细颗粒泥沙基本特性试验报告 姓名：陶安 学号：21409112 日期：2012-11-13 联系方式：antao1990@https://www.doczj.com/doc/d36973432.html,
一、实验内容 1、环形水槽操作演示 2、分析泥沙粒径特性 3、粒径计管絮凝现象观察 二、基本特性测定的实验方法 1、环形水槽 环形水槽（结构如图1所示）由上、下盘及驱动控制系统三部分组成。下盘为一外径D=150cm、内径D= lO8cm、槽宽21cm、槽深45cm的有机玻璃环槽，上盘为一有机玻璃环片覆盖在下槽水面上，高度可任意调节以控制水深。上、下盘各由一台无级调速电机带动，上下盘相向转动，在切力作用下产生水流。由于水槽的曲率，会出现横向副流，但通过对上下盘转速比的合理调配，可使横向副流降低非常小的程度，从而达到较均匀稳定的流场。另外，在下盘槽壁设有多个取样孔，以便在需要时在不同水深处取得浑水样品，用来测定随时间与水探不同，含沙浓度的变化情况。 与常见的循环水槽相比，环形水槽具有几方面的特点: ①、无流入口和流出口的影响，水槽内所有断面的水流状态是一样的，并相当于一个无限长的水槽，满足细颗粒泥沙在盐水条件下絮凝过程所需时间和漫长沉降距离的要求，水槽运动所形成的水流运动既可以是恒定均匀流，也可以随时间而改变，从而可以模拟相应的潮汐水流运动。 ②、无回水装置和消能设施，不破坏泥沙的絮凝状态，亦即泥沙能在与现场条件相似的絮凝状态下沉降、起动和输移。 ③、实验水槽体积小，操作方便，适用性广，试验水深、水体含沙量、含盐度、水流速度可方便地进行调节。 对于某一流速，占初始悬沙总量一定比值的泥沙总处于悬浮状态，也就是说悬沙浓度和初始浓度的比值是底部切力的函数。根据这一特性，就可通过环形水槽试验得到不同初始含沙量，不同水流条件下泥沙平衡浓度，不淤流速，起动流速，以及泥沙沉速等泥沙水力特性。 利用环形水槽，用各种不同条件的泥沙，水介质等就可分析出不同条件下的不同泥沙的水力特性，分析各种条件下泥沙和淤积量关系。
水库泥沙冲淤分析计算 抽水蓄能电站初步设计阶段 水库泥沙冲淤分析计算大纲范本 水利水电勘测设计标准化信息网 1996年10月 抽水蓄能电站初步设计阶段 水库泥沙冲淤分析计算大纲 主编单位: 主编单位总工程师: 参编单位: 主要编写人员: 软件开发单位: 软件编写人员: 勘测设计研究院 1
年月 目次 1. 引言 (4) 2. 设计依据文件和规范 (4) 3. 基本资料 (4) 4. 水库泥沙冲淤计算 (6) 5. 专题研究 (9) 6. 应提供的设计成果 (9) 附件A (10) 附件B (11) 附件C (14) 1 前言 项目概况 抽水蓄能电站位于省县乡境内，总装机 MW。抽水蓄能电站由上水库、水道系统、厂房及下水库组成。水库泥沙冲淤分析计算 2 设计依据文件和规范 2.1 有关本工程(或专业)的文件 (1) 可行性研究报告; (2) 可行性研究报告审批文件; (3) 初步设计任务书和项目卷册任务书，以及其它专业对本专业的要求; (4) 泥沙专题报告。 2.2 设计规范 (1) DL 5021-93 水利水电工程初步设计报告编制规程； (2) SDJ 11-77 水利水电工程水利动能设计规范(试行); (3) SDJ 214-83 水利水电工程水文计算规范(试行); (4) SL 104-95 水利工程水利计算规范; (5) 水库水文泥沙观测试行办法。 2.3 主要参考资料 (1) 水利水电工程泥沙设计规范(报批稿)[echidi1][1]； (2) 《泥沙手册》(中国水利学会泥沙专业委员会主编)； 2
(3) 《水库泥沙》(陕西省水利科学研究所河渠研究室、清华大学水利工程系泥沙研究室合编)； (4) 《河流泥沙工程学》(武汉水利电力学院)。 3 基本资料 3.1 水库概况 (1) 水库地形图，施测时间； (2) 库区纵、横断面表，需要时给出横断面特征线； (3) 水库水位容积、面积曲线图及表(包括总库容与干支流库容)。 表 1 水库水位容积、面积表 抽水蓄能电站装机容量 MW(共台)，一般每日发电 h( 点至点)；每日抽水 h( 点至点)。水泵最大扬程抽水流量 m3/s，最小扬程抽水流量 m3/s；水轮机额定水头发电流量 m3/s。 3.4.1 水库水位、库容特征值，见表2。 表 2 库水位、库容特征值 (1) 各设计频率洪水的坝前水位 表 3 各设计频率洪水的坝前水位 3
