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1、泥沙对河道的影响分析作者姓名：徐 伟专业名称：水利水电工程指导教师：李 源 讲师成都理工大学工程技术学院学位论文诚信承诺书本人慎重承诺和声明：1.本人已认真学习学位论文作假行为处理办法（中华人民共和国教育部第34号令）、成都理工大学工程技术学院学位论文作假行为处理实施细则（试行）（成理工教发201330号）文件并已知晓教育部、学院对论文作假行为处理的有关规定，知晓论文作假可能导致作假者被取消学位申请资格、注销学位证书、开除学籍甚至被追究法律责任等后果。2.本人已认真学习成都理工大学工程技术学院毕业设计指导手册，已知晓学院对论文撰写的内容和格式要求。3.本人所提交的学位论文（题目： 泥沙淤积对河
2、道影），是在指导教师指导下独立完成，本人对该论文的真实性、原创性负责。若论文按有关程序调查后被认定存在作假行为，本人自行承担相应的后果。承诺人（学生签名）：徐伟 2016 年 1 月 23日 注：学位论文指向我校申请学士学位所提交的本科学生毕业实习报告、毕业论文和毕业设计报告。摘要泥沙在天然河道中的存在是普遍的。当水流的重力势能转化为动能时，在泥沙的某些特性及相对速度的作用下，必然会对河道产生一定的影响，其中包括生物的多样性、坡岸的稳定性和河床的冲刷淤积问题产生一定的影响。关键词：泥沙 河道 生态AbstractThe sediment widely exists in natural riv
3、ers. When the gravitational potential energy is transformed into kinetic energy, the fluid will inevitably have some impack on downstream river because of the relative velocity and certain characteristics of sediment. Those effects can be remarkable to the bank slope stability, the biological divers
4、ity and the siltation of riverbed.Keyword: sediment river ecology绪论中国河流众多，其中有5万多条流域面积大于100km2，有1500多条流域面积在1000km2以上的河流。我国水资源丰富，水能蕴藏量为5.8亿kW，正常年径流量大27115亿m3。在我国江河治理中，有一个十分突出的问题那就是泥沙问题，在大江大河流域内水土流失严重，引起大量泥沙输入问题，江河治理的复杂性更严重，并带来危害。根据20世纪80年代初期统计，我国水土流失面积为120余万km2，占全国国土面积960万km2的12.5%，其中七大江河（即长江、黄河、淮河、海河
5、、辽河、松花江、珠江）水土流失面积最大，占总流失面积的85.8%。黄河是世界上泥沙量最大的大河，多年的平均年输沙量达16亿吨之多。特别是黄河中游的黄土高原沟壑丘陵区，平均每年沟蚀和侵蚀模数可达10000/（km2a）。长江宜昌站平均年输沙量为5.3亿吨，因此长江是仅次于黄河河流输沙量而居我国的第二位的河流。随着我国开展了长江、黄河以及其他各大流域的开发治理工作，我国政府对泥沙问题的研究工作十分看重，投入大量的人力、物力和资金，对许多严重的泥沙问题进行了更深入的研究。一 泥沙3.1泥沙(知网)泥沙按粒径大小分为块石、卵石、砾石、砂、粉砂和黏土。粒组名称粒径范围/mm一般特征块石200透水性很大，
