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2.重力流的机械搬运和沉积作用沉积物重力流(gravity flow)是水下由重力推动的一种含大量碎屑沉积物质(包括粘土)的高密度流体。
当这种流体在斜坡上聚积，其位能大于与底面或与水体界面的摩擦阻力时，便产生流动，逐渐形成高速的重力流。
重力流的沉积过程常常是在一定位置上整体沉积。
在流动时，以整体形式搬运，并且有明显的边界，所以有人把重力流称为整体流(块体流)。
米德尔顿和汉普顿(Middlton and Hampton,1973)对水底重力流进行了系统研究，根据颗粒的支撑机理和堆积的沉积物类型，可分成四类，即泥石流、颗粒流、液化流和浊流。
(1)泥石流（碎屑流, debris flow）定义：是一种含有大量粗碎屑和粘土、呈涌浪状前进的粘稠流体。
换句话说：是一种砾、砂、泥和水相混合的高密度流体。
发育部位和条件：在陆上山麓环境中常见。
泥石流流动所需坡度大于牵引流，一般为5°左右。
在水体中也能形成泥石流，如峡谷的源头处，海底扇的顶部。
但水体中的泥石流易被周围的水稀释，凝聚力减少，颗粒粒度变细，逐渐失去泥石流性质。
组成：泥石流中含水量仅40-60%，密度为2-2.4，粘度可高达100Pa·s (纯水仅0.001Pa·s)。
形成机理:由“基质凝聚力”支撑，即砂砾在块体内被填隙的粘土和水的基质起着支撑和搬运动力（泥和水混合组成的杂基支撑着砂、砾使之呈悬浮状态被搬运）。
沉积特征: 基质支撑结构的砾石质泥岩或含砾粗砂质泥岩。
水下重力流的四种类型(2)颗粒流（grain flow）定义：颗粒之间没有粘结力或凝聚力的流体（无凝聚力颗粒（砂、砾）所组成的重力流）。
发育部位和条件：未固结的颗粒沉积物(物质基础)，斜坡(部位)，地震、风暴（诱发因素）。
颗粒的扩散应力是颗粒流能形成流体的基本因素，它促使沉积物“液化”，未固结的砂体是经过分选、冲洗较彻底的高能产物，因突然受地震、暴风浪的强烈作用，使局部斜坡变陡或沉积物不稳而崩落，并顺坡高速向深部流动，最后在坡脚散开而沉积。
习题一名词解释1.给水系统：保证用水对象获得所需水质、水压和水量的一整套构筑物、设备和管路系统的总和。
2.用水量定额（标准）：设计年限内可能达到的最高用水水平，是确定设计用水量的主要依据。
3.最高日供水量：在设计规定年限内，用户用水最多的一天的所用的水量4.未预见水量：给水系统设计中，对难于预测的各项因素而准备的水量。
（是指实际上发生而设计时未考虑到或不可能确定其数量的较为零星的水量。
）5.管网漏失水量：水在输配过程中漏失的水量。
三、填空1.给水系统主要是由（取水系统）、（净水系统）和（输配水系统）三大部分组成。
2.影响给水系统布局的主要因素有（城市规划的影响）、（水源的影响）和（地形的影响）等。
用户对水量、水质、水压的要求（作一选项）。
3．最高日用水量与平均日用水量之比为（日变化系数，Kd）、最高时用水量与平均时用水量之比为（时变化系数，Kh）。
4．目前工业冷却用水按用水方式可分为（重复用水）和（循环用水）给水系统。
习题二填空1．水塔的容积分为（调节容积）和（消防贮水量）两部分。
2．无水塔管网，二级泵站和管网的计算流量应按（最高用水时）流量计算；有水塔时的二级泵站，其设计流量应按（泵站最大一级供水量）计算。
3.清水池的调节容积由（一、二级泵站供水量曲线确定）；水塔容积由（二级泵站供水线）和（用水曲线）确定。
三、名词解释1.自用水量：水厂内部生产工艺过程和其他用途所需用的水量。
2.日变化系数：最高日供水量与平均日供水量的比值。
3.时变化系数：最高日最高时供水量与该日平均时供水量的比值。
4.最小服务水头：配水管网在用户接管点处应维持的最小水头习题四二、名词解释1.输水管渠：从水源到城市水厂或城市水厂到相距较远管网的管线或渠道。
