河道水流和泥沙的一般特性

（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。

第六章潮汐河口的水流泥沙特点及河床演变◆第一节潮汐河口的分段和分类◆第二节潮汐河口区的水流特性◆第三节潮汐河口区的泥沙运动特点◆第四节潮汐河口区的河床演变6.0 概述-基本概念第六章潮汐河口的水流泥沙特点及河床演变➢河口区：河流与受水水体(河流、湖泊、水库、海洋)的接合地段➢入海河口(潮汐河口):水流流态多变、泥沙构成多样、河床演变复杂①主要影响因素：径流(山水)、潮汐入侵、波浪、密度流(盐淡水)支流入汇河口入海河口入湖河口入库河口◆(一)潮汐河口的分段➢图6-1(分界点)：口外海滨段→河口口门→潮流界→潮区界•潮区界→口门：感潮河段•潮区界以上：河水运动不受潮汐影响•潮流界、潮区界的位置随外海潮差大小、河流径流量大小而变化(一)潮汐河口的分段①河口口门(河流动力因素消失之地):河口段多年平均中潮位水面坡降线与平均海平面的交点处；或者三角洲海岸、岛岸、沙坎的临海端入口处②潮流界：上溯潮波潮流与下泄径流的叠加、以及沿程河床阻力耗能，使得潮汐能量逐渐消耗，潮差减小，流速降低，当涨潮流速与径流下泄流速相等时，潮水停止倒灌，此处称为~③潮区界：潮流界以上，潮波继续上溯(波动形态的传递)，河水受阻壅高，但潮差急剧减小，直至等于零的位置，此处称为~◆一、河口区的潮波及潮流✧影响因素✧主要：✧水深；河口的平面形态；底摩阻；浅滩和河口端部的反射或全反射；河流径流✧其它：✧盐淡水混合：盐水楔异重流加剧了潮汐不对称现象✧科氏力：使潮差向潮波传播方向的右侧(北半球)递增◆(一)河口区的潮波及潮流✧潮汐周期的四个阶段：潮位涨落+潮流方向①涨潮落潮流：海水开始涨潮，但潮位上升尚未改变水面向下游倾斜和水流向下游流动②涨潮涨潮流：海水继续涨潮，河口水面壅高使得水面坡降转向上游，水流向上游流动③落潮涨潮流：海水开始落潮，河口水面开始下降，但潮位下降尚未改变水面坡降向上游倾斜和水流向上游的流动④落潮落潮流：海水继续落潮，河口水面下降使得水面坡降转向下游，水流向下游流动(1)波动类型的变化主要影响因素：河口平面形态、水深、浅滩和河口端部反射外海潮波河口潮波☆外海潮波：简单前进波，潮流速与潮位同相→高低潮位时潮流速度达到最大值，在中潮位(平均水面)流速为零(憩流、转流)☆河口潮波：取决于河口平面形态及水深变化，介于前进波和驻波之间，潮流速与潮位不同相。

各河流输沙特征分析河流输沙是指在河流中悬浮着的、受水流力作用的沙粒随着河流的流动而被输送到下游。

不同大小、不同流速、不同流量的河流都会呈现出不同的输沙特征。

本文将从河流输沙的基本概念、分类、特征、影响因素等方面入手，对各河流输沙特征进行分析。

一、河流输沙的基本概念河流输沙主要指河流的泥沙颗粒在水流中运动和输移的行为。

在坡降比较大、河床比较崎岖时，水流比较急，容易卷起河床和岸边的物质，形成漩涡、涡流和漂移等。

这些水力作用会引起泥沙颗粒的分离、捆绑和承载，随着水流的白水、泥水、涌浪等形式承载向下游输送。

二、河流输沙的分类根据输沙的颗粒直径、输沙过程中的谷底流量、河水的流速和泥沙含量等因素对河流进行分类，一般可分为以下几类：1、颗粒级、粗沙级和细沙级:颗粒级输沙通常指颗粒直径达0.5毫米以上的粗颗粒分选，或者粒径比较大的沙土颗粒分选。

