1、引言引言l 什么是泥沙？什么是泥沙？l 随河水运动和组成河床的松散固体颗粒，叫做泥随河水运动和组成河床的松散固体颗粒，叫做泥沙。随水流运动的泥沙，又称固体径流。沙。随水流运动的泥沙，又称固体径流。l 河流泥沙是重要的水文现象之一。河流泥沙对于河流泥沙是重要的水文现象之一。河流泥沙对于河流水情及河流的变迁有着重要的影响，防洪、河流水情及河流的变迁有着重要的影响，防洪、航运、灌溉、发电、港口码头等水利工程的建设航运、灌溉、发电、港口码头等水利工程的建设都必须考虑河流泥沙问题。都必须考虑河流泥沙问题。黄河泥沙黄河泥沙6.1 河流的泥沙的来源河流的泥沙的来源v河流泥沙主要来源于两个方面：河流泥沙主要来
2、源于两个方面：v一、流域地表侵蚀一、流域地表侵蚀v二、河床冲刷二、河床冲刷 一、流域地表侵蚀一、流域地表侵蚀v降水形成的地面径流，侵蚀流域地表，造成水土降水形成的地面径流，侵蚀流域地表，造成水土流失，携带大量泥沙直下江河。流失，携带大量泥沙直下江河。v流域地表的侵蚀程度，与气候、土壤、植被、地流域地表的侵蚀程度，与气候、土壤、植被、地形地貌及人类活动等因素有关。如若流域气候多形地貌及人类活动等因素有关。如若流域气候多雨、土壤疏松、植物覆被差、地形坡陡以及人为雨、土壤疏松、植物覆被差、地形坡陡以及人为影响如毁林垦地现象严重等，则流域地表的侵蚀影响如毁林垦地现象严重等，则流域地表的侵蚀就较严重，进
3、入江河的泥沙量就多。就较严重，进入江河的泥沙量就多。v（一）层状侵蚀（片蚀）（一）层状侵蚀（片蚀）v（二）沟状侵蚀（沟蚀）（二）沟状侵蚀（沟蚀）v（三）陷穴侵蚀（三）陷穴侵蚀v（四）滑坡（四）滑坡层状侵蚀（片蚀）层状侵蚀（片蚀）v雨滴将坡地上的土壤或其他地表物质的颗粒溅起，雨滴将坡地上的土壤或其他地表物质的颗粒溅起，落下的颗粒相对疏松且在坡地的下部相对较多。层落下的颗粒相对疏松且在坡地的下部相对较多。层状的漫流出现后，可将这些松散的颗粒移动，坡地状的漫流出现后，可将这些松散的颗粒移动，坡地表面均匀地遭受剥蚀，这就是层状侵蚀，又称片蚀表面均匀地遭受剥蚀，这就是层状侵蚀，又称片蚀。v层状侵蚀不易测
4、出，但其在整个流域坡地的表面均层状侵蚀不易测出，但其在整个流域坡地的表面均值发生，故为流域泥沙重要来源之一。值发生，故为流域泥沙重要来源之一。沟状侵蚀（沟蚀）沟状侵蚀（沟蚀）v 在坡地上，漫流经汇聚成为束状的细沟水流，若在坡地上，漫流经汇聚成为束状的细沟水流，若水流紊动力足够大，便可冲刷沟底或沟岸，这就水流紊动力足够大，便可冲刷沟底或沟岸，这就是沟状侵蚀，又称沟蚀。是沟状侵蚀，又称沟蚀。陷穴侵蚀陷穴侵蚀v土层因内部出现空洞失去支撑而下塌称为陷穴侵土层因内部出现空洞失去支撑而下塌称为陷穴侵蚀。蚀。v在中国的黄土高原，此种侵蚀非常普遍。黄土非在中国的黄土高原，此种侵蚀非常普遍。黄土非常疏松且含有大
5、量的可溶性碳酸盐，土体的垂直常疏松且含有大量的可溶性碳酸盐，土体的垂直节理极为发育。雨水渗入土体中，碳酸盐即被溶节理极为发育。雨水渗入土体中，碳酸盐即被溶解，久而久之，内部形成空洞，上部土层失去支解，久而久之，内部形成空洞，上部土层失去支撑，下垮形成陷穴。撑，下垮形成陷穴。滑坡滑坡v斜坡上的土体或岩体因种种原因在重力的作用下斜坡上的土体或岩体因种种原因在重力的作用下，沿一定的软弱结构面发生整体下滑称为滑坡，沿一定的软弱结构面发生整体下滑称为滑坡。二、河床冲刷二、河床冲刷v（一）河底冲刷（一）河底冲刷 在河道中，水流下切，使底床加深，这就是在河道中，水流下切，使底床加深，这就是河底冲刷。主要发生