2.树状管网：无回路且连通的管网称为树状管网。
（配水管网的一种布置形式，干管和支管分明，形成树枝状。
）3.环状网：管线连接成有回路的环状，且连通的管网称环状管网。
（配水管网的一种布置形式，管道纵横相互接通，形成环状。
重力流特点在自然界和工程领域中，我们经常能够见到重力流的存在。
所谓重力流，就是指液体或气体在地球表面由于重力的作用而发生的流动现象。
根据其不同的类别和特点，我们可以将重力流分为三类：自由流、边界层流和管内流。
自由流，是指在开放的容器或管道中，液体或气体在自由表面上发生的流动现象。
例如，我们在看管道内水流时，可能会看到液体在管道内自由流动的场面。
自由流受到重力和内部摩擦阻力的共同作用，其特点是流体速度随距离而逐渐减小，流体表面为自由面，而流体中心速度相对较快。
此外，自由流的液面是平稳的，液面上的质点是比较分散的，而且它们受重力和各种阻力的影响不同，因此液面下方液体的流速是不断变化的。
边界层流，是指在固体表面上，由于摩擦阻力而形成的流动现象。
例如，当风吹过一块平面的物体时，该物体前面形成的风流就是一种典型的边界层流。
在边界层流中，液体的流动呈现出近壁的慢速流动和远离壁面的快速流动，流速随着距离增加而增加。
边界层流的主要特点包括：流体速度不断增加，边界层越厚，速度增加越慢；在边界层中，流体的旋转能量逐渐转化为分子热运动；边界层流时，液体在流过物体的过程中，会产生变形和扭曲，从而形成流体混合现象。
管内流，是指在管道内由于流体碰撞和摩擦作用而形成的流动现象。
管内流的速度及其特性决定于管道的几何尺寸、液体密度、黏度、以及管道长度等因素。
管内流是一种较为稳定的流动状态，它具有类似于自由流的速度分布规律，但与自由流不同的是，管内流中的流速随着管道直径的变化而变化。
管内流的特点包括：流体速度随距离增加而增加，且速度分布以中心轴线为对称轴对称；在管道内，流体含有的能量主要是由来自管壁和管内流体之间的摩擦产生的；在不同管道中，流场能量分布出现差异，流体紊动程度也会不同。
总之，重力流是一种十分常见的物理现象，涵盖了自然界和工程领域中的很多方面。
了解重力流的不同类别和特点有助于我们更深入地理解流体的本质和流动的规律，从而更好地应用于实践中。
重力流输水在灌溉工程中的应用重力流输水是一种比较理想的供水方式，它具有省电、节能、投资省、成本低、运行管理简单、方便等优点。
门头沟区清水镇黄安坨村灌溉工程的源水输送就是利用地势高差采用重力流输水。
重力流输水有它的特殊性，采用重力流输水要具备一定的特殊条件，而选用重力流输水的基本条件就是要有一定的地形高差，这个地形高差要满足灌溉系统的水头损失及灌水器的水头要求。
为此，结合黄安坨村灌溉工程的实际情况，介绍黄安坨村灌溉工程在取水、输水管道及调节构筑物的选择上是如何满足重力流输水的选用条件的。
1、黄安坨村灌溉工程的供水方式黄安坨村灌溉工程是为了解决村内地块灌溉而兴建的，黄安坨村灌溉工程地块面积250亩，灌溉面积221亩，地块内种植杏扁及核桃，采用小管出流的灌溉方式，地块内高差129m。
根据管道系统的水头损失及灌水器的工作水头要求，在1094m高程处新建水池1座。
黄安坨村灌溉工程是利用村南山上的两座塘坝的塘坝水作为水源，两座塘坝的总库容为2.5万m3，年供水能力5.5万m3，塘坝距地块约500m，水源塘坝处已接出dn63的PVC-U管，但未铺设到地块附近，尚需铺设部分dn63的PVC-U管将水源引到地块处。
塘坝取水口高程为1144m，新建水池高程为1094m，地形高差为50m，连接水源塘坝与地块的管道总长为558米，因此根据输水管所提供流量进行水量平衡计算。