粗沙级输沙包括0.5毫米以下，50微米左右的沙粒级输沙，一般呈上升趋势。

细沙级输沙就是0.05毫米左右的细粒级输沙，一般呈下降趋势。

2、谷底流量级:河流的谷底流量称为河流的涨水最小流量或以前河流流量。

水流的水位和流量都与谷底流量有很大的关系，它参与了决定输沙量的摆脱能力，进而导致输沙的变化。

3、水流速度级:河流的水流速度是河流的物理性质之一，也是决定河流输沙能力的重要参数之一。

水流的速度越快，沙子就越容易被卷起来输送，产生高浪波，进而搬运大量泥沙。

不同速度下河流输沙有不同的规律。

4、泥沙含量级:泥沙含量是河流输沙的重要指标之一。

其含量的大小会影响到河流输沙的作用和能力，早在1929年，Laurie已经指出河流中含有的砂、泥、石是河流形成的基本原因之一。

三、河流输沙的特征1、高峰期和低谷期的输沙特征不同:一般来说，河流的荷载量会随着天气条件变化而有所变化，如强雨天气会使河流的荷载量快速增加。

在水文年度中，低谷时期易出现零散小产量减少且不连续，在高峰期河流的荷载量变化大，且平均流量较大。

泥沙（Sediment）的特性泥沙几何特性细颗粒泥沙的物理化学特性电化学性质悬浮在水中的细颗粒泥沙表面会发生各种物理化学作用，物理化学作用的强弱与颗粒比表面积的大小有关。

比表面积：颗粒表面积与其体积之比。

间接反映了颗粒受到的物理化学作用与重力的相对大小。

双电层颗粒表面离子层及其周围的反离子层（吸附层及扩散层）构成颗粒的双电层，双电层外属中性水。

絮凝和分散现象分散的颗粒互相吸引，聚合成结构疏松、类似棉花团的较大团粒或团块（中间有很大的孔隙，包围密封了大量水分），称为絮团。

细颗粒泥沙在一定条件下彼此聚合的过程叫做絮凝。

泥沙的重力特性泥沙的容重与密度泥沙颗粒实有重量（或质量）与实有体积之比称为泥沙的容重（或密度）平均值平均值有效容重系数（有效密度系数）泥沙的干容重与干密度泥沙的干容重（或干密度）是指除水分后的沙样重量（或质量）与沙样体积之比。

泥沙的干容重与泥沙的容重不同，它的变化幅度较大，这是由于泥沙颗粒间空隙变化较大的缘故泥沙淤积深度愈深，其干容重愈大，变化范围愈小；反之，淤积深度愈浅，其干容重愈小，且变化幅度愈大。

泥沙的水下休止角在静水中的泥沙，由于摩擦力的作用，可以形成一定的倾斜面而不致塌落，此倾斜面的角度φ称为泥沙的水下远休止角，其正切函数即为泥沙的水下摩擦系数f。

泥沙的水力特性泥沙沉降的不同形式单颗粒泥沙在无限大静止清水水体中匀速下沉时的速度称为泥沙的沉降速度，简称沉速（cm／s）沙粒雷诺数泥沙颗粒基本上沿铅垂线下沉，附近的水体几乎不发生紊乱现象，这时的绕流状态属于层流。

泥沙沿摆动的轨迹下沉；颗粒首部为层流，尾部为紊流，绕流属于过渡状态。

泥沙颗粒脱离铅垂线，沿螺旋形轨迹下沉，其周围的水体布满漩涡，这时的绕流状态属于紊流。

其他因素对沉速的影响泥沙的形状对沉速的影响对于几何平均粒径D相同的不同石块，形状越扁平，其阻力系数越大，沉速越小水质对沉速的影响含沙量对沉速的影响粗颗粒泥沙颗粒下沉时引起的向上水流。

