第4章 河流泥沙运动规律

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。

泥沙流运动规律的研究与模拟一、引言泥沙流是指河流中悬浮的泥沙颗粒在水流的作用下产生的一种流动形态。

泥沙流的产生对于河流的环境和生态产生了深刻的影响，因此泥沙流运动规律的研究对于水利工程、生态环境等领域具有重要的意义。

本文将对泥沙流运动规律的研究与模拟进行探讨。

二、泥沙流运动规律的研究1.泥沙流运动的分类根据泥沙流内部物理特点的不同，泥沙流运动可以分为四种类型：均匀流动、层状流动、密度流动和浅滩流动。

均匀流动是指泥沙颗粒的浓度相等，无论在垂直方向或水平方向上，泥沙流的浓度分布都呈现均匀的状态。

层状流动是指泥沙颗粒在垂直方向上存在着一定的分布，通常为浓密层和稀疏层的叠加。

密度流动是指由于泥沙颗粒的密度和水的密度存在差异而产生的流动，流经河道断面时呈俯冲形状态。

浅滩流动是指泥沙颗粒悬浮状态下流经浅滩时，泥沙颗粒会沉积在浅滩上，形成浅滩面上的泥沙流。

2.泥沙流运动的基本特征泥沙流运动的基本特征是泥沙颗粒的浓度、流速和底面负荷，而泥沙流的速度、浓度和质量通常分别用平均流速、平均浓度和流量来衡量。

在泥沙流的运动过程中，由于水流和泥沙颗粒之间相互作用，泥沙颗粒会发生弥散、沉淀和输移等一系列现象。

3.泥沙流运动的影响因素泥沙流运动的影响因素包括流量、流速、泥沙颗粒的大小、质量和型态等。

其中，流量和流速是泥沙流的重要参数，泥沙颗粒的大小、质量和型态是影响泥沙流输移和沉积特征的重要因素。

4.泥沙流运动的数学模型泥沙流运动的数学模型包括动力学模型和输移模型。

动力学模型是基于质量、动量和能量守恒原理建立的，用来描述泥沙颗粒在水流中的加速度和速度随时间的变化。

输移模型是基于泥沙颗粒在水流中的输移过程建立的，用来描述泥沙颗粒在水流中的输移路径和输移机制。

三、泥沙流的模拟泥沙流的模拟可以通过物理模型和数值模型两种方式进行。

1.物理模型物理模型是基于实验进行的，通常采用室内或室外的实验田进行模拟。

物理模型对实验条件要求较高，但实验仿真效果更加真实，并且可以对实验中各个参数进行实时监测和调节。

绪论1、河流动力学的概念：河流动力学是研究冲击河流在自然状态下以及受人工建筑物影响以后所发生的变化和发展规律的一门科学。

河流变化是水流与河床相互作用的结果：水流是动力条件，河床是边界条件；通过泥沙交换来相互作用。

本课研究内容：水流结构，泥沙运动，河床演变及预测。

谢才公式曼宁公式对数流速垂线分布摩阻流速u*=（gHJ）0.5第一章泥沙特性1泥沙的基本特性：几何特性，重力特性，水力特性2等容粒径：体积与泥沙颗粒相等的球体的直径（详见p5）算术平均值，几何平均值3泥沙的孔隙率：泥沙中孔隙的容积占沙样总容积的百分比成为孔隙率4泥沙孔隙率的影响因素：泥沙孔隙率因沙粒大小及均匀度，沙粒的形状，沉积的情况及沉积后受力及历时长短5比表面面积：颗粒表面及与体积之比。

表达式：6/D详见p86沙粒的干容重与干密度：经过100～105度烘干后的沙样质量与为烘干前原样沙体积比（概念，影响因素及规律详见p10～11）影响因素：泥沙颗粒大小，组成均匀程度，淤积深度，淤积历时，泥沙的化学成分，淤积环境及水文条件等。

7干容重的影响因素：1）泥沙粒径2）泥沙淤积厚度3）淤积历时8泥沙沉速：单颗粒泥沙在无大静止清水体中匀速下沉时的速度称为泥沙的沉降速度9影响沉速的因素：绕流状态，泥沙形状，水质，含沙量等1. 等容粒径D：就是体积与泥沙颗粒相等的球体的直径。