（1）水源来水流量计算，采用水力学中有压管道淹没出流长管计算公式计算式中：Q—来水流量，m3/s；H—水源处到地块的高差，50m；l—管道长度，558m；A—管道过水断面积，m2；C—谢才系数，m1/2/s；；R—管道水力半径，m。
现有输水管采有dn63PVC-U管，计算得水源稳定流量为22m3/h。
（2）灌溉用水量计算式中：Qg—灌溉用水流量，m3/h；m—设计灌水定额，99.9m3/hm2；A—灌溉面积，14.7hm2；T—灌水延续时间，3d；t—每日纯灌溉时数，19.2h；η—输水系统水的利用系数，0.85。
重力流自流管设计计算方法1：计算方法2(较理想)：重力流管道 自流管道计算重力流管道 自流管道计算高位水箱内压力0bar 高位水箱内压力 P00bar 低位水箱内压力0bar 低位水箱内压力 P10bar 液位差 h 4m 液位差 h 7m 直管长度 L050m 直管长度 L0160m 弯头数量 x 5个弯头数量 x 10个蝶阀数量2个蝶阀数量2个质量流量 W 50,000kg/h 质量流量 W 110,000kg/h 液体密度999.9kg/m3液体密度999.8kg/m3实际选用管径 d 219mm 实际选用管径 d 154mm 管路当量长度 L 102.56m 管路当量长度 L220.06m重力自流管总推动力 X4.00m 重力自流管总推动力X7.00m 紊流区的摩阻系数0.023紊流区的摩阻系数 f 0.015计算满管直径 d 61.5mm 计算满管直径 d 66.8mm 设计判断1设计合理！设计判断设计合理！计算方法3：计算方法3：输水管假想坡降 i 0.0419输水管假想坡降 i 0.0342不锈钢管路计算直径 d 90.2mm 不锈钢管路计算直径 d 125.8mm 设计判断2设计合理！设计判断2设计合理！选用管最大流速 V 4.1m/s 选用管最大流速 V 2.8m/s 选用管最大流量 Q559.4m3/h选用管最大流量 Q 190.7m3/h 输水管实际流速 V 0.37m/s 输水管实际流速 V 1.64m/s Froude 数 F<0.310.25Froude 数 F<0.31 1.34自放空管线设计判断满管水流出！自放空管线设计判断两相流流出按照F=0.31计算10.227按照F=0.31计算17.897满管流临界高差 h0.22m满管流临界高差 h0.15m输水管假想坡降0.0342PVC/PP管计算直径 d128.3mm 设计判断2设计合理！选用管最大流速V 2.7m/s 选用管最大流量Q185.2m3/h 输水管实际流速V 1.64m/s Froude数F<0.31 1.34自放空管线设计判断两相流流出按照F=0.31计算17.897满管流临界高差0.15m。
按压力获取方式分类按压力获取方式不同可分为机压输水系统和自压输水系统。
1。
机压（水泵提水）输水系统它又分为水泵直送式和蓄水池式.当水源水位不能满足自压输水要求时，要利用水泵加压将水输送到所需要的高度或蓄水池中，通过分水口或管道输水至田间.目前，井灌区大部分采用直送式。
2.自压输水系统当水源较高时,可利用地形自然落差所提供的水头作为管道输水所需要的工作压力。
在丘陵地区的自流灌区多采用这种形式。
浅谈长距离重力流输水管道中的压力特点一、重力流输水的分类根据水力学的重力流输原理,我们将供水系统的重力流输水分成了以下两类。
明渠或者暗涵均可以划分为第一类无压流输水，而另一类是承压流输水一般而言指的也是暗涵。
所谓的无压流输水就是在输送途中不产生水压,类似与自然界的河水流态。
无压流输水在输水过程中流速的缓急完全取决于地形的陡峭程度，渠道的坡度决定了水流的坡度。
无压流输水的供给目的地一般都是开阔的蓄水池、水库等无压力且足够大的储水地.承压流输水在输水过程中则主要依赖于动水压力和静水压，它的输送原理和水泵加压输水也有差别.但用承压流输水方式进行供水的时候，水需要流经暗管，进入管道后就形成了压力,压力的大小与输送管道的长短相关。
