河道水流和泥沙的一般特性

灌区引黄水的泥沙特性分析
黄河作为我国第二大河流，一直以来都扮演着重要的水利、交通、灌溉和生态环境保
护的角色。

由于河道沉积物和污染物的不断累积，黄河水质逐渐下降，对周边地区产生了
较大的影响。

灌区引黄水的泥沙特性分析，有助于了解黄河泥沙的组成、含量、粒径分布
等特征，为灌区水资源的管理和利用提供科学依据。

从组成上分析，黄河泥沙主要包含沉积物和悬浮物两种形式。

沉积物主要是由颗粒状
物质组成，如砂、泥等，其含量较高，一般呈现出黄褐色或黄色。

悬浮物则是微小颗粒悬
浮在水中，容易随着水流运移，其含量相对较低。

泥沙中还可能含有一定比例的有机质、
重金属等。

从泥沙的含量来看，黄河泥沙含量较高，在河床中可以达到几十克/升甚至上百克/升。

随着水流的速度增大，泥沙含量也会增加。

泥沙含量的增加对于河岸侵蚀、水工结构物磨
损等都会产生不良影响。

从泥沙的粒径分布来看，黄河泥沙主要以细砂和粉砂为主，其次是粘土、砾石等。

细
砂和粉砂的颗粒较小，容易被水流携带，对河道的冲刷和淤积起着重要作用。

而粘土和砾
石的颗粒较大，不易被水流携带，主要分布在黄河的下游地区。

黄河泥沙还存在着一定的季节性变化。

一般来说，夏季和秋季是黄河泥沙含量较高的
季节，而冬季和春季则相对较低。

这与黄河上游雨水和融雪量的大小有关，也与人类活动、水库调节等因素有关。

（0）河流动力学概念:研究冲积河流在自然状态下以及受人工建筑物影响以后河道水流、泥沙运动规律和河床演变规律及其应用的学科。

主要研究内容: 水流结构：研究水流内部运动特征及运动要素的空间分布;泥沙运动：研究泥沙冲刷、搬运和堆积的机理; 河床演变：研究河流的河床形态、演变规律以及人为干扰引起的再造床过程; 河床变形预测：研究预测水流、泥沙运动及河床冲淤演变的方法.研究方法: 理论分析, 室内试验,现场观测，数值计算（1）河道水流的基本特性：河道水流的二相特性；河道水流的三维性；河道水流的不恒定性；河道水流的不均匀性河道水流的水流结构：主流，副流，环流二维明渠流速的分布规律：1.直线层，也成粘滞底层，切应力只有粘滞切力，流速按直线分布2.过渡层，粘滞切力与紊动切力同时存在，流动是层流和紊流的过渡区，该层没有统一的流速分布公式，近似按直线层或对数层公式计算3.对数层，切应力主要是紊动切应力，流速按对数分布4外层区.在对数层以上到水面的区间，切力主要是紊动力，流速分布常以缺速公式表示，故也称缺速区。

流速分布要受上部边界影响，与边壁糙率也有一定关系。

河道水流阻力分解图：见ppt1 76页明渠二维流的阻力损失表达方式：见ppt1 77页（3）按运动状态分，泥沙的运动形式有：（床沙），推移质、悬移质泥沙交换现象：推移质泥沙运动特点：间歇性、置换性、速度小、跳跃性、数量少、消耗时均能量 悬移质泥沙运动特点：速度大、悬浮性、置换性、数量多、消耗紊动能冲泄质：河流挟带的泥沙中粒径较细的部分，且在河床中数量很少或基本不存在的泥沙。

床沙质：河流挟带的泥沙中粒径较粗的部分，且在河床中大量存在的泥沙。

两者主要区别：1.前者是非造床质泥沙，后者是造床质。

2.前者粒径较小，后者粒径较大3.前者在水流中的含量不仅取决于水流条件，还与河段上游流域供沙条件有关。

推移质~悬移质与床沙质~冲泄质命名的区别：前者按运动方式分；后者按造床作用、颗粒大小和泥沙来源分。

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。

泥沙的容重γS 与密度ρs 的关系：γS =ρs .g 。

这里g 为重力加速度。

工程上，泥沙密度常取ρs =2.65t/m 3 = 2650 kg ／m 3由于河流泥沙处在水中运动，其实际容重应为（γS -γ），因此在工作中，常采用有效容重系数a 表示其重力特性。

