在悬浮泥沙输移的规律方面的研究已较为深入，但在悬浮泥沙对重金属、氮、磷等营养元素吸附的研究以及悬浮泥沙的动力过程方面的研究还不够完善。本文根据实测泥沙资料，对悬浮泥沙的输移规律以及动力规律做进一步的研究。 关键词：悬浮泥沙；河口；输移规律 引言 悬移质泥沙往往构成冲积河流中输运固体物质的主体，对河道的冲淤演变具有重要的影响,是河流泥沙动力学的重要研究对象。此外，由于相对于推移质具有更小的粒径，悬移质泥沙颗粒具有较大的比表面积，通过吸附作用成为水流中重金属、石油等有机、无机污染物(如氮磷等)的重要载体之一。因此悬移质泥沙的冲刷、输运、沉积不仅是河流、湖泊、河口演变的主要原因，同时也是影响水环境的主导因素之一，研究悬移质泥沙的输移过程是研究泥沙运动所带来的地貌、环境、生态效应等现象的基础。 1 悬浮泥沙输移形式 河口来沙量巨大且水动力条件复杂,悬浮泥沙的输移形式很多,河口段泥沙的输移形式通常可以分为槽内输移、涨落槽间输移、滩槽间输移和滩面输移；口门处最大浑浊带泥沙在径、潮流和盐度锋的作用下发生垂直输移。 1.1槽内悬浮泥沙输移 河槽是长江向海输送水、沙的主要途径.根据优势流理论河口分成落
潮优势流河段、涨潮优势流河段,口门以内径流的作用较强,槽内悬浮泥沙整体向口外输移。 1.2 滩、槽间悬浮泥沙输移 多汊河口,在口门处呈现出滩、槽交替出现的特点.滩、槽之间的平面环流实现了在滩、槽之间悬浮泥沙输移交流。河槽中水、沙向海净输移,在口门处由于水面展宽,径流作用减弱和相应潮流势力加强,两者达到动力平衡；盐水锋作用令泥沙作垂直输移使悬沙滞留于口门附近并在此大量沉积下来。在无风或微风条件下,潮滩上径流作用很小,涨潮流的作用占主导地位,泥沙净向陆地输移,口门处的泥沙又被携至潮滩并沉积下来,这样便形成了一个完整的环流。在大风天气条件下,特别是有风暴潮出现时潮滩沉积物大量被冲刷,泥沙又进入河槽,形成了与前者相反的平面环流。 1.3滩面及潮沟的泥沙输移 以前对泥沙输移的研究多集中于对槽内及滩、槽间泥沙输移模式的探讨,对于在潮滩、潮沟这样的浅层面流、线流条件下的泥沙输移研究(包括潮滩和潮沟间的泥沙交换)十分有限,而且也局限于对一两个动力因子的探讨,对其系统的研究则显得相当不够。主要原因在于:(l)潮滩上设立长期的观察点较为困难,野外实测获取第一手资料的难度极大；(2)即使设立了长期观察点,受到滩沟形态演变的影响,资料的稳定性和代表性也存有疑问；(3)潮滩及潮沟中的动力条件和地形地貌十分复杂,研究难度较大.但这方面的研究却是深人研究潮滩演变规律及物质循环规律的基础和关键,所以有着极大的研究价值。 2水动力对潮滩悬浮泥沙输移的作用 河口是水动力条件十分复杂的区域,潮流、径流、波浪、风暴潮等动力因子交织在一起极大影响了悬浮泥沙在潮滩上的输移。 2.1潮流 在河口三角洲的发育过程中,潮流是一个重要的动力因子.它在河口的悬浮泥沙输移过程中起着重要作用,也是现代潮滩地貌发育的重要动力因素。沉降滞后和侵蚀滞后的概念基本描述了潮滩上悬浮泥沙输移特