藕池(康)站基本持平，其他站偏大8%～36%；湘潭、桃江、桃源、石门和城陵矶各站年输沙量偏大8%～257%，其他站偏小28%～66%。鄱阳湖区各站径流量偏大16%～61%；各站年输沙量偏大8%～101%。与上年度比较，2016年洞庭湖区各站年径流量增大13%～306%；湘潭站年输沙量减小22%，城陵矶站基本持平，其他站增大76%～727%。鄱阳湖区饶河虎山站和修水万家埠站年径流量分别减小19%和11%，梅港站基本持平，其他站增大18%～34%；虎山站年输沙量减小54%，湖口水道湖口站基本持平，其他站增大24%～62%。 2016年三峡水库继续进行175m试验性蓄水，库区淤积泥沙0.334亿t，水库排沙比为21%；2016年丹江口水库库区淤积泥沙50.2万t。2008年9月至2016年12月，重庆主城区河段累积冲刷量为0.1653亿m3。1998年10月至2016年10月，张家洲河段总体冲刷，平滩河槽总冲刷量为1.3527亿m3。2001年8月至2016年10月，澄通河段总体冲刷，总冲刷量为4.3547亿m3。 2016年主要泥沙事件包括长江流域继续实施国家水土保持重点工程，长江干流、主要支流及尾闾河道局部地点发生崩岸。 二、黄河 2016年黄河干流主要水文控制站实测径流量与多年平均值比较，各站偏小24%～72%；与近10年平均值比较，各站偏小22%～52%；与上年度比较，各站减小10%～39%。2016年实测输沙量与多年平均值比较，各站偏小65%～99%；与近10年平均值比较，龙门站偏大21%，兰州站基本持平，其他站偏小29%～91%；与上年度比较，唐乃亥、兰州、龙门和潼关各站增大15%～131%，其他站减小19%～66%。 2016年黄河主要支流水文控制站实测径流量与多年平均值比较，窟野河温家川站基本持平，其他站偏小8%～58%；与近10年平均值比较，皇甫川皇甫、温家川和无定河白家川各站偏大20%～158%，其他站偏小10%～43%；与上年度比较，洮河红旗站基本持平，皇甫、温家川、白家川和延河甘谷驿各站偏大33%～16590%，其他站偏小7%～35%。2016年实测输沙量与多年平均值比较，各站偏小72%～100%；与近10年平均值比较，皇甫、白家川和北洛河头各站偏大6%～89%，其他站偏小14%～100%；与上年度比较，温家川站减小99%，洮河红旗站基本持平，皇甫站从近似0增加至0.073亿t，其他站增大89%～955%。 2015年10月至2016年10月，内蒙古河段石嘴山站和巴彦高勒站断面略有淤积，三湖河口站和头道拐站断面略有冲刷；下游河道除艾山至泺口河段略有淤积外，其他河段均表现为冲刷，总冲刷量0.507亿m3。2016年黄河下游全年引水量109.4亿m3，引沙量1001万t。 2015年10月至2016年10月，三门峡水库总体表现为淤积，总淤积量为0.614亿m3；小浪底水库总体表现为淤积，总淤积量为1.324亿m3。 三、淮河 2016年淮河流域主要水文控制站实测径流量与多年平均值比较，淮河干流息县站和鲁台子站基本持平，干流蚌埠站偏大6%，颍河阜阳站和沂河临沂站均偏小78%；与近10年平均值比较，阜阳站和临沂站分别偏小65%和69%，其他站偏大26%～32%；与上年度比较，蚌埠站基本持平，阜阳站减小27%，其他站增大13%～647%。 2016年淮河流域主要水文控制站实测输沙量与多年平均值比较，各站偏小42%～100%；与近10年平均值比较，阜阳站和临沂站分别偏小98%和近100%，干流各站偏大31%～132%；与上年度比较，息县站和鲁台子站分别增大121%和96%，蚌埠站和阜阳站分别减小27%和74%，临沂站年输沙量仍近似为0。 2016年淮河干流鲁台子水文站和蚌埠水文站测验断面冲淤变化不大，前者主槽略有淤积，后者主槽略有冲刷。 四、海河 本期公报新增漳河观台水文站和卫河元村集水文站，以控制海河南部部分水系的径流量和输沙量。2016年海河流域主要水文控制站实测水沙特征值与多年平均值比较，漳河观台站实测年径流量偏大18%，其他站偏小11%～84%；各站实测年输沙量偏小49%～100%。