6、在河流的上游和中游。河底冲刷。主要发生在河流的上游和中游。v（二）河岸冲刷（二）河岸冲刷 在河道中，水流左右摆动，冲蚀侧岸，其中在河道中，水流左右摆动，冲蚀侧岸，其中以冲蚀岸滩最为显著，这就是河岸冲刷。多发生以冲蚀岸滩最为显著，这就是河岸冲刷。多发生在河流的中下游，使河道的横断面变化。在河流的中下游，使河道的横断面变化。v从河槽冲刷而来的这部分泥沙，随同流域地表侵从河槽冲刷而来的这部分泥沙，随同流域地表侵蚀而来的泥沙一道，构成河流输移泥沙的总体，蚀而来的泥沙一道，构成河流输移泥沙的总体，除部分可能沉积到水库、湖泊或下游河道之外，除部分可能沉积到水库、湖泊或下游河道之外，大部分将远泻千里而入海。
7、大部分将远泻千里而入海。v一般来说，流域地表侵蚀是泥沙的最主要的来源一般来说，流域地表侵蚀是泥沙的最主要的来源，而河床冲刷则相对次要。，而河床冲刷则相对次要。6.2 泥沙的特性泥沙的特性v6.2.1 泥沙的粒径和颗粒级配泥沙的粒径和颗粒级配 泥沙的形状棱角峥嵘、极不规则。中等和较泥沙的形状棱角峥嵘、极不规则。中等和较粗的泥沙颗粒，经常沿着河底运动，相互碰撞和粗的泥沙颗粒，经常沿着河底运动，相互碰撞和摩擦的机会较多，故多呈球形或椭圆形。因此在摩擦的机会较多，故多呈球形或椭圆形。因此在计算粒径时，常可近似地视为球体或椭球体。计算粒径时，常可近似地视为球体或椭球体。泥沙颗粒的大小通常采样粒径泥沙颗粒
8、的大小通常采样粒径D来表示。来表示。xe3/16VD3cbaDu球体等容粒径球体等容粒径定义：体积与泥沙颗粒容积相等的球体定义：体积与泥沙颗粒容积相等的球体直径直径。公式：公式：常用单位：常用单位：mm。而公式中。而公式中V是指泥沙的体积（是指泥沙的体积（mm3）。）。u椭圆体的等容粒径椭圆体的等容粒径定义：长、中、短轴的算术平均值或几何平均值。定义：长、中、短轴的算术平均值或几何平均值。公式：公式：1/3()Dabc1.单个泥沙的粒径单个泥沙的粒径v河流上游一般河流上游一般比降比降大大，因此挟运的泥沙粒径较大，因此挟运的泥沙粒径较大；而下游一般；而下游一般比降比降小，挟运的泥沙粒径较小。小，
9、挟运的泥沙粒径较小。v天然的泥沙是由大小不一、形状各异的许多颗粒天然的泥沙是由大小不一、形状各异的许多颗粒组成的群体，很少是均匀的。组成的群体，很少是均匀的。v泥沙粒配曲线反映沙样粒径的粗细及其组成的均泥沙粒配曲线反映沙样粒径的粗细及其组成的均匀性。匀性。2.泥沙颗粒级配泥沙颗粒级配泥沙颗粒级配曲线泥沙颗粒级配曲线中中，横坐标横坐标为泥沙颗为泥沙颗粒直径，粒直径，纵坐标纵坐标为小为小于此种粒径的泥沙在于此种粒径的泥沙在全部泥沙中所占的百全部泥沙中所占的百分数。分数。右图中，有右图中，有、两组沙样，试比较一两组沙样，试比较一下两种沙样的区别。下两种沙样的区别。沙样沙样的组成要粗些、均匀些；沙的组
10、成要粗些、均匀些；沙样样的组成要细些、不均匀些。的组成要细些、不均匀些。6.2.2 泥沙的比重和容重泥沙的比重和容重v1.泥沙的比重（泥沙的比重（s）泥沙样品中各个颗粒的实有重量之和（泥沙样品中各个颗粒的实有重量之和（Ws）与所有沙粒的）与所有沙粒的实际体积（无孔隙的体积，实际体积（无孔隙的体积，V）之比，也就是无孔隙的单位）之比，也就是无孔隙的单位体积的泥沙样品的重量，称为泥沙的比重（体积的泥沙样品的重量，称为泥沙的比重（g/cm3）。）。泥沙的比重随沙粒的成分而变，变化范围不大，大致在泥沙的比重随沙粒的成分而变，变化范围不大，大致在2.60-2.70g/cm3之间。实际应用上，取其平均值之