2. 泥沙粒径测量方法：测量法（D》20mm）;筛析法（0.1mm《D<20mm）；显微镜法（D<0.1mm）；沉降法。

3. 粒配曲线：通过颗粒分析（筛分、水析），求出沙洋中各粒径泥沙质量，算出小于各粒径泥沙质量，然后在半对数坐标上，将泥沙粒径D绘于横坐标（对数分格）上，小于该粒径泥沙在全部沙洋中所占百分比p绘于纵坐标轴上，绘出的D~p关系曲线，即为粒配曲线。

4.影响泥沙孔隙率的因素：1．粒径均匀泥沙孔隙率最大2.泥沙形状3.泥沙沉积方式5. 比表面积：颗粒表面积与其体积之比。

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。

第四节河流泥沙的运动一、推移质运动推移质的运动来源于床面泥沙的起动。

当床面泥沙起动达到一定程度后，床面会出现起伏不平的沙波，而沙波运动又往往是推移质运动的主要形式。

因此，在介绍推移质运动时，往往需要涉及到河床泥沙的起动、起动流速及沙波运动的相关概念。

1.泥沙的起动流速设想床面为泥沙组成且具有一定厚度，在这种水槽中施放水流，使水流的速度由小到大逐渐增加，直到使床面泥沙(床沙)由静止转入运动，这种现象称为泥沙的起动。

泥沙颗粒由静止状态变为运动状态的临界水流条件，称为泥沙的起动条件。

泥沙的起动条件常用起动流速Uc表示，它相当于床面泥沙开始起动时的水流平均流速U。

对于天然沙，其起动流速常由下式计算：U c = 4.66131hd（3-3）式中，d为泥沙粒径；h为水深。

适用范围：d>0.15~0.2mm。

泥沙的起动流速是关系到河床冲刷状态的重要判据，因此，对它的研究具有重要的理论与实践意义。

例如，在研究坝下游河床冲刷时，首先需计算河床泥沙的起动流速。

当河道实际水流流速U超过床沙的起动流速Uc时，就可判定，河床就会被冲刷；反之，河床就不会发生冲刷。

河床在冲刷过程中，水深随之增加，流速降低，当发展到水流条件不足以使床面泥沙继续起动时，冲刷便会自动停止。

再如，组成河床的泥沙粗细不均时，则细的颗粒被水流优先冲走，粗的颗粒留下来逐渐形成一层抗冲覆盖层，冲刷逐渐停止下来。

河床冲刷前的高程与冲刷终止后的高程之差，即为河床的冲刷深度。

下面举例说明泥沙起动流速公式的具体实际应用方法及其意义。

算例：已知某水库下游河段河床沙质组成，河宽B=200m, 过水面积A=500m2，床沙平均粒径d=5.5mm, 问当水库下泄流量Q=500m3/s时,河床会否发生冲刷？可能冲深多少？解：（1）判断河床会否发生冲刷？V = Q/A = 500/500 = 1.0 m/sH = 500/200 = 2.5 m由沙莫夫公式Vc= 4.6d1/3H1/6 = 4.6×（5.5×10-3）1/3×2.51/6= 0.946 m/s∵ V > Vc，∴河床会发生冲刷。

第四节河流泥沙的运动一、推移质运动推移质的运动来源于床面泥沙的起动。

当床面泥沙起动达到一定程度后，床面会出现起伏不平的沙波，而沙波运动又往往是推移质运动的主要形式。

因此，在介绍推移质运动时，往往需要涉及到河床泥沙的起动、起动流速及沙波运动的相关概念。

1.泥沙的起动流速设想床面为泥沙组成且具有一定厚度，在这种水槽中施放水流，使水流的速度由小到大逐渐增加，直到使床面泥沙(床沙)由静止转入运动，这种现象称为泥沙的起动。