与近10年平均值比较，2016年海河流域各站实测径流量偏大19%～290%；桑干河石匣里、下会和海河闸各站年输沙量偏小57%～100%，响水堡站近10年输沙量均近似0，其他站偏大220%～902%。与上年度比较，2016年石匣里站和响水堡站实测径流量基本持平，其他站增大33%～1610%；石匣里站年输沙量减小83%，卫河元村集站增大3083%，雁翅、张家坟和观台各站均从近似0分别增加至0.541万t、9.09万t和368万t，其他站仍近似为0。2016年引黄入冀调水2.531亿m3，挟带泥沙11.15万t。 观台水文站测验断面近20年来，仅在遭遇1996年和2016年特大洪水时发生了一定的冲淤变化，其他年份冲淤变化不大。 五、珠江 2016年珠江流域主要水文控制站实测水沙特征值与多年平均值比较，南盘江小龙潭、红水河迁江和郁江南宁各站实测径流量偏小6%～25%，其他站偏大7%～71%；北江石角站和柳江柳州站实测输沙量分别偏大17%和208%，其他站偏小11%～98%。 835附录
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 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。河流输沙量集中在汛期，而且主要集中在几次大洪水中，其原因也在于此。人类活动使流域产沙条件发生变化。如修建道路、毁林垦荒，将导致河流泥沙增加；而封山育林、开展水土保持，又可减少河流泥沙；修建水库，常会沉积泥沙。这种影响将使河流泥沙发生系统性变化。 2.2泥沙的脉动 脉动是忽大忽小不停波动变化的现象。悬移质泥沙悬浮在水流中，与流速脉动一样，含沙量也存在着脉动现象，而且脉动的强度更大。在水流稳定的情况下，断面内某一点的含沙量是随时变化的，它不仅受流速脉动的影响，而且与泥沙特性等因素有关。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。 2.3悬移质泥沙的垂直分布 悬移质含沙量在垂线上的分布，一般从水面向河底呈递增趋势。含沙量垂向的变化梯度还随泥沙颗粒粗细的不同而异，颗粒较细的泥沙，其垂直分布也均匀，而对于较粗泥沙，则梯度
粘性泥沙运动规律研究 摘要：依次介绍了粘性泥沙的沉降规律，粘性泥沙的冲刷规律和粘性泥沙的扬动规律，展 现泥沙运动的特点。这对于我们了解研究河口河床和近海海床沉积冲刷现象有着重要意义，也为更进一步的研究打下了基础。 关键词：粘性泥沙沉降冲刷扬动 Abstract:This paper discuss three behaviors of the cohesive sediment in turn, including the cohesive sediment subsiding, cohesive sediment erosion and incipient motion of cohesive sediment, to open out the characters of its movement. It helps us find the rules of erosion in the river, offshore and estuary and it has important significance to further research. Keywords: cohesive sediment subsiding erosion incipient motion 一、引言 通常情况下，根据泥沙颗粒的大小和矿物成分，可以将泥沙分为非粘性沙和粘性泥沙两类。其中粘性泥沙主要是由粉沙（d<0.05mm）和粘粒（d<0.05mm）组成，这些黏性细泥沙淤积固结后根据物理性质不同又可分为浮泥，淤泥和粘土[1,2]。在多沙河流中（包括河床，河岸和滩地）粘性泥沙占有一定的比重，同时它还存在于水库、河口港湾、粉质海岸中，对这些河流的演变和治理有着重要影响[3]。因此，研究粘性泥沙的运动规律有着重要意义。本文在此主要讨论粘性泥沙的沉积，冲刷，扬动三个个方面，系统的阐述粘性泥沙的简单运动规律，以期获得总体认识。 二、群体泥沙颗粒的沉降规律 前人对颗粒群体沉速公式的研究，可大致划分为两类：一是粗颗粒均匀沙的沉速，二是含较多细颗粒的非均匀沙沉速。 (1)Batchelor(1972)认为球体在低含沙水体中沉降时，颗粒间及颗粒与周围水体的相互影响，其沉速与其在无限清水中沉速的差异，是平均值不为0的随机变量。他从统计理论出发，最后推导出低含沙量情况下群体沉速的理论公式 ωs/ω0=1－6.55Sv (1) 上式中当Sv≤0.05时，计算结果能与实验值基本符合；当Sv较大则偏差大。 (2)Richardson和Zaki 采用量纲分析与试验结果，建立如下群体沉速公式[4]