泥沙动水沉降速度1. 引言泥沙动水沉降速度是指在水流中泥沙颗粒由于重力作用下沉降的速度。

泥沙动水沉降速度的研究对于河流、湖泊、海洋等水体的水质管理和水资源开发具有重要意义。

本文将从泥沙的特性、沉降速度的计算方法、影响因素以及应用领域等方面进行详细介绍。

2. 泥沙的特性泥沙是指由颗粒状固体物质组成的悬浮物质，在自然界中广泛存在于河流、湖泊、海洋等水体中。

泥沙颗粒的大小可以从粉尘级别到沙砾级别不等，其主要成分包括矿物质、有机质和水分。

泥沙颗粒的形状和密度是影响其沉降速度的重要因素。

通常情况下，颗粒越大、形状越规则，其沉降速度越快。

此外，泥沙颗粒的密度也会影响其沉降速度，密度越大的颗粒沉降速度越快。

3. 沉降速度的计算方法泥沙动水沉降速度的计算方法有多种，常用的方法包括斯托克斯公式和牛顿公式。

3.1 斯托克斯公式斯托克斯公式是根据颗粒在流体中的受力平衡原理推导出来的。

公式如下：V=2g(d p−d f)9η其中，V表示沉降速度，g表示重力加速度，d p表示颗粒的密度，d f表示流体的密度，η表示流体的粘度。

3.2 牛顿公式牛顿公式是根据颗粒在流体中的运动规律推导出来的。

公式如下：V=F m其中，V表示沉降速度，F表示颗粒所受到的重力，m表示颗粒的质量。

4. 影响因素泥沙动水沉降速度受到多种因素的影响，主要包括颗粒大小、形状、密度以及流体的粘度等。

4.1 颗粒大小和形状颗粒大小和形状是影响泥沙动水沉降速度的重要因素。

通常情况下，颗粒越大、形状越规则，其沉降速度越快。

4.2 颗粒密度颗粒密度是指单位体积颗粒的质量，也是影响沉降速度的重要因素。

密度越大的颗粒沉降速度越快。

4.3 流体粘度流体的粘度是指流体内部分子间相互作用力的大小，也是影响泥沙动水沉降速度的重要因素。

粘度越大的流体，泥沙颗粒的沉降速度越慢。

5. 应用领域泥沙动水沉降速度的研究在许多领域中具有重要应用价值。

5.1 水质管理了解泥沙动水沉降速度可以帮助我们评估水体中的悬浮物质沉降速度，从而更好地进行水质管理。

Chap1 泥沙特性本章知识要点‎：泥沙粒径表达‎形式泥沙的组成与‎粒配曲线比表面积的意‎义双电层与结合‎水泥沙干容重及‎其影响因素泥沙沉速与层‎流、紊流、过渡区絮凝现象● 泥沙来源：①流域地表冲蚀‎而来；②从原河床上冲‎起的。

● 土壤侵蚀最严‎重的黄河中游‎的黄土高原永‎定河和西辽河‎流域，相当于地表每‎年普遍冲掉0‎.6毫米的厚度‎，加上人类活动‎，如盲目开垦等‎，含沙量很高的‎正是黄河中游‎的一些干支流‎，年均含沙量高‎达300公斤‎/m 2以上，而南部一些省‎份，年均含沙量不‎足1公斤/m 2。

§1－1 泥沙的几何特‎性一、泥沙的粒径● 泥沙的不同形‎状与它们在水‎流中的运动状‎态有关，较粗的沿河底‎推移前进，碰撞机会多，动量较大易磨‎损；反之不易磨损‎而保持棱角峥‎嵘的外貌。

为比较不同泥‎沙颗粒的形状‎、大小的异同，必须有某些指‎标对它们进行‎对比。

泥沙的形状的‎表达方式● 球度系数：（因为泥沙接近‎于球体，所以以球体作‎参照物）与沙粒等体积‎的球体的表面‎积与泥沙的实‎际表面积之比‎（与球接近的程‎度）。

研究表明，球度系数相等‎的两颗泥沙，在水中的流体‎动力特性大致‎相同。

由于球度系数‎难以测定（V 可用排水、称重法确定，但表面积难以‎测定），常用泥沙的长‎、中、短三个轴a, b, c ，按下式近似表‎示：Φ=1942年克‎来拜因提出）● 形状系数：ab c S P = 1、 等容粒径：泥沙颗粒的大‎小通常用泥沙‎颗粒直径来表‎示，泥沙颗粒形状‎不规则，难以确定泥沙‎的粒径，实际中采用等‎容粒径来表示‎。