11、间。实际应用上，取其平均值2.65g/cm3。VWssv2.泥沙的容重（干容重）泥沙的容重（干容重）单位体积（包括孔隙）烘干泥沙的重量称为干容重或容重单位体积（包括孔隙）烘干泥沙的重量称为干容重或容重（0）。）。比重和容重有一定的关系。其关系为：比重和容重有一定的关系。其关系为：e=V孔隙孔隙/(V总总-V孔隙孔隙)es106.2.3 泥沙沉降速度泥沙沉降速度v 泥沙在静水中均匀沉降的速度称为泥沙的沉降速度，又称泥沙在静水中均匀沉降的速度称为泥沙的沉降速度，又称为水力粗度，以为水力粗度，以cm/h计。计。v 泥沙的比重大于水的比重，泥沙在静水中沉降时，除了受泥沙的比重大于水的比重，泥沙在静水中
12、沉降时，除了受到重力的作用之外，还受到水流的阻力作用。当泥沙开始到重力的作用之外，还受到水流的阻力作用。当泥沙开始沉降时，所受到的重力大于所受的阻力。随着沉降的进行沉降时，所受到的重力大于所受的阻力。随着沉降的进行，泥沙的沉降速度不断增大，但其所受的阻力的大小也不，泥沙的沉降速度不断增大，但其所受的阻力的大小也不断增大。至某一时刻，泥沙所受的阻力与其所受的重力大断增大。至某一时刻，泥沙所受的阻力与其所受的重力大小相等，泥沙以均匀速度沉降，这一速度就是所谓的泥沙小相等，泥沙以均匀速度沉降，这一速度就是所谓的泥沙的沉降速度。的沉降速度。)1(34sdCgdv水流有层流和紊流两种状态。水流有层流和紊
13、流两种状态。(1)(1)层流层流 层流层流在岩石空隙中渗流时，水的质点作有秩序、平行而互在岩石空隙中渗流时，水的质点作有秩序、平行而互不混杂的流动。不混杂的流动。层流示意图层流示意图(2)(2)紊流紊流 紊流紊流在岩石空隙中渗流时，水的质点作无秩序、互相混在岩石空隙中渗流时，水的质点作无秩序、互相混杂、互相碰撞的流动。杂、互相碰撞的流动。水作紊流运动时，水流所受到的阻力比层流状态大，消耗的水作紊流运动时，水流所受到的阻力比层流状态大，消耗的能量较多。能量较多。v 若水流处于层流状态，泥沙的水力粗度公式变为：若水流处于层流状态，泥沙的水力粗度公式变为：v V为运动的粘滞系数（为运动的粘滞系数（c
14、m2/s）v 若水流处于紊流状态，泥沙的水力粗度公式变为：若水流处于紊流状态，泥沙的水力粗度公式变为：)1(182svgdds101.33v泥沙的沉降速度是反映泥沙特性的一个十分重要泥沙的沉降速度是反映泥沙特性的一个十分重要的指标。组成河道的泥沙的沉降速度越大，其抗的指标。组成河道的泥沙的沉降速度越大，其抗冲性就越强；随水运动的泥沙的沉降速度越大，冲性就越强；随水运动的泥沙的沉降速度越大，其堆积于河床的倾向性就越大。其堆积于河床的倾向性就越大。6.2.3 泥沙的分类泥沙的分类v 按泥沙的运动状态分类：按泥沙的运动状态分类：v 推移质推移质：堆积在河底或沿河底朝下游方向运动的泥沙称为：堆积在河底或沿河底朝下游方向运动的泥沙称为推移质。推移质颗粒较大，水力粗度大于水流垂直向上的推移质。推移质颗粒较大，水力粗度大于水流垂直向上的脉动分流速，故不能悬浮于水中。脉动分流速，故不能悬浮于水中。v 悬移质悬移质：悬浮于水中并随着水流运动的泥沙称为悬移质，：悬浮于水中并随着水流运动的泥沙称为悬移质，又称悬沙。悬移质颗粒较小，沉降速度小于水流垂直向上又称悬沙。悬移质颗粒较小，沉降速度小于水流垂直向上的脉动分流速，故能悬浮于水中。的脉动分流速，故能悬浮于水中。