7.有一条灌溉渠道，断面如图所示，通过粘性土壤地区，泥沙组成的平均粒径为0.03mm ，渠道长10公里，渠道坡降为1/3000，问引取清水，渠道水深为2m 时，会不会发生冲刷？如果发生冲刷，应如何修改渠道？（n=0.02） 解：（1）计算渠道水流的实际平均流速 渠道过水断面面积：m mh bh A 825.12122=?+?=+=， 湿周：m 21.825.11211222=?+?+=++=h m b χ， 水力半径：m 97.021 .88== = χ A R ， 根据谢才公式和曼宁公式计算渠道水流的实际平均流速： m/s .J R n RJ C U 89.03000197 .002 0112 1 3 2 2 13 2 =?? ? ????= = = （2）计算渠道泥沙起动流速 由于泥沙组成的平均粒径为0.03mm ，属于粗粉土，所以采用考虑粘性的张瑞瑾公式计算渠道泥沙起动流速了： m/s 59.0) 10 03.0(210000000605.01003.065.16.171003.0210000000605.06.1721 72 .03 3 14 .03 2 1 72.014 .0=??? ? ? ??+? +??????? ???=??? ? ? ?++-?? ? ??=---d h d d h U s c ρρρ由于U ＞U c ，即渠道实际平均流速大于泥沙起动流速，所以渠道会发生冲刷。 （3）为减少冲刷，可采用减缓渠道坡降的途径来修改渠道。 10.河道左岸有一座灌溉引水闸，闸底高出河底2米，当河道流量为1000m 3/s ，河宽为100m ，水深为5m ，水温为20℃时，问粒径为1mm 的泥沙会不会进入渠道？哪种粒径的泥沙会进入渠道？（河道断面接近矩形） 解：（1）若要使粒径为1mm 的泥沙进入渠道，需使河道断面平均流速大于或等于泥沙扬动流速，即s U U ≥，其中： 河道断面平均流速： /s 25 1001000m A Q U =?== ，
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。
河 流 泥 沙 利 用 姓名:徐喜梅 指导教师:王勤香 系别:水利系 班级:监理0801班 学号:2008070116
河流泥沙利用 徐喜梅 黄河水院监理0801班邮编475003 摘要: 在简略概括分析黄河水沙基本特点及变化趋势的基础上 总结了黄河泥沙利用的方式和途径，分析了泥沙资源化利用的意义和特点，研究了近期内加固大堤、淤筑村台、放淤改土等多种途径利用泥沙的潜力，提出了一些促进泥沙利用的建议。 关键词:黄河泥沙利用方式途径特点潜力 千万年来黄河泥沙作为一种自然资源，履行着“填海造陆”的使命。广阔的黄淮海平原正是由于黄河泥沙的存在，得以形成、扩大，中华儿女有了繁衍生息的场所和丰富的土地资源。因此黄河泥沙是国土资源的一部分，不仅过去是，现在和将来也是。 1 黄河水沙基本特点及变化趋势 1.1 黄河水沙基本特点 1.1.1水少沙多，含沙量高 黄河多年平均天然年径流量580亿立方米，相当于长江的1/17，仅占全国河川径流总量的2％，居我国七大江河的第4位。流域内人均水量5933m，为全国人均水量的25％；耕地亩均水3243m，仅为全国耕地亩均水量的17％。黄河上中游水土流失十分严重，造成下游河道严重淤积，河床平均每年抬高约10厘米。黄河三门峡站多年 平均输沙量约16亿吨，平均合沙量为353m kg，在大江大河中名列第一，在世界江河是绝无仅有的。如果把16亿吨泥沙堆成高、宽各1米的土堤，其长度为地球到月球距离的3倍，可以绕地球赤道27圈。“跳进黄河洗不清”的说法，也就是由形容黄河泥沙多而来的。 1.1.2 水、沙时空分布不均 黄河流域水量主要来自河口镇以上，占总水量的54％，而且是清水，该地区来沙量仅占到总来沙量的9％；沙量主要来自河口镇～