河口的泥沙沉积特征河口是河流注入海洋或湖泊的地方，是陆地和海洋的过渡区域。

河口的泥沙沉积特征是指在河口地区，由于河流的输入和海洋的影响，泥沙在河口地区的沉积过程和形成的特征。

泥沙沉积是河口地区的重要地质过程，对于河口的形成、演化和生态环境具有重要的影响。

一、河口的泥沙输入河口的泥沙输入主要来自于上游的河流输送，以及沿岸的悬浮物和潮汐运动。

上游的河流输送的泥沙主要是由于河流的冲刷作用，将岩石颗粒和土壤颗粒携带到河口地区。

沿岸的悬浮物主要是由于海浪和潮汐的作用，将沿岸的泥沙悬浮在海水中输送到河口地区。

这些泥沙输入的特点是泥沙颗粒较为细小，悬浮在水中。

二、泥沙沉积的过程泥沙沉积的过程主要分为悬浮沉积、层状沉积和沉积物成岩三个阶段。

在悬浮沉积阶段，由于泥沙颗粒较小，容易悬浮在水中，随着水流的运动，泥沙颗粒会随着水流的减速而沉积下来。

在层状沉积阶段，泥沙沉积形成了一层层的沉积物，这些沉积物的颗粒大小逐渐增大，层次也逐渐明显。

在沉积物成岩阶段，由于泥沙沉积的压实作用和水分的挤出，沉积物逐渐变得坚硬，并形成岩石。

三、泥沙沉积的特征河口的泥沙沉积特征主要表现为沉积层次明显、沉积物粒度分选明显和沉积物类型多样化。

沉积层次明显是指在沉积物中可以明显看到不同层次的沉积结构，这是由于河流输入的不同泥沙沉积物质的不同。

沉积物粒度分选明显是指在沉积物中不同粒径的泥沙颗粒分布有明显的规律。

沉积物类型多样化是指在沉积物中存在各种类型的岩石，如砂岩、泥岩、砾岩等，这是由于不同的泥沙沉积条件和过程导致的。

四、泥沙沉积的影响河口的泥沙沉积对于河口地区的形成、演化和生态环境具有重要的影响。

首先，泥沙沉积是河口地区形成的重要因素之一。

由于泥沙的沉积，河口地区逐渐扩大，形成了广阔的河口平原。

其次，泥沙沉积还会影响河口的演化。

河口的演化是一个动态过程，泥沙的沉积会改变河口的形态和水流的分布，进而影响河口的演化方向和速度。

最后，泥沙沉积还会对河口的生态环境产生影响。

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。

河流泥沙理化特征及其测定方和效应分析摘要：本文就河流泥沙的理化特征及其测定方法进行介绍，并通过河流泥沙在运输过程中与水体污染物的相互作用，讨论河流泥沙对重金属、氮、磷和其他污染物的影响，并最终影响河流水质。

最后讨论了泥沙的环境效应，并对不同季节，不同河流的泥沙环境效应进行简要叙述。

关键词：河流泥沙理化特征吸附环境效应一、引言对河流水环境和水质而言,河流泥沙不仅其本身就是水体污染物,而且河流泥沙通常具有较大的比表面,并含有大量活性官能团,因而成为水体中微量污染物的主要载体,在很大程度上决定着这些污染物在水体中的迁移、转化和生物效应等。

因此,河流水环境研究和水资源保护不能忽视河流泥沙。

二、河流泥沙的理化特征及测定方法河流泥沙的理化特征包括：几何特性，如：粒度大小、比表面积和粒径分布；水力特性，如：泥沙沉速；泥沙的重度：如容重和密度，干容重和干密度；以及泥沙的化学组成和电化学特性，泥沙絮团的压密特性，河流含沙量等。

1、粒径大小和粒径分布及其测定泥沙颗粒的大小通常用粒径D表示，按照粒径大小，将泥沙颗粒分为：粘粒、粉砂、沙粒、砾石、卵石和漂石。

粒径较大的泥沙通常被限制在河床底部随水流以滑动、滚动或跳跃的形式运动，而粒径较小的泥沙是在水流的紊动扩散作用下悬浮于水体中的泥沙, 在水体中的空间分布范围非常大, 与进入水体中的污染物的接触面比推移质要大得多, 它对进入水体中的污染物具有很强的吸附作用。

粒径的测量方法有超声测量法等。

超声法测粒是指利用声波在介质传播中的声能衰减、颗粒对声波的散射、以及相速度的改变等效应测量颗粒粒度及浓度。

由于超声频率具备较宽的频带，可以确保测量从纳米级到毫米级的很宽范围的颗粒。

且声波穿透率强, 因此, 超声法在高浓度颗粒两相介质测量方面具备了很多其他测粒方法所不具备的特点和无可比拟的优越性, 该特性使其在无须稀释、快速、可靠的在线颗粒测量时可以得到很好的应用。

对于泥沙的粒径分布目前可用超声衰减谱法测量颗粒两相流粒径分布，过程可以概括为：基于一个合适的理论模型对已知物性参数的颗粒两相流预测其声衰减谱，再根据实测的系统声衰减谱，结合颗粒系和声衰减谱对应的模型矩阵进行数据反演，最终得到颗粒两相流系统的真实粒度分布。

泥沙（Sediment）的特性泥沙几何特性细颗粒泥沙的物理化学特性电化学性质悬浮在水中的细颗粒泥沙表面会发生各种物理化学作用，物理化学作用的强弱与颗粒比表面积的大小有关。