6、无粘性，无毛细水卵石20060砾石6020透水性大，无粘性，毛细水上升高度不超过粒径大小2055-2砂2-0.5易透水，当混入云母等杂质是遭水性减小，而压缩性增加：无粘性，遇水不膨胀，干燥时松散，毛细水上升高度不大，随粒径变小而增大0.5-0.250.25-0.075粉粒0.075-0.005透水性小，湿时稍有粘性，遇水膨胀小，干时稍有收缩，毛细水上升高度较大较快，极易出现冻胀现象黏粒 0.005透水性很小，湿时有粘性、可塑性，遇水膨胀大，干时收缩显著；毛细水上升高度大，但速度较慢表1.1粘性泥沙的晶粒尺寸一般小于63微米。细颗粒通常存在于河口中上游，泻湖和沿海港湾。细粒沉积物的来源可能是河流
7、和海洋。细颗粒悬浮泥沙在河口环境中起着重要作用。细颗粒泥沙在悬浮液中通过电流和波浪作用输送。在河口，作用于细粒物料的运输机制（沉降和冲刷滞后）倾向于集中和沉积在该地区的内部庇护部位的细粒物质。高浓度悬浮区被称为最大浑浊度，并将根据潮汐周期和河流的淡水输入等改变其在河口的位置。细粒沉积物的特点是缓慢的沉降速度。因此，他们可能在水流稳定之前被长距离运输。细颗粒泥沙的粘性特性使它们粘在一起，絮体较大的聚集体或絮体沉降速度比单个粒子高得多。以这种方式，他们就能够沉积在单个微粒将永远不会到达的区域。破坏絮凝体的形成关键在于悬浮泥沙量以及流动的湍流特性。粘土颗粒在他们的表面有一个板状结构和负离子电荷，在盐
8、水中，粒子的负电荷吸引带正电荷的阳离子形成周围的颗粒，这样的粒子会互相排斥。尽管有排斥力，在盐水中还是会絮凝形成大的聚集体或絮体颗粒。这是因为在盐水中，双电层被压缩和有吸引力的范德华力作用于原子使双粒子变得活跃。絮凝受浓度的影响，因为在水中更多颗粒会增加接触。由于湍流的冲击剪切作用，湍流对絮凝也有很大的影响。3.2泥沙的形成与其影响因素流域内产生泥沙的多少，速度等特性实际上是依靠流域抗侵蚀性和侵蚀动力这对矛盾体之间的对比关系。侵蚀动力包括水力，风力，重力，冻融和生物作用对岩石土壤的分离剥蚀及分离物的搬运两方面；流域的抗侵蚀性主要和流域下垫面的特征有关。即使对同一区域，侵蚀动力，流域下垫面的特性
9、也并不是一成不变的，事实上侵蚀作用本身就在不断改变着流域植被，土壤组成，地貌特征等特性，只不过这种改变的时间尺度与侵蚀作用相比往往很大而已。以下介绍不同的产生泥沙模式，并且分析不同的作用因素在产沙过程中的作用。1. 风力侵蚀 风力侵蚀是地表土壤被风力破坏，搬运和沉积的现象。它主要发生在干旱和半干旱地区。风力侵蚀包括吹蚀，磨蚀和吹移几个过程。风吹地表时产生紊流，使地表物质的结构遭受破坏，并且部分物质吹离原地的过程称之为吹蚀。磨蚀是指风沙流接近地表迁移时沙粒对地表物质的冲击与摩擦作用。广大风沙区凡是地表缺少植被覆盖的裸地都不同程度的遭受到风蚀和磨蚀。吹移是指强大的风沙流呈舌状前进，即活动沙丘移动。
10、活动沙丘移动速度取决于风力大小和沙体运动前方的地貌条件。具体而言，吹移又有以下形式：悬移-颗粒半径小于0.1mm的粉沙，粘粒被卷扬至高空，随风飘行；跃移-颗粒半径0.250.50mm的中细沙粒，受到风力冲击脱离地表后，又重返地面；蠕移-颗粒半径0.52.0mm的较大颗粒不易被风吹离地表沿着地表滚滑。有必要指出的是，风力侵蚀量和风力侵蚀的产沙量并不是同一体，凡经过风力吹扬的沙都可以称为侵蚀，但是流域风力产沙量指由风力输移至河流中的沙量，风力侵蚀产沙量只是风力侵蚀中很少的一部分。纵然如此，风力侵蚀产生的泥沙可能暂时储存在流域中，而后被别的动力因素例如水流等输移至河道中，间接影响流域产沙量。黄河中游