中国河流泥沙公报 黄河泥沙公报YELLOW RIVER SEDIMENT BULLETIN 2008 水利部黄河水利委员会YELLOW RIVER CONSERV ANCY COMMISSION OF MWR 前言河流泥沙状况对水资源的开发利用、防洪减灾以及流域生态环境建设的决策等具有重大影响，并愈来愈受社会关注。编制《黄河泥沙公报》旨在及时报告黄河流域干流及重要支流年度的径流量、输沙量和其它重要水、沙指标及其变化状况，重要水库与河段的冲淤变化，为黄河流域水土资源开发利用与保护研究提供宏观基本资料。《公报》按水文站、水库及主要河段反映本年度黄河泥沙状况，并列出与多年统计资料的对比。本《公报》的多年均值资料系
列采用1950~2005年，同时考虑1987年以来河道边界条件及下垫面变化的影响，另列有1987~2005年均值。所涉及高程除小浪底库区为国家85高程基准、巴彦高勒和头道拐站为黄海基面外，其余均为大沽基面。《公报》的资料黄河水利委员会和有关省的实测数据。《公报》编制过程中，得到了甘肃、陕西等省水利厅的大力支持。水利部水文局、国际泥沙研究培训中心给予了热情指导和帮助，在此一并表示感谢。领导小组组长：廖义伟副组长：薛松贵翟家瑞刘晓燕杨含峡安新代王震宇时明立成员：谷源泽袁东良毕东升赵卫民王玲陈连军姜乃迁项目组项目负责人：牛占陈永奇王怀柏潘启民主要完成人：潘启民赵淑饶胡跃斌陈永奇张丽娜马志瑾许珂艳李东胡玉荣刘炜李中有林来照郭宝群王兵拓自亮范世雄陶海鸿慕明清刘社强
李有才李存才曲耀宗王世钧白莉东薛建国邢芳李旭东张玮吉俊峰王玉明张春岚蒋秀华仝春莲罗君毛利强袁华目录前言一、概述............................................................... ............................................ 1 二、径流量与输沙量............................................................... ........................ 3 三、重要水库冲淤变化............................................................... .................. 11 四、黄河干流内蒙古河段典型断面冲淤状况............................................ 18 五、黄河干流下游河段河道冲淤状况.. (23) 一、概述本《公报》发布黄河干流唐乃亥、兰州、头道拐、龙门、潼关、三门峡、小浪底、花园口、高村、艾山、利津等11个重要控制水文站以及洮河红旗、皇甫川皇甫、窟野河温家川、无定河白家川、延河甘谷驿、泾河张家山、
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U c 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 = 4.661 3 1 h d（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U c 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/s H = 500/200 = 2.5 m 由沙莫夫公式 V c = 4.6d1/3H1/6 = 4.6×（5.5×10-3）1/3×2.51/6= 0.946 m/s ∵ V > V c ，∴河床会发生冲刷。
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 1 36V 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 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。对于较细的泥沙，例如：一般沙土，更不用说粉土和粘土，在通常情况下不可用上述方法，通常用筛分法和水析法。 沙土：筛分法。采用公制标准筛，不难设想，用筛分法得出的粒径应相当于各粒径组界限沙粒的中轴长度，接近等容粒径，称为筛径。 6、沉径：ω～D 对于粉土与粘土，已不可能进一步筛分，只能用水析法，如：比重计、粒径计、移液管法等，这些方法的基本原理：通过测量沙粒在静水中的沉降速度，按照本书阐明的粒径D