比表面积：颗粒表面积与其体积之比。

间接反映了颗粒受到的物理化学作用与重力的相对大小。

双电层颗粒表面离子层及其周围的反离子层（吸附层及扩散层）构成颗粒的双电层，双电层外属中性水。

絮凝和分散现象分散的颗粒互相吸引，聚合成结构疏松、类似棉花团的较大团粒或团块（中间有很大的孔隙，包围密封了大量水分），称为絮团。

细颗粒泥沙在一定条件下彼此聚合的过程叫做絮凝。

泥沙的重力特性泥沙的容重与密度泥沙颗粒实有重量（或质量）与实有体积之比称为泥沙的容重（或密度）平均值平均值有效容重系数（有效密度系数）泥沙的干容重与干密度泥沙的干容重（或干密度）是指除水分后的沙样重量（或质量）与沙样体积之比。

泥沙的干容重与泥沙的容重不同，它的变化幅度较大，这是由于泥沙颗粒间空隙变化较大的缘故泥沙淤积深度愈深，其干容重愈大，变化范围愈小；反之，淤积深度愈浅，其干容重愈小，且变化幅度愈大。

泥沙的水下休止角在静水中的泥沙，由于摩擦力的作用，可以形成一定的倾斜面而不致塌落，此倾斜面的角度φ称为泥沙的水下远休止角，其正切函数即为泥沙的水下摩擦系数f。

泥沙的水力特性泥沙沉降的不同形式单颗粒泥沙在无限大静止清水水体中匀速下沉时的速度称为泥沙的沉降速度，简称沉速（cm／s）沙粒雷诺数泥沙颗粒基本上沿铅垂线下沉，附近的水体几乎不发生紊乱现象，这时的绕流状态属于层流。

泥沙沿摆动的轨迹下沉；颗粒首部为层流，尾部为紊流，绕流属于过渡状态。

泥沙颗粒脱离铅垂线，沿螺旋形轨迹下沉，其周围的水体布满漩涡，这时的绕流状态属于紊流。

其他因素对沉速的影响泥沙的形状对沉速的影响对于几何平均粒径D相同的不同石块，形状越扁平，其阻力系数越大，沉速越小水质对沉速的影响含沙量对沉速的影响粗颗粒泥沙颗粒下沉时引起的向上水流。

泥沙基础知识点总结一、泥沙的组成泥沙主要由矿物颗粒、有机物质和微生物组成。

矿物颗粒是泥沙中最主要的组成部分，通常由石英、长石、云母等矿物组成。

有机物质是由植物和动物残骸、分解产生的有机物质构成。

微生物是指在泥沙中起着重要作用的微生物，它们可以分解有机物质，促进泥沙颗粒的团聚和固化。

二、泥沙的来源1. 地表岩石的风化和侵蚀：地表的岩石受到风化、冻融和化学侵蚀等作用，产生大量的碎屑颗粒，最终形成泥沙。

2. 河流和湖泊沉积：河流和湖泊中的水流不断侵蚀岩石和土壤，将颗粒物质携带到河流和湖泊，形成底部和河岸的泥沙沉积。

3. 海洋泥沙：海洋中的泥沙通常是由陆地上的风化和侵蚀所形成，也包括一些生物的壳体和遗骸。

三、泥沙的特性1. 粒径分布：泥沙的粒径范围很广，从微观的黏土颗粒到粗大的砾石颗粒都有，通常根据粒径大小将泥沙分为泥、沙和砾石等不同级别。

2. 密度和比重：泥沙的密度和比重与其组成成分有关，通常泥沙的密度范围从1.5g/cm3到2.7g/cm3左右。

3. 流化特性：泥沙在水流中的流体力学特性非常重要，它直接影响到河流、湖泊和海洋的泥沙运移和沉积过程。

四、泥沙运移泥沙在自然环境中会随着水流、风力和重力等力量而运动和分布。

泥沙运移是由于各种外力作用下，泥沙颗粒产生流动、悬浮、输移和沉积的过程。

泥沙运移和沉积是地貌演变和水资源开发利用的重要基础。

泥沙运移的形式包括固体泥沙流动和悬移运动、以及泥沙颗粒的卵石流动和跃移。

五、泥沙沉积泥沙颗粒的沉积是由于水流的减速和携带能力减小，使得泥沙颗粒沉降到水体底部或河岸。

泥沙沉积是水文地质、水资源开发和环境保护的关键课题。

泥沙沉积对地貌演变、水资源开发和生态环境等具有重要影响。

六、泥沙的环境效应1. 地貌和土地资源：泥沙是地表形成的重要因素，它对地质和地貌的演变起着关键作用，也是土地资源的重要组成部分。

2. 水资源和水环境：泥沙对河流、湖泊和水库的水质和水库清进行着重要的影响，同时也是水资源开发和水环境保护的重要问题。