即：与泥沙颗粒体‎积相等的球体‎直径。

（泥沙体积可用‎称重、排水等方法测‎出：W V g ρ=）——对比水力学中‎表面粗糙度的‎∆确定 136V d π⎛⎫= ⎪⎝⎭ 式中：V 为泥沙颗粒‎的体积。

2、算术平均粒径‎：用长、中、短轴（a 、b 、c ）的算数平均值‎来表征泥沙粒‎径1()3d a b c =++3、几何平均粒径‎：d =当泥沙形状为‎椭球体时，等容粒径与几‎何平均粒径相‎同（V=лabc/6=лd 3/6）4、中轴长度：接近而偏大于‎几何平均粒径‎（较粗天然沙测‎量的结果）5、筛径：仅对于单颗的‎卵石、砾石等可以通‎过称重，再除以泥沙的‎重率，得到体积而后‎求其等容粒径‎，或直接量测其‎三轴长度，再求其平均值‎。

河床演变基本原理王浩霖 201101021530摘要：河床演变是指自然情况下及修建整治建筑物后河床发生的冲淤变化过程。

广义上是指河流形成和发展的整个历史过程；狭义方面则仅限于近代冲积河床的演变发展。

天然河流总是处在不断发展变化过程之中。

而且天然河流的河床形态复杂，演变规律差异很大。

人类在开发利用河流的过程中，要有效地整治河流，必须充分认识河床演变的基本原理及各类河床特殊的演变规律。

本文着重讨论平原冲积河流的问题，但所阐明的基本原理对具有一定冲积层的山区河流也是适用的。

关键字：河床演变基本原理平原冲积河流河型一、平原冲积河流的一般特性1.河床形态与山区河流不同，平原河流的河床形态是在特定条件下水流与河床相互作用的结果，因而具有较强的规律性。

平原河流在平面上具有顺直、弯曲、分汊、散乱等四种外形。

其横断面可概括为抛物线形、不对称三角形、马鞍形和多汊形等四类。

河漫滩和成型堆积体是河床形态中涉及的两个基本概念。

河漫滩是位于中水河槽两侧，在洪水时能被淹没的高滩。

河漫滩既有由侵蚀作用造成的，如石质河漫滩，多见于山区河流，滩面较窄，且向中水河槽一侧倾斜；更多的是由堆积作用造成的，如冲积河漫滩，多见于平原河流，滩面较宽，左右河漫滩分别向两侧倾斜，这是洪水漫滩落淤的结果。

成型堆积体是冲积河流的河底分布着各种形式的大尺度沙丘（尺度远大于沙坡）的统称。

成型堆积体的尺度，包括宽度、深度和长度，和河流的尺度（河宽和水深），是同数量级的。

成型堆积体经常处于发展变化之中，是平原河流河床演变中最活跃的因素。

2.河道水流的一般特性2.1河道水流的基本性质（1）河道水流的二相流特性。

天然河道的明渠流是挟带着泥沙的水流运动，本质上属于二相流。

（2）河道水流的三维性。

河道水流的过水断面一般是不规则的，因此河道水流为三维流动。

过水断面的宽深比愈小，三维性愈强烈。

（3）河道水流的不恒定性。

一方面，来水来沙情况随时空的变化；另一方面，由于河床经常处于演变之中，因此河道水流的边界也随时空变化。

平原冲积河流一般特性河床演变分类和影响因素1.河道水流平缓：由于河道的地势平坦，水流缓慢，不会产生急流、瀑布等现象。

河流的流速较慢，因此河床维持在一个相对稳定的状态。

2.河床宽阔：平原冲积河流河床相对较宽，主要是由于河流的冲刷能力相对较弱，在运送沉积物时会形成较为宽阔的河床。

3.河流泥沙含量高：由于河流经过的地区通常具有较为丰富的泥沙，因此平原冲积河流的水体中泥沙含量较高。

4.河谷浅平：由于河流经过的平原地带特点以及河流的冲刷和沉积作用，使得河谷地形相对浅平。

河床演变是指河流河床形态、尺寸、材料组成以及流态等特征随着时间的推移而发生变化的过程。

河床演变主要包括泥沙冲淤、河道侵蚀和河床稳定三个方面。

根据河道的演变特点，可以将河床演变分为以下几类：1.泥沙冲淤演变：平原冲积河流的冲淤现象较为明显，河床会不断沉积泥沙，造成河道升高，并且沉积的泥沙有时会形成河滩。