1.泥沙主要有哪些特性？ (1）矿物的物理特性 比重——矿物容重与水容重之比:泥沙的比重一般都在～之间，通常取用。 硬度——硬度是表示矿物抵抗外界机械作用的能力。 (2)几何特性 泥沙的几何特征指泥沙的形状和粒径。泥沙的粒径：泥沙颗粒的大小，以颗粒直径来表示，简称粒径，其符号为D(或d)，单位mm。1）等容粒径：等容粒径是指体积与泥沙颗粒相等的球体直径。D=abc/3,或者D=3√abc。2）筛分粒径（筛径）：沙粒的中轴长度是比较接近等容粒径的，因此筛析法所测的粒径可近似地看成等容粒径。3）沉降粒径（沉径）圆度——指颗粒棱和角的尖锐程度。定义：颗粒最尖锐棱角的曲率半径除以颗粒最大内切圆的半径。球度—反映沙粒形状的特征系数，沃德尔(wadell)定义：与颗粒体积的球体直径（等容粒径）和颗粒外接球直径之比。用Ψ表示。④比表面积，定义——泥沙颗粒的表面积与其体积之比。⑤泥沙的群体特性（级配曲线）。粒配曲线：表示天然沙颗粒组成的曲线。⑥孔隙率与孔隙比。孔隙率n：沙样中孔隙的体积与沙样总体积之比：n=V孔隙/V总。孔隙比e：沙样中孔隙的体积与沙样颗粒体积之比：e=V孔隙/(V总-V孔隙) （3）泥沙的重力特性 密度：密度——颗粒单位体积内所含的质量。容重（重度）：容重（重度）——泥沙颗粒实有重量与实有体积的比值。比重：比重——固体泥沙颗粒重量与同体积4℃水的重量之比。无量纲，一般泥沙比重：=。④有效容重系数（有效密度系数） 泥沙在水中运动状态，既与泥沙容重有关，又与水的容重有关，在分析计算时，常出现相对 数值，为简便起见，令： γ γ γ- =s a ρ ρ ρ- =s a 常取a=。⑤干容重单位体积沙样经过 100~105℃温度烘干后，其重量与原状沙样整个体积的比值，称为泥沙的干容重。符号：s γ'单位：N/m3，tf/m3，kgf/m3；⑥浑水容重：单位体积浑水的重量，单位：N/m3，tf/m3，kgf/m3；⑦含沙量：单位体积浑水中固体泥沙颗粒所占比例，⑧水下休止角（φ）在静水中的泥沙，由于摩擦力的作用，可以形成一定的稳定的倾斜面，此面与水平面的交角 称为泥沙的水下休止角。⑨水下摩擦系数—泥沙的水下休止角的正切值。 ? tan = f （4）物理化学性质 泥沙的物理化学性质主要指细颗粒泥沙的物理化学性质。由于细颗粒泥沙的比表面积很大，有较强的吸附作用，故细颗粒泥沙表面的物理化学作用显得特别突出，从而对细颗粒泥沙的运动产生重要的影响。细颗粒泥沙因物理化学作用而具有粘性，又称为粘性泥沙，简称粘粒。细颗粒泥沙的物理化学作用的大小与颗粒的比表面积有关。 2.泥沙粒径的表示方法有哪四种？其中等容粒径如何计算？ 1）等容粒径，2）筛分粒径（筛径），3）沉降粒径（沉径） 测定泥沙颗粒的重量（或体积） 3 1 3 1 6 6 ?? ? ? ? ? = ? ? ? ? ? = s W V D πγ π ②将泥沙看成椭球体，直接测量其长轴a、中轴b、短轴c 用其算术平均值表示粒径 ()3 / c b a D+ + =
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。 黄河泥沙的颗粒级配：进入黄河河道的泥沙以悬移质为主,而推移质所占百分比很小.
第一节河流泥沙的来源 随河水运动和组成河床的松散固体颗粒，叫做泥沙。河流泥沙主要来源于两个方面，一是流域地表的侵蚀，二是上游河槽的冲刷。 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，则流域地表的侵蚀就较严重，进入江河的泥沙量就多。 河道水流在奔向下游的过程中，沿程要不断地冲刷当地河床和河岸，以补充水流挟沙之不足。从上游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，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。 河流泥沙常用含沙量、输沙率、输沙量和输沙量模数（侵蚀模数）等度量单位表示。