河流泥沙的运动规律
河流泥沙变化规律及其对环境的影响
河流泥沙变化规律及其对环境的影响河流是地球上最宝贵的自然资产之一，对于物种生态系统和人类社会有着重要影响。
河流是淡水资源的重要来源，并为农业、工业、交通、观光和娱乐等产业提供了重要的支持。
然而，河流沉积物变化的规律对环境稳定性的影响却是不可忽视的问题。
本文旨在分析河流沉积物变化的规律及其对环境的影响。
一、河流沉积物的来源和组成河流沉积物主要源于两个方面：一是岸边和河道中的岩石、石头、草木和泥土等天然物质；二是溪流中冲刷下来的泥沙和土壤以及附近地区的农业、工业和城市废水。
河流沉积物主要由砾石、沙粒、泥板、黏土和有机物质等组成。
这些沉积物可以通过人工和自然力量的运动转移到不同的地貌区域和不同的水域环境中。
沙和泥沈积是代表性的河流沉积物，在纵向分布上互相依存，沙粒沉积在上游区域，而细小的泥沙则主要在下游区域沉积。
二、河流沉积物变化的规律河流沉积物的变化与多种因素有关，包括流量、降雨、输入量、流速、沉积作用、生态因素等。
以下内容将着重探讨这些因素的影响。
1. 流量河流的流量是影响沉积物变化的重要因素。
径流量的变化不仅仅改变了输移能力、搬运才华和侵蚀能力，同时也影响了河床的粒子分选和沉积速率等物理过程。
2. 降雨降雨量会对河流搬运力造成影响，同时也会增加河流的风险。
如果降雨量小于径流量，部分水分会通过地下水层附近的地面径流来到河流中，并且水质不会因为降雨而发生明显的变化。
3. 输入量输入量包括从河床、岸边和上游输入的沉积物和生物质量等。
沉积物的输送由利用流量、悬浮物、水速、水体深度、枯水期等条件的径流来驱动。
如果输入量变化很大，则会影响底部通量的吸附和吸附过程，使它们在环境中的固定性和可行性产生变化。
4. 流速河流的流速会影响沉积物的运动和传输。
一般来说，流速越快，泥沙的径流距离越远。
在慢流的条件下，稳定地假设岸边和底端质点的间隔相等以及它们耗费同等的时间通过实际沉积物碰撞和沉积进程，也就是说在同等温度、官能群和环境下，不同的大气沉积速率下，不同的碰撞速度和沉积速度等条件下，密度初始值相同的沉积物粒径在沉积区的垂直径向分布是相同的。
河流淤积原理
河流淤积原理河流淤积是指河流中的泥沙、砾石等颗粒物质在水流作用下沉积在河道底部或两岸的现象。
这是一种自然过程，对于河流的形态和水文特征有着重要影响。
河流淤积原理是指导我们了解和预测河流淤积现象的基本理论。
河流淤积的原理可以从水动力学和沉积学两个方面来解释。
首先，水流在流动时会带动河道底部和两岸的沉积物。
当水流速度减小时，其携带能力也会减小，导致沉积物沉积在河床上。
其次，河流的淤积还与河道的形态和沉积物的特性有关。
河道的曲率、宽度和横断面形状等因素都会影响河流的水动力特征，从而影响沉积物的沉积过程。
河流淤积的过程可以分为沉积物运动和沉积两个阶段。
在沉积物运动阶段，水流的作用下沉积物被搬运到河道中的较低位置。
这个过程中，河流的水动力特征决定了沉积物的运动速度和方向。
水流速度越大，悬移质量浓度越高，沉积物的运动速度也就越快。
而在沉积阶段，随着水流速度的减小，沉积物逐渐沉积在河道底部或两岸。
这个过程中，沉积物的颗粒大小和密度决定了其沉积速度和沉积层的厚度。
河流淤积是一个动态过程，河流淤积物的形成和消失是同时进行的。
当河流的输沙量大于搬运和淤积的能力时，河道底部的淤积物将逐渐堆积起来，形成河床的升高。
相反，当河流的输沙量小于搬运和淤积的能力时，河道底部的淤积物将被侵蚀，河床的高度将逐渐降低。
这种动态平衡状态决定了河流淤积现象的周期性。
河流淤积现象对于河流的环境和生态系统有着重要的影响。
首先，河流淤积会改变河道的形态和水文特征。
河床的升高会导致河水的水位升高，增加洪水的威力和频率。
其次，河流淤积还会影响河流的水质和生物多样性。
沉积物中的有机物和污染物会对水质产生影响，而沉积物的沉积和悬浮态颗粒物的含量也会影响河流中的生物群落结构。
为了管理和保护河流资源，我们需要深入了解河流淤积原理，预测和评估河流淤积现象的发展趋势。
基于对河流淤积原理的研究，我们可以采取一系列措施来减轻淤积现象的影响。
例如，加强土壤保护，控制河岸侵蚀和河床冲刷，合理规划河道的疏浚和改道工程等。
水文学7第七章 河流泥沙
（三）悬移质运动 悬移质是泥沙运动的主要方式 之一。 之一。冲积平原河流所挟带的泥 沙中,悬移质占绝大部分, 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. 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. 动和重力作用是主要因素.