因为承压流输水管的压力由静水压和动水压力组成，所以在水力坡度与地势一致时,动水压力就不存在，只剩下静水压；当停止输水并保持管道中的水充盈状态，此时管道末端的静水压力最大。
由于承压流输水输送的水压力很大,所以这种形式的供水可以直接提供水到城市供水网或者高处建筑物。
二、重力流输水的特点由于重力流输水有节约能源、操作便捷、成本低、投入少等好处，所以该供水方案成立当前最佳的供水选择。
但是重力流输水也存在自身的局限性，在地势平坦的地区就不能实现重力输水，一定要在有一定地形高度差的地方才能实行.在重力流输水供水过程中，目标供水地的不同对地势的要求也不一样，例如城市供水管网的用户过多，需要的压力也随着增加,这就需要较为陡峭的地势才能产生足够大的压力，保证城市供水管网的水资源供应。
第八章重力流及等深流沉积
第一节沉积物重力流形成的基本条件和类型
一、重力流的概念
重力流—大量碎屑物质与流体的混合物在重力作用下发生的流动。
二、沉积物重力流形成的基本条件
(1)足够的坡度角（一般大于3—5度）；
(2)充沛的物源（洪水注入的碎屑物质、火山物质、浅水的碎屑物质、碳酸盐物质）；
(3)一定的触发机制（洪水、地震、海啸、风暴潮、火山喷发）。
三、沉积物重力流的基本类型及沉积特征
根据颗粒支撑机制：泥石流（碎屑流）（常见）颗粒流（少见）液化流（少见）浊流（常见）1、泥石流（碎屑流）：水和粘土杂基支撑的重力流。
岩石类型：砾岩
结构：分选差，砾石杂乱排列，颗粒间填隙物为泥质。
构造：块状、逆粒序
2、颗粒流：颗粒碰撞支撑的重力流。
岩石类型：砂岩
结构：分选差，颗粒间填隙物为胶结物。
构造：块状、逆粒序
3、液化流：超孔隙压力支撑砂级颗粒的流体流。
岩石类型：砂岩
结构：分选差，颗粒间填隙物为胶结物。
构造：碟状构造、逸出管
4、浊流：水、泥、砂近于均匀混合的混浊流。
颗粒靠紊流支撑。
岩石类型：砂岩、粉砂岩、泥岩
结构：分选差，颗粒杂乱排列，颗粒间填隙物为泥质。
构造：鲍玛序列、递变层理
鲍玛序列
5、块状层理段（E段）
块状泥岩，为浊流之后的悬浮沉积。
可含深水有孔虫
化石和遗迹化石。
4、水平层理段（D段）
粉砂岩和粉砂质泥岩，水平层理。
3、交错层理段（C段）
粉砂岩，水流波痕层理、波状交错层理、变形层理、
爬升波痕层理。
2、平行层理段（B段）
中、细粒砂岩，平行层理，沿层理面有时可见剥离线
理。
有时B段为块状砂岩。
1、递变层理段（A段）
砂岩和含砾砂岩；递变层理或块状层理。
底部含砾石，
底面上有槽铸型、沟铸型构造，与下伏为冲刷侵蚀接触。
滑塌沉积岩与滑塌构造
浊流沉积中的构造：槽模重荷模包卷层理沟模
各个层段在平面上呈舌状展布，较细的段比其下较粗的段由更大的展布面积
重力流的形成演化：
除洪水密度流直接入海或入湖外，大多数斜坡带沉积物必须达到一定的厚度和重量，再经一定滑动—滑塌等触发机制，才形成大规模的沉积物重力流。
第二节浊积岩的相模式
一、海底扇相模式
亚相类型
1、补给水道
2、内扇（上部扇）亚相
3、中（部）扇亚相
4、外扇（下部扇）亚相
5、深海平原相
6、深切扇
1、补给水道
补给水道或海底狭谷的主要作用是
将砂砾泥组成的重力流沉积相输送
到深水环境中去，高密度重力流具
有侵蚀下切作用，使水道或峡谷不
断向海底延伸。
2、内扇亚相
在地貌单元上这个相位于大陆
斜坡根部的狭谷出口处。
在斜坡脚地带，发育滑塌层和
紊乱层的泥石流、碎屑流沉积物，
在水道向下延伸方向上，依次出现
泥石流、碎屑流沉积（紊乱砾岩层、反粒序至正粒序砾岩、有层理砾岩等）。
在水道堤或阶地外缘，由于漫溢作用可形成不同序次的典型浊积岩。
内扇沉积物分布严格受地形的控制，特别是砾岩更严格地受水道的限制。