含沙量是指单位体积浑水中的泥沙质量（kg/m3），常用s表示；输沙率是指单位时间内通过河流某断面的泥沙数量（t/s），常用G 表示；输沙量是指 s 表示；输沙量模数（侵蚀一定时段内通过河流某断面的泥沙数量（t），常用W s 模数）是指每平方公里地面每年冲蚀的泥沙数量(t／(km2·a))，通常用M表示。输沙量模数的大小，可用来反映流域地表的侵蚀程度。 一般说来，我国的输沙量模数分布是，北方地区的地表侵蚀的严重程度甚于南方。其中最严重的地区是，黄河中游黄土高原地区的支流流域，其输沙量模数M一般大于1000t／(km2·a)，如陕北的皇甫川、窟野河、无定河、延河流域，输沙量模数达10 000～20 000t／(km2·a)，相当于地面每年普遍冲刷6～12mm 的厚度。
河流泥沙动力学习题 1.某河道悬移质沙样如下表所列。要求： （1）用半对数坐标纸绘出粒径组的沙重百分数P 的分布图，绘出粒径的累积分布曲线，求出d 50、d pj 、?（25 75 d d = ）的数值。 （2）用对数概率坐标纸绘出粒径组的沙重百分数P 的分布图，绘出粒径的累积分布曲线，求出d 50、?的数值。 （3）用方格纸绘出粒径组的沙重百分数P 的分布图，绘出粒径的累积分布曲线。
解：根据题意计算出小于某粒径之沙重百分数，列表如上。 （1）、半对数坐标纸上粒径组的沙重百分数P 的分布图及粒径的累积分布曲线 从下述半对数坐标纸上的粒配累计曲线上可查得中值粒径m m 054.050=d ， m m 075.075=d ，m m 041.025=d 。 平均粒径：069.0100 8675 .614 1 14 1 == ??= ∑∑==i i i i i pj p d p d ， 非均匀系数：353.1041 .0075 .02575=== d d ?。
半对数坐标纸上的沙重百分数p的分布图 2468101214161820220.01 0.1 1 粒径（mm） 沙重百分数（% ） 半对数坐标纸上的粒配累积分布曲线 1020304050607080901000.01 0.1 1 粒径（mm） 小于某粒径之沙重百分数（%） （2）、对数概率坐标纸上粒径组的沙重百分数P 的分布图及粒径的累积分布曲线 （3）、方格纸上粒径组的沙重百分数P 的分布图及粒径的累积分布曲线
方格纸上的沙重百分数p的分布图 2468101214161820220 0.05 0.1 0.150.2 0.25 0.3 粒径（mm） 沙重百分数（% ） 方格纸上的粒配累积分布曲线 1020304050607080901000 0.05 0.1 0.150.2 0.25 0.3 粒径（mm） 小于某粒径之沙重百分数（%） 2.已知泥沙沉降处于过渡区的动力平衡方程式为（ω可查表）： 223231)(ωρωρυγγd K d K d K s +=- 令上式为 A=B+C 要求计算并绘制d ～ C B C +及d Re ～C B C +的关系曲线。（取6 1π =K ，
简化计算方法在泥沙分析中的应用 陈光洪李学通 （四川省水利水电勘测设计研究院规划设计分院，德阳618000） 【摘要】大中型水利水电工程泥沙分析计算通常采用二维或三维数学模型，对资料要求较高，计算较为复杂。根据工程特点和资料条件，可通过简化计算方法进行泥沙分析。本文以撒鱼沱电站水库的泥沙计算分析为例，结合与数学模型计算成果的对比，分析了简化计算方法的可行性。 【关键词】电站；水库；泥沙分析；简化计算；应用 1 概况 撒鱼沱电站是横江干流六级河床式开发的第一级，上距盐津新县城3.5km。坝址处控制集雨面积13339km2，多年平均流量240m3/s。电站正常蓄水位414.0m，死水位411.6m，日调节库容267万m3，装机容量60.0MW，多年平均发电量2.84亿kW·h。 电站闸坝最大壅水高约28.0m，布置3孔8m宽的冲沙闸和6孔12m宽的泄洪闸，泄洪总宽度96m，采取汛期来流量大于分界流量900m3/s时电站停机拉沙的运行方式。 电站水库为河道型水库，库区天然河道比降约为2.27‰，回水长度约10.6km，平均水面宽约96m，库区河道断面形态以“V”型为主。水库多年平均入库悬移质输沙量1125万t（合803.6万m3），推移质112.5万t（合51.1万m3），库沙比1.22，工程泥沙问题较严重。 