2.侵蚀演变：受到外部因素的影响，如人类活动和自然过程等，平原冲积河流有时也会发生侵蚀作用，导致河道深化，河床的下切。

3.稳定演变：河床在一定的时间范围内保持相对稳定的状态，没有明显的冲刷或沉积作用。

平原冲积河流的河床演变受多种因素的影响，包括水动力条件、泥沙供应和沉积物的运移等。

其中水动力条件包括水流的流速、流向、流量等，它们直接影响河流的冲刷和沉积作用。

泥沙供应是指来自河流流域的泥沙输入，它决定了河流的冲刷和沉积效果。

沉积物的运移包括泥沙的悬移、质沉积和悬浮沉积等，它们直接影响河床的形态和尺寸。

此外，人类活动也是影响平原冲积河流河床演变的重要因素。

例如，河岸开垦、河道改道、水库建设等人类活动对河道的冲刷和沉积产生了重要影响。

此外，气候变化也会间接影响河道演变，如降水量的变化、水文季节的变化等。

总之，平原冲积河流具有一定的一般特性，其河床演变的分类和影响因素涉及到水动力条件、泥沙供应、沉积物的运移、人类活动以及气候变化等多个方面。

这些特性和影响因素的研究对于了解和预测河流的演变规律具有重要意义。

河流动力学复习第一章绪论考核内容为学科的发展概况、课程的内容及学习任务。

1、了解河流动力学发展的历史；认识水流～泥沙～水电工程可持续发展间的相互关系。

2、了解水流运动与泥沙运动的重要性；3、理解课程的任务与特点；4、了解课程的主要内容。

考核知识点：1、河流动力学的任务2、水流～泥沙～水电工程可持续发展间的相互关系3、河流动力学的研究方法及特点第二章河流动力学基本概念考核内容为河流动力学基本概念1. 河道水流的基本特性:二相性、非恒定性、三维性、非均匀性2. 水沙运动的不平衡性3. 河道水流的水流结构及阻力损失考核知识点：1、河道水流的基本特性2、河道水流的水流结构及阻力损失第三章泥沙特性考核内容为泥沙的分类、泥沙的来源、泥沙的几何特性及泥沙的重力特性。

1. 泥沙的分类2. 泥沙几何特性：粒径，级配曲线，特征值3. 泥沙的重力特性：含沙量、浑水容重考核知识点： 1、泥沙的分类2、泥沙的几何特性及重力特性。

第四章泥沙的沉速考核内容为泥沙沉速的定义、沉降过程中的三种状态、沉速公式、影响沉速的主要因素、泥沙沉速的测定。

考核知识点：1、泥沙沉速的定义、沉速公式2、影响沉速的主要因素、泥沙沉速的测定。

第五章泥沙的起动考核内容为泥沙起动的物理机理，泥沙起动的物理现象及受力分析。

考核知识点：1、均匀沙起动条件：力的表达式，散体及粘性泥沙的统一起动流速公式，2、散体泥沙的起动拖曳力公式，止动与扬动流速。

第六章沙波运动与动床阻力考核内容为沙波运动规律与动床阻力计算。

1. 沙波形态与运动状态，沙坡的发展过程及形成机理，床面形态判别标准，沙波尺度及其运行速度,推求推移质输沙率，沙波运动对河流的影响。

2. 动床阻力：河床与河岸阻力划分，沙粒与沙波阻力的划分，动床阻力的计算。

考核知识点：1. 沙坡的发展过程及形成机理，床面形态判别标准，沙波运动对河流的影响。

2. 动床阻力的计算。

第七章推移质输沙率考核内容为推移质输沙率计算方法。

《桥渡设计》期末复习资料第一章水文现象的特征：周期性、地区性、不重复性。

工程水文的研究方法：成因分析法、地区归纳法、数理统计法。

桥渡研究内容：1.根据工程设计标准，进行线路跨越河流的位置选择（桥位选择）2.计算桥位河段的设计流量3.设计、布置跨越河流的最合理的桥梁孔径和分跨布设4.确定桥梁墩台最小埋置深度5.确定桥下净空、桥面高度6.在桥位上下游布设合理的导治建筑物。