水道宽度和深度因地而异，其深度可达100～150m，宽度有2～3km。
由于水道的迁移和加积作用可使砂砾质浊积岩分布的宽度和厚度更大。
3、中扇亚相
位于内部扇以外和外部扇以内，常呈叠覆舌状体，突出的地貌特征是辫状分支水道发育。
在辫状分支沟道里，以卵石质砂岩（或含砾砂岩）和块状砂岩为主，有时见颗粒流和液化流沉积。
在辫状分支沟道间以典型浊积岩发育为特征。
辫状水道一般宽300m～400m，深一般不超过10m。
由于扇表面辫状水道的迁移和加积作用，可使颗粒流沉积的卵石质砂岩和块状砂岩连续出现，从而形成孔隙度和渗透率都非常好的优质厚层油气储集层。
中扇无沟道部分以漫溢沉积的A一E、B-E序列典型浊积岩为特征。
4、外扇亚相
外扇亚相与中扇无水道部分相接，地形平坦，基本无水道，沉积物分布宽阔而层薄。
典型沉积是C-E序列和B一E序列浊积岩。
5、深海平原相
深海平原沉积环境以低密度底流沉积为特点。
其厚度很稳定，有的薄粉砂层可以侧向追踪几十至数百公里
6、海底扇推进式相层序
自下而上为变厚变粗相层序，如果扇的补给来源渐趋中断或发生海进，此时有可能出现
向上变薄变细层序。
大陆斜坡、海底扇、深海平原相层序对比
二、湖底扇相模式
三、近岸水下扇相层序和相模式
四、沟（槽）相模式
海槽轴向搬运沉积模式
在长形海槽盆地中，重力流进入盆地后沿轴向搬运和沉积。
湖盆轴向重力流水道砂体成因模式
第三节古代重力流沉积的鉴别标志及与油气的关系
一、重力流沉积的鉴别标志
1、浅水陆源碎屑沉积与深水页岩（或泥灰岩）共生或组成韵律层。
碎屑成分是陆源的、浅水的，可含浅水化石、植物屑和鲕粒等，但无浅水沉积构造（如大型交错层理、浪或波痕、泥裂等）。
2、浊积岩常具完整及不完整的鲍玛层序。
3、有滑动及沉积物液化的证据（包卷层理、滑塌构造和重荷模等）。
4、有高密度流动的侵蚀痕—底面印模构造。
5、岩石颜色深，反映深水缺氧沉积环境。
6、无浅水沉积构造。
二、重力流沉积与油气
随着油气勘探和开发的进展以及沉积相研究的深入，现已发现许多油气田的储层是各种重力流沉积的砂岩，特别是浊积砂岩。
美国加利福尼亚州文图拉盆地和洛杉矶盆地第三系浊积砂岩中石油产量分别占总产量的99%和83%。
我国东濮凹陷西部的胡状集油田和中央隆起带的文东气田、桥口气田均为重力流水道浊积岩储油和储气，油气的有利储集层受沟道浊积岩的岩性和岩相的控制。
重力流沉积油气田
1、北海油田
2、美国文图拉油田
3、墨西哥波萨利卡油田
4、辽河油田
三、重力流沉积物（岩）基本特征
（1）典型的浊积岩（鲍玛层序）
（2）叠复冲刷含砾粗砂岩
叠复冲刷含砾粗砂岩常表现为AAA序此处的“A”指一个递变层或一次重力流事件，有时演变为“ABABAB”序，每一个递变层之上均连续沉积有薄厚不等的平行层理砂岩。
（3）卵石质砂岩
是一种厚度较大，显叠复递变的砾质砂岩层，每个递变层的下部含砾多，向上逐渐减少。
由
于砾石多系再沉积组分，故有一定的磨圆度。
卵石质砂岩也指示重力流水道沉积环境。
（4）颗粒支撑砾岩
以再沉积砾石为主，细粒充填孔隙，并构成支撑；按组构特征可划分为紊乱砾石层，反-正递变砾石层、正递变砾石层、具递变和叠瓦构造的砾石层等四种微相。
主要分布在内扇主沟道或非扇深重力流水道环境中。
（5）杂基支撑的岩层
由粉砂和粘土组成的杂基含量一般为25-50%，可细分为杂基支撑砾岩、杂基支撑砂砾岩和杂基支撑砂岩三种类型，有时显递变现象。
系水下泥石流沉积作用所致，反映扇根重力流水道环境。
（6）杂基支撑的岩层
（7）滑塌岩
指泥砂混杂并具有明显同生变形构造的岩层，系未完全固结的软泥沉积物，因重力滑动-滑塌沉积所致。
广泛见于重力流沉积体系，斜坡脚根部的补给水道末端及主沟道，在重力流沉积物中常见。
第四节等深流
1、等深流概念
2、等深岩识别标志。