泥沙颗粒由静止状态变为运动状态的临界水流条件，称为泥沙的起动条件。

泥沙的起动条件常用起动流速Uc表示，它相当于床面泥沙开始起动时的水流平均流速U。

对于天然沙，其起动流速常由下式计算：U c = 4.66131hd（3-3）式中，d为泥沙粒径；h为水深。

适用范围：d>0.15~0.2mm。

泥沙的起动流速是关系到河床冲刷状态的重要判据，因此，对它的研究具有重要的理论与实践意义。

例如，在研究坝下游河床冲刷时，首先需计算河床泥沙的起动流速。

当河道实际水流流速U超过床沙的起动流速Uc时，就可判定，河床就会被冲刷；反之，河床就不会发生冲刷。

河床在冲刷过程中，水深随之增加，流速降低，当发展到水流条件不足以使床面泥沙继续起动时，冲刷便会自动停止。

再如，组成河床的泥沙粗细不均时，则细的颗粒被水流优先冲走，粗的颗粒留下来逐渐形成一层抗冲覆盖层，冲刷逐渐停止下来。

河床冲刷前的高程与冲刷终止后的高程之差，即为河床的冲刷深度。

下面举例说明泥沙起动流速公式的具体实际应用方法及其意义。

算例：已知某水库下游河段河床沙质组成，河宽B=200m, 过水面积A=500m2，床沙平均粒径d=5.5mm, 问当水库下泄流量Q=500m3/s时,河床会否发生冲刷？可能冲深多少？解：（1）判断河床会否发生冲刷？V = Q/A = 500/500 = 1.0 m/sH = 500/200 = 2.5 m由沙莫夫公式Vc= 4.6d1/3H1/6 = 4.6×（5.5×10-3）1/3×2.51/6= 0.946 m/s∵ V > Vc，∴河床会发生冲刷。