11、流域风沙入河沙量约为1.6x108t(直接进入黄河干流的约为0.5x108t,进入各个支流的约为1.1x108t),占黄河年平均输沙量的1/10，约占粗泥沙总量的1/4.2. 重力侵蚀 重力侵蚀是地表物质因重力作用失去塑性平衡，产生破坏，位移和堆积的现象。当土石介质松散或者地表易滑，临空面陡，地面缺乏植被时，一旦受到地震，降水，地表径流及地下水，波浪，冰川，人工采掘和爆破等任何一种营力作用时，便会激发重力侵蚀。重力侵蚀的主要侵蚀产沙方式是滑坡，崩坍，泻溜。滑坡是斜坡上的土体在重力作用下，块体沿弱结构面整体下滑的现象。崩坍的陡崖上的土石岩体失去平衡，在自身重力作用下，突然脱离母体坠落的现象。陡坡
12、上的土石体经过物理与化学风化作用形成碎屑，在自身重力作用下沿坡面滚下堆积在半坡的现象称为泻溜。不同侵蚀产生泥沙模式的规模可以用相差很大。 从产生泥沙的角度，重力侵蚀如崩坍，滑坡往往并不能直接产生泥沙，而且侵蚀物质转化为泥沙的速度比较慢。因为如果只有重力的参与，则坡面物质移动的距离是十分有限的，一般很难达到1km。但是，重力侵蚀使大量的土体，岩块成为分离的碎屑堆积物，常常成为水力搬运的对象。重力侵蚀发生一次，往往产生按常年沙量计算几十年才能产生的泥沙，堆积在流域内的大量堆积体长时间内成为活跃的沙源。 3水力侵蚀 水力侵蚀是在降水，降雨形成的地表径流作用下，土体被分离，输移和沉积的过程。不论根据动
13、力作用于地面的强度，频率，分布范围还是产沙贡献，水力侵蚀都是最主要的侵蚀产沙模式。常见的水蚀形式有面蚀和沟蚀两种。二 河流的功能及演变 2.1河流的功能河流是人类和动植物的生存之源，是生态系统和地貌演变中最具有活力的部分。河流的功能是多方面的，传统的功能可以用“除害”和“兴利”两大内容概括：兴利是以水资源的利用和开发为主要内容，如农业灌溉、城市用水、水利发电、航运等；除害是以防洪除涝为主要内容，如疏通河道、修堤筑坝、挖河导流等。 河流的环境功能主要表现在输沙、水体自净和景观等方面。河流的生态功能指的是河流为动植物繁衍提供了栖息地、通道、屏障及食物的来源。概括起来，河流的功能主要包括：水利功能、
14、资源功能、环境功能和生态功能四个方面，各功能要素见表2.1。一级功能二级功能功能载体水利功能防洪除涝堤防、护岸、湿地、湖泊 沼泽、闸坝等资源功能发电、航运、养殖、农业及居民生活用水等水库、拦水闸、坝及其他水利设施生态功能栖息地、气候调节、吸收噪音、空气及水的净化水体、水面、岸边植被等环境功能自净、输沙、景观娱乐、场所及形象功能河流、水体、滨水公园等3.2 河流的演变河流系统是一个包含河流水文、河床边界、泥沙、水环境、水生态等在内，多组织组成的复杂系统。河流系统内部存在大量的关系链，在外界条件作用下系统内个组织不断改变，并且相互制约和作用。水沙条件变化后，河流水文、输沙、水力、河床形态等发生相应
15、的改变，从而引起河流环境的变化。即河流、泥沙和河床之间变现为一个整体联系和相互影响的关系。自然情况下，水沙过程和河床演变表现出其固有的特性，它们之间维持着一种平衡，河流系统的各项功能，都能适应于这种平衡。一旦水沙过程被干扰超过一定的限度，就会打破原有的平衡，引起河流系统的整体响应。水流、泥沙是河流系统的动力因素，它在输移过程中塑造着各种河流地貌形态，并通过与河床互相作用，对河床演变起控制作用。如图2.1图2.12.3河流洪水洪水给人类正常的生活生产带来了严重的祸患与损失，但洪水又是河流的必要组成成分。在一般情况下，河流决定着洪水的前进方向，而洪水有时又要淤积或冲刷河床，甚至让河流改道。自然洪水对生态系统也有好的影响。正是洪水与河流的互相影响，河流生态系统才逐渐进化，生物才得以保持多样性，生态环境也朝着有利人类发展生存的方向演替。洪水根据水流量大小划分为：一般洪水、较大洪水、大洪水、特大洪水、特罕见大洪水等。较小的洪水在干旱地区的干旱季节有着和重要的生态意义。它刺激着鱼类产卵，输沙，改善水质等。它们重新设定了一系列河