2 泥沙分析简化计算 2.1 基本资料 2.1.1 悬移质 1 悬移质输沙量 工程河段上下游及支流具有较长泥沙资料的水文站有干流的横江、豆沙关站，支流白水江的牛街水文站。 横江水文站控制集水面积14781km2，控制了横江流域面积的98.7%，从1957年至今，除1961年～1964年缺测泥沙外，其余均有实测水沙资料，其实测含沙量在0～34.3kg/m3之间。通过横江站实测水沙系列作相关分析，得水沙相关方程（此略），用相关方程插补缺测泥沙资料后再加实测系列，得到1957～2000年横江水沙系列。 豆沙关水文站缺测1978年资料，采用本站水沙相关分析而得。白水江牛街水文站有1966～2000年实测资料。 根据三站1966～2000年同期悬沙资料统计各代表站水沙系列平均特征值和多年平均悬移质输沙量年内分配，各代表站多年平均悬移质输沙量年内分配见图1。 根据横江、豆沙关及牛街水文站1966～2000年同期悬沙资料，求得区间悬移质输沙模数，用区间面积求出区间产沙量，从而求出撒鱼沱梯级入库悬沙量为1125万t。 2 悬移质特征值 1）悬移质泥沙颗粒级配 根据横江站悬移质泥沙观测资料，横江站悬沙D50=0.0052mm，dcp=0.017mm，dmax=0.8mm，横江站悬移质泥沙颗粒级配成果见图2。
1.泥沙主要有哪些特性 (1）矿物的物理特性 比重——矿物容重与水容重之比:泥沙的比重一般都在～之间，通常取用。 硬度——硬度是表示矿物抵抗外界机械作用的能力。 (2)几何特性 泥沙的几何特征指泥沙的形状和粒径。泥沙的粒径：泥沙颗粒的大小，以颗粒直径来表示，简称粒径，其符号为D(或d)，单位mm。1）等容粒径：等容粒径是指体积与泥沙颗粒相等的球体直径。D=abc/3,或者D=3√abc。2）筛分粒径（筛径）：沙粒的中轴长度是比较接近等容粒径的，因此筛析法所测的粒径可近似地看成等容粒径。3）沉降粒径（沉径）圆度——指颗粒棱和角的尖锐程度。定义：颗粒最尖锐棱角的曲率半径除以颗粒最大内切圆的半径。球度—反映沙粒形状的特征系数，沃德尔(wadell)定义：与颗粒体积的球体直径（等容粒径）和颗粒外接球直径之比。用Ψ表示。④比表面积，定义——泥沙颗粒的表面积与其体积之比。 ⑤泥沙的群体特性（级配曲线）。粒配曲线：表示天然沙颗粒组成的曲线。⑥孔隙率与孔隙比。孔隙率n：沙样中孔隙的体积与沙样总体积之比：n=V孔隙/V总。孔隙比e：沙样中孔隙的体积与沙样颗粒体积之比：e=V孔隙/(V总-V孔隙) （3）泥沙的重力特性 密度：密度——颗粒单位体积内所含的质量。容重（重度）：容重（重度）——泥沙颗粒实有重量与实有体积的比值。比重：比重——固体泥沙颗粒重量与同体积4℃水的重量之比。无量纲，一般泥沙比重：=。④有效容重系数（有效密度系数） 泥沙在水中运动状态，既与泥沙容重有关，又与水的容重有关，在分析计算时，常出现相对 数值，为简便起见，令： γ γ γ- =s a ρ ρ ρ- =s a 常取a=。⑤干容重单位体积沙样经过 100~105℃温度烘干后，其重量与原状沙样整个体积的比值，称为泥沙的干容重。符号：s γ'单位：N/m3，tf/m3，kgf/m3；⑥浑水容重：单位体积浑水的重量，单位：N/m3，tf/m3，kgf/m3；⑦含沙量：单位体积浑水中固体泥沙颗粒所占比例，⑧水下休止角（φ）在静水中的泥沙，由于摩擦力的作用，可以形成一定的稳定的倾斜面，此面与水平面的交角 称为泥沙的水下休止角。⑨水下摩擦系数—泥沙的水下休止角的正切值。 ? tan = f （4）物理化学性质 泥沙的物理化学性质主要指细颗粒泥沙的物理化学性质。由于细颗粒泥沙的比表面积很大，有较强的吸附作用，故细颗粒泥沙表面的物理化学作用显得特别突出，从而对细颗粒泥沙的运动产生重要的影响。细颗粒泥沙因物理化学作用而具有粘性，又称为粘性泥沙，简称粘粒。细颗粒泥沙的物理化学作用的大小与颗粒的比表面积有关。 2.泥沙粒径的表示方法有哪四种其中等容粒径如何计算 1）等容粒径，2）筛分粒径（筛径），3）沉降粒径（沉径） 测定泥沙颗粒的重量（或体积） 3 1 3 1 6 6 ?? ? ? ? ? = ? ? ? ? ? = s W V D πγ π ②将泥沙看成椭球体，直接测量其长轴a、中轴b、短轴c 用其算术平均值表示粒径 ()3 / c b a D+ + =