河流泥沙运动规律与河道治理引言河流是地球上最为重要的水系之一，承载着大量的水资源和泥沙。

然而，由于人类活动的影响，许多河流面临着严重的河道淤积和泥沙问题。

了解河流泥沙运动规律，并采取有效的河道治理措施，对于保护河流生态环境，维护人类利益具有重要意义。

一、河流泥沙运动规律1. 影响河流泥沙运动的因素河流泥沙运动的规律受多种因素的共同作用，其中包括水流流速、水位高度、河床坡度、泥沙颗粒大小等。

这些因素相互影响，共同决定了河流泥沙运动的强度和方向。

2. 泥沙输运方式河流泥沙的输运方式主要分为泥沙悬浮输运和底沙推移输运两种。

泥沙悬浮输运是指泥沙颗粒悬浮在水中，随水流运动；底沙推移输运则是指泥沙颗粒沉积在河床上，随着水流推移。

3. 泥沙运动的空间分布河流泥沙运动的空间分布通常不均匀，多数泥沙聚集在河底陡坡处，形成河床淤积。

同时，在河流拐弯处和河床凹地也容易聚集大量泥沙。

二、河道治理措施1. 河道疏浚河道淤积是制约河流泥沙运动的主要问题之一。

对于淤积严重的河道，需要进行疏浚。

疏浚可以采用机械疏浚或清淤炸药等方法，清除河流中的淤泥和杂草，保持河床畅通。

2. 河道护岸河岸的塌陷会加剧泥沙的沉积，增加河道淤积的风险。

因此，合理的河道护岸工程是非常必要的。

河道护岸可以采用石块、混凝土等坚固的材料固定河岸，减少河流泥沙的沉积。

3. 人工开挖河床当河道出现明显的淤积、严重阻塞，人工开挖河床是一种较为有效的河道治理手段。

通过开挖河床，可以恢复河流的正常水力条件，使河流泥沙运动得以顺畅进行。

4. 河道生态修复河道沉积物的携带和河床的淤积会对河流生态环境造成一定的影响。

因此，对于受到污染和破坏的河流，进行生态修复是非常必要的。

生态修复可以通过植物的引入、湿地的恢复等方式，改善河流的水质和生态环境。

结论河流泥沙运动规律与河道治理紧密相连。

了解河流泥沙运动规律，可以为河道治理提供科学依据；同时，通过有效的河道治理措施，可以减轻河道淤积和泥沙问题，维护河流生态环境，保护人类利益。

水流泥沙运动规律嘿，朋友们！今天咱来聊聊水流泥沙运动规律，这可有意思啦！你想想看，那河水奔腾不息，就像一群调皮的孩子在欢快地奔跑。

而泥沙呢，就像是跟着一起玩耍的小伙伴。

水流动起来可有劲儿了，带着泥沙一路向前冲。

有时候啊，水流会遇到一些阻碍，比如大石头啥的。

这时候水流可不会轻易放弃，它会绕过去或者从旁边挤过去，泥沙也就跟着一起改变方向啦。

这就好像我们走路遇到个坎儿，得想办法跨过去或者绕过去一样。

还有哦，水流速度不一样，泥沙的状态也不一样。

水流快的时候，泥沙就被带着跑得飞快，稀里糊涂就跑好远啦。

但要是水流慢下来，泥沙可能就会慢慢沉淀下来，找个地方休息休息。

这多像我们人啊，有时候忙得晕头转向，有时候又能安静地享受悠闲时光。

再看看那河流的拐弯处，水流会形成漩涡呢！泥沙在里面转啊转，就像在跳一场特别的舞蹈。

这漩涡可神奇了，能把泥沙卷到不同的地方去。

而且啊，不同的季节，水流泥沙的情况也不一样。

下雨天河水会涨起来，水流变得更急，泥沙也会更多地被带起来。

晴天的时候呢，可能就会相对平静一些。

这就好像我们的心情，有时激动，有时平静。

那我们能从水流泥沙运动规律中学到啥呢？我们可以明白顺势而为的道理呀！就像泥沙跟着水流走，我们在生活中也得学会适应环境，跟着大势走，这样才能更轻松地前进呀！还有啊，我们不能总是着急忙慌的，就像水流太快泥沙反而容易被冲走一样，有时候我们得放慢脚步，稳稳地前进。

总之呢，水流泥沙运动规律虽然看起来很普通，但里面蕴含的道理可不少呢！我们可得好好琢磨琢磨，让它给我们的生活带来启示和帮助呀！这水流泥沙的世界，真是奇妙又有趣，不是吗？。

河流动力学River Dynamics目录4.3 沙波运动4.3 沙波运动4.3 沙波运动4.3 沙波运动4.3 沙波运动4.3 沙波运动4.3 沙波运动三、河床床面形态的判别4.3 沙波运动三、河床床面形态的判别4.3 沙波运动三、河床床面形态的判别4.3 沙波运动三、河床床面形态的判别4.3 沙波运动4.4 冲积河流的阻力4.4 冲积河流的阻力J, n, R, U •恒定均匀流的断面平均流速公式•阻力方程(公式)•水位-流量关系若A,J,Q经验、半经验公式4.4 冲积河流的阻力4.4 冲积河流的阻力1616*8 5.75lg 12.277.66s s U C f K K R R R U g n gχ⎛⎞⎛⎞=====⎜⎟⎜⎟⎝⎠⎝⎠4.4 冲积河流的阻力推求τb 和τw 的方法 水力半径分割法 能坡分割法爱因斯坦方法二、床面阻力与河岸阻力的划分4.4 冲积河流的阻力RJτγ=4.4 冲积河流的阻力4.4 冲积河流的阻力J：J b w4.4 冲积河流的阻力221/2b w bw n =(n +n )χχχχ3/23/2(b bw n nn χχχχ=+4.4 冲积河流的阻力爱因斯坦方法4.4 冲积河流的阻力三、床面阻力计算的阻力叠加法* 5.75lg 12.27b s R UU K χ⎛⎞′=⎜⎟′⎝⎠()s bD R J ρρψρ−′=′4.4 冲积河流的阻力恩格隆(Engelund, F)方法4.4 冲积河流的阻力b b b ′′′Θ=Θ+Θ无因次剪切应力()b b f ′Θ=Θ4.4 冲积河流的阻力4.4 冲积河流的阻力4.5 推移质输沙率4.5 推移质输沙率4.5 推移质输沙率4.5 推移质输沙率4.5 推移质输沙率4.5 推移质输沙率4.5 推移质输沙率如何确定u、m、K ？4.5 推移质输沙率4.5 推移质输沙率4.5 推移质输沙率4.5 推移质输沙率4.5 推移质输沙率4.5 推移质输沙率4.5 推移质输沙率4.5 推移质输沙率4.5 推移质输沙率4.5 推移质输沙率4.5 推移质输沙率4.5 推移质输沙率4.5 推移质输沙率爱因斯坦输沙率公式*2*01111B t B p e dtψηψηπ−−−−=−∫冲刷外移概率：4.5 推移质输沙率二、以拖曳力为主要水流强度指标的的动力学派4.5 推移质输沙率。