1.悬移质的分布与变化 1.悬移质的分布与变化 悬移质含沙量沿垂线的分布具有自 水面向河底增加的趋势。 水面向河底增加的趋势。泥沙的粒径也是 近河底的较大，向上逐渐变小。 近河底的较大，向上逐渐变小。同一条河 流，洪水期由于来自流域表面的细沙较多， 洪水期由于来自流域表面的细沙较多， 故含沙量沿垂线分布较均匀，枯水期， 故含沙量沿垂线分布较均匀，枯水期，流 域来沙少，河中粗粒较多， 域来沙少，河中粗粒较多，分布就较不均 匀。
• 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）
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。
水利工程中的泥沙运动与河道治理
6
实际案例分析
国内典型河道治理案例
黄河治理：通过修建大坝、 疏浚河道、植树造林等措 施，有效控制了黄河的水
沙问题。
长江治理：通过修建三峡 大坝、整治支流、加强环 境保护等措施，有效缓解
了长江的水患问题。
珠江治理：通过修建水闸、 疏浚河道、加强环境保护 等措施，有效改善了珠江
的水质和生态环境。
水利工程中的泥沙运动 与河道治理
,
汇报人：
目录
01 添 加 目 录 项 标 题 03 河 道 治 理 的 必 要 性
和目标
05 河 道 治 理 中 的 泥 沙 控制技术
02 泥 沙 运 动 的 基 本 原 理
04 泥 沙 运 动 对 河 道 治 理的影响
06 实 际 案 例 分 析
1
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辽河治理：通过修建大坝、 疏浚河道、加强环境保护 等措施，有效控制了辽河
的水沙问题。
国际典型河道治理案例
荷兰三角洲工程：通过 修建拦河坝、泄洪道等 措施，有效控制了河流 的水位和流量，保护了 沿岸的城市和农田。
美国密西西比河治理： 通过修建堤坝、疏通河 道、恢复湿地等措施， 有效减轻了洪水灾害， 保护了沿岸的生态环境。
对未来河道治理的启示
泥沙运动对河道的影响：侵蚀、淤积、河床演变等 河道治理措施：清淤、疏浚、护岸等 治理效果评估：经济效益、环境效益、社会效益等 河道治理的未来发展趋势：智能化、生态化、可持续化等
THANKS汇报人：泥沙冲刷对河道的影响泥沙冲刷导致河 道淤积，影响水 流速度
泥沙冲刷导致河 床抬高，影响河 道防洪能力
泥沙冲刷导致河 岸侵蚀，影响河 道稳定性
泥沙冲刷导致水 质恶化，影响生 态环境
水文学原理-第11章 河流泥沙
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。
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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。
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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。
第二章推移质运动
Pc3 P (u 0 u 0c u 0c 1 u 0c 1.37 u 0c ) 0.159
一般以少量起动作为判断标准
二、无粘性沙的起动流速公式
1、泥沙的受力分析
⑴、水下W 重 力
球体W ： s
D3
6
非球体W： a3s D3 (a3为体积系 ) 数
⑵、拖曳力 F D
表面摩擦力：水流流过
V c 4.6 D 1 / 3 h 1 / 6
冈恰洛夫公式 (采用对数流速分布公式 )：
Vc
1 .07 lg
8.8h D 95
s gD ( m, s制 , D 0 .08 ~ 1 .5 mm )
河海大学公式 (采用对数流速分布公式 )：
Vc
1.28
lg
13 .15 h D 95
gD (天然沙 , m, s制， D 0.5mm )
•代表粒径：如Dm、D50等 •分级计算
2. Vc和τc两种起动 形式的起动条件的 比较
3. 跞石和卵石的起动
4.止动流速、不动流速、扬动流速
1、止动流速VH：泥沙由运动状态到静止状态的流速。
通常采用： VH＝KHVC 计算,沙莫夫：KH＝0.71,列维：KH＝0.83
2、不动流速VB: 泥沙个别起动的水流流速。 通常采用：VB＝KBVC 计算，冈恰洛夫：0.71； 沙莫夫：0.834；克诺罗兹：0.90；窦国仁：0.785~0.875