第二章河流的基本特征：河流断面、河流长度、河流比降。

径流形成过程：降雨过程、流域蓄渗过程、坡面漫流过程、河槽集流过程。

影响径流的因素：气候因素、下垫面因素、人类活动对河川径流的影响。

河流的水量补给：雨源类、雨雪源类、冰雪源类。

泥沙在河槽内运动状态：悬移质、推移质、床沙。

泥沙主要特性：几何特性、重力特性、水力特性。

水流的结构形式：1.层流和紊流2.生流和副流。

副流分类：1.立轴副流（回流）2.平轴副流（滚流）3.顺轴副流（螺旋流）。

螺旋流分类：（1）河湾螺旋流：通过弯道的水流在重力和离心力的共同作用下，面流流向凹岸，底流流向凸岸，形成向前流动的螺旋流，水面出现横向比降，凹岸水面标高高于凸岸水面标高，致使凹岸冲刷，凸岸淤积；河流不断发展，凹岸冲刷最深处出现在河道出口断面附近。

（2）洪水涨落引起的螺旋流：河道中流量急剧变化而产生的螺旋流，河流涨水时，两岸水位低于断面中间水位，产生向河底聚集的两个环流，此时两岸发生冲刷，中间淤积。

当河流退水时形成河底水流向两岸分散的两个环流，此时河底冲刷，两岸淤积。

河道水流一般特性：二相流、非恒定性、非均匀性、三维性、水沙不平衡性。

河床演变：在天然状况下或人类活动的干扰后，河床形态逐渐发生的变化称为河床演变。

水流输沙不平衡是河床演变的根本原因；水流中副流的存在是河床冲淤的直接原因。

河相关系：冲击河床在水沙长期相互作用下，逐渐形成与所在具体条件相适应的某种均衡状态。

这种河床均衡形态的几何因素与来水、来沙条件存在着某种近似的函数关系，称为河相关系。

河道中流泥沙粒径特性分析河道是自然界非常重要的水系，它们在地球上扮演着非常重要的角色。

对于河道的管理和保护是我们必须要重视的问题。

其中，河道中流泥沙粒径特性也是一个需要特别注意的方面。

因为它对于河道的运输能力，沙生态环境以及河道水质污染等方面都会产生深远的影响。

以下将对河道中流泥沙粒径特性进行分析和探讨。

一、泥沙粒径特性的定义泥沙是指河道中由细粒子构成的自然物质。

泥沙的颗粒大小涵盖了各个级别，但普遍认为直径大于0.063mm，小于2mm的是泥沙。

而泥沙粒径特性是指泥沙中的颗粒分布情况，其中包括平均粒径、中位数等。

泥沙平均粒径代表了泥沙中颗粒大小的级别，中位数则是将泥沙粒径按照从小到大排序后的中间值。

二、泥沙粒径特性的影响1. 河道的运输能力泥沙粒径特性对于河道运输能力产生着非常大的影响。

粒径小的泥沙颗粒会使得河道输沙量大而且流速较低，因此会使得河道中堆积淤泥，进而导致水位上升，增加洪水的发生概率。

而颗粒大的泥沙则会使得输沙率较低，导致河道下切速度慢，河道产生平缓的河谷地貌。

不同级别的河道对于泥沙颗粒大小的要求是不同的，在对于河道的管理和维护时，需要根据不同河道的特性来参考泥沙粒径特性。

2. 河道生态环境的改变河道中的泥沙粒径大小在生态环境中也有着非常重要的作用。

颗粒大小比较均匀的泥沙会对于河道水体质量的影响比较小，因为它们能够承载更多生态物种。

而泥沙粒径大小差距较大时，泥沙缓冲能力变弱，河道中的氧气含量也会下降，这会对于那些依靠氧气呼吸的水生生物产生很大的影响。

3. 河道水质污染在某些极端情况下，河道中大量的泥沙粒径大小差距很大，这会影响到水体的净化处理。

因为大颗粒的泥沙难以分解且不易沉淀，会直接影响到水体自净的能力，从而导致水体污染较为严重。

此外，在一些污染较为严重的地区，大规模的泥沙淤积会产生腐烂并且产气，从而危害河道和河岸周边的生态环境和自然景观。

三、结论泥沙粒径特性是河道管理和保护的一个非常重要的方面。