二、沙波的产生和消亡
1、静平床：V<VC，床面平整。 2、沙纹：V>VC，泥沙起动，少量聚集成沙丘，然后移动加长，
彼此连接形成形状及其规则的沙纹。迎水面长而平，背水面 短而陡，尺度较小，一般Δ=0.5~2.0cm，λ=1~15cm，与河道 几何尺度无关。 3、沙垄：V继续增大，Δ增高，λ增长，变成沙垄，已与河道有关。 4、动平床：V达到一定程度，过峰沙不落在漩涡区，而落在波谷 或下个迎水面，结果是床面逐渐平整，但有大量泥沙运动。
河流动力学第四章 推移质运动
沙莫夫公式
＝1.144
m=1/6 适用范围：
D>0.2mm
岗恰洛夫公式
对数流速分布 适用范围：
0.08－1.50mm
1
Uc 1.144
s
gD
(
h D
)
6
Uc
1.07 lg
8.8h D95
s
gD
§4.2. 泥沙的起动
三、无粘性均匀沙的起动拖曳力
起动拖曳力
0
hJ
U
2 *
Krammer方法：定性标准
最常用的方法 具体内容
♥ 无泥沙运动：静止 ♥ 轻微的泥沙运动：个别动，可数 ♥ 中等强度泥沙运动：少量动，不可计数 ♥ 普遍的泥沙运动：普遍动，床面变形
§4.2. 泥沙的起动
五、与泥沙起动有关的几个问题
泥沙起动具有随机性 泥沙条件 ♥ 大小、形状 ♥ 级配、密度：均匀沙，非均匀沙 ♥ 床面平整、颗粒排列 水流条件 ♥ 水流的紊动 ♥ 流速的大小
♥ 推移质运动达到一定规模，床面起伏 ♥ 泥沙颗粒在床面的集体运动
用途
♥ 推移质运动的一种主要形式 ♥ 构成河床地形的基本元素 ♥ 影响：水流结构，河道阻力，泥沙运动，河床演变
主要内容
沙波形态和运动状态 沙波的产生和消亡
§4.3.1. 沙波形态和运动状态
沙波介绍
名词：波峰、波谷、波长、波高 特点：迎水面：较为平坦、背水面：相对较陡
♥ 悬移质中的较粗部分 ♥ 推移质中的较细部分
同一泥沙组成：表现不同
♥ 水流较强时：悬移质 ♥ 水流较弱时：推移质
§4.1. 泥沙运动的形式
推移质与悬移质间的转换过程
悬移区 床面层 层移区 河床
（悬移质）
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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
中图分类号：文献标识码：a
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，则梯度较大。
对于同粒径的泥沙，其垂直分布与流速大小有关，流速大则分布较为均匀，反之，则不均匀。
泥沙在水中悬浮依靠水流的紊动，从水流某一点来看，泥沙在水中紊动悬浮是各向平衡的，但从某平面看，重力作用使泥沙不断下沉，向下紊动加重力下沉的泥沙总和就偏大，要维持垂向的泥沙平衡，水流紊动向上扬起的泥沙量就大一些，这只有垂向下部的泥沙分布较大才有可能，这是含沙量在垂线上从水面向河底呈递增趋势的一种认识。
某平面向上、向下泥沙输移量的平衡是统计平衡，单颗泥沙悬浮运动的轨迹是十分复杂的。
2.4悬移质泥沙的横向分布
含沙量的横向分布形式与河床性质、断面形状、河道形势、泥沙颗粒以及上游来水情况等多项因素有关。
根据水流挟沙能力的概念，由于悬移质泥沙中的冲泻质沉速极小，水流对这种泥沙的挟带能力很强，因此，它的含沙量常处于不饱和状态。
其结果是悬移质泥沙中的冲泻质含沙量与水力因素的关系不密切，横向分布均匀。
悬移质泥沙中的粗沙含沙量与水力条件有密切关系，流速较大的垂线，挟沙能力较强，流速较小的垂线，挟沙能力较弱。
含沙量的横向分布与断面形状和流速的横向变化具有一定相应性。
但当含沙量
与水力因素关系不密切的冲泻质占悬移质的大部分时，悬移质横向变化常较流速横向变化小。
对于卵石河床，其断面比较稳定，形状无大变化，流速一般较大，悬移质的挟沙能力处于不饱和状态，因此，含沙量横向分布比较稳定、均匀。
3河流泥沙运动与泥沙测验的关系
泥沙运动理论可以指导泥沙测验，掌握流域泥沙来源和影响因素可以指导测站布局规划泥沙的测验工作；泥沙季节变化的知识可以指导年度测验部署；泥沙随时间变化的规律可以指导合理的布置泥沙测次和正确掌握测验时机，对泥沙在断面分布及脉动的认识有利于选择测验方法和仪器工具等。
所以对泥沙运动规律的研究，在泥沙测验工作中有着十分重要的意义。
作者简介：李东颇（1981-），女，大专学历，工程师，现从事水文水资源管理工作。