泥沙对河道的影响分析

泥沙对河道的影响分析作者姓名：徐伟专业名称：水利水电工程讲师：讲师李元西南物理研究所学术论文完整性承诺书我郑重承诺并声明：1.我仔细研究了成都理工学院学位论文作假行为处理办法(中华人民共和国教育部令第34号)和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）(2013年第30号)文件，了解了教育部和学院关于处理假论文的相关规定。我知道伪造的文件可能导致学位申请人被取消资格，学位证书被取消，学校开除，甚至法律责任。2.我仔细研究了成都理工大学工程技术学院毕业设计指导手册，了解了学院对论文写作的内容和格式要求。3.我提交的论文(题目：河道阴影上的泥沙淤积)是在导师的指导下独立完成的。我对论文的真实性和原创性负责。如果根据相关程序调查后发现该论文存在欺诈行为，我将承担相应的后果。承诺者(学生签名):许巍2016年1月23日注：论文是指我校提交的本科毕业实习报告、毕业论文和毕业设计报告。摘要沉积物在自然河流中很常见。当水流的重力势能转化为动能时，在泥沙的某些特性和相对速度的作用下，必然会对河道产生一定的影响，包括生物多样性、岸坡稳定性和河床冲淤。关键词：沉积物河流生态学摘要沉积物广泛存在于自然河流中。当重力势能转化为动能时，由于相对速度和泥沙的某些特性，流体将不可避免地对下游河流产生一定的冲击。这些效应对岸坡稳定性、生物多样性和河床淤积都有显著影响。关键字：沉积物河流生态介绍中国有许多河流，包括流域面积超过100平方公里的5万多条河流和流域面积超过1000平方公里的1500多条河流。中国水资源丰富，水能储量5.8亿千瓦，年正常径流量2711.5亿立方米。在中国的河流管理中，有一个非常突出的问题，那就是泥沙问题。在大型河流流域，土壤侵蚀严重，造成大量泥沙输入问题。河流管理的复杂性更为严重并带来危害。据80年代初统计，中国水土流失面积超过120万平方公里，占全国960万平方公里的12.5%。其中，长江、黄河、淮河、海河、辽河、松花江、珠江七大河流的土壤侵蚀面积最大，占总侵蚀面积的85.8%。黄河是世界上最大的河流，多年来平均年输沙量为16亿吨。特别是在黄河中游黄土高原沟壑区，年平均沟蚀模数可达10000/(km2a)。长江宜昌站年平均输沙量为5.3亿吨，因此长江是仅次于黄河的中国第二大河流。随着长江、黄河等中国主要流域的开发和管理，中国政府高度重视泥沙问题的研究，投入了大量的人力、物力和资金，对许多严重的泥沙问题进行了更深入的研究。沉淀物3.1沉淀(知网)沉积物根据颗粒大小分为块石、卵石、砾石、砂、淤泥和粘土。谷物组的名称粒度范围/毫米一般特性岩石块 200水的渗透率很大，没有粘性，没有毛细水水晶透镜200-60碎石60-20岁透水性大，不粘，毛细水上升高度不超过粒径20-55 - 2沙2 - 0.5它很容易透水。当与云母和其他杂质混合时，耐水性降低，而可压缩性增加：不粘，与水混合时不膨胀，干燥时松散，毛细水的上升高度不大，并随着粒径的减小而增加。0.5 - 0.250.25 - 0.075淤泥0.075 - 0.005透水性小，潮湿时稍有粘性，水的渗透性很小，湿的时候是粘性的和可塑的，遇水时膨胀很大，干的时候收缩很大。毛细水上升高度大，但速度慢。表1.1粘性沉积物的粒度通常小于63微米。细颗粒通常存在于河口、泻湖和沿海港口。细泥沙的来源可能是河流和海洋。细悬浮泥沙在河口环境中起着重要作用。细泥沙在电流和波浪作用下悬浮输送。在河口，作用于细粒物质的输送机制(沉积和冲刷滞后)倾向于将细粒物质集中和沉积在该区域的内部掩蔽处。高浓度悬浮区被称为最大浑浊带，其在河口的位置将根据潮汐周期和河流的淡水输入而改变。细泥沙的特点是沉降速度慢。因此，在电流稳定之前，它们可能会被运送很长的距离。细泥沙的粘性使它们粘在一起，较大的聚集体或絮体的沉降速度远远高于单个颗粒的沉降速度。这样，它们可以沉积在单个粒子永远无法到达的区域。形成被破坏的絮凝物的关键是悬浮泥沙的数量和水流的紊流特性。粘土颗粒具有板状结构，表面带有负离子电荷。在盐水中，粒子的负电荷吸引带正电荷的阳离子，形成相互排斥的周围粒子。尽管有排斥力，盐水中的絮凝仍会形成大的聚集体或絮凝颗粒。这是因为在盐水中，双电层被压缩，吸引人的范德华力作用在原子上，使双粒子变得活跃。絮凝受浓度影响，因为水中更多的颗粒会增加接触。由于湍流的冲击剪切效应，湍流对絮凝也有很大影响。3.2沉积物的形成及其影响因素事实上，盆地中沉积的数量和速度取决于抗侵蚀性和侵蚀动力学之间的矛盾。侵蚀力包括水力、风力、重力、冻融和生物作用对岩石和土壤的分离和剥蚀以及分离物质的运输的影响。盆地的抗侵蚀性主要与盆地下垫面的特征有关。即使在同一地区，侵蚀动力学和盆地下垫面的特征也不是一成不变的。事实上，侵蚀本身不断地改变着盆地的植被特征、土壤成分和地貌特征，但与侵蚀相比，这种变化的时间尺度往往非常大。以下介绍了不同的产沙模式，并分析了不同因素对产沙的影响。1.风蚀风蚀是一种地表土壤被风破坏、搬运和沉积的现象。它主要发生在干旱和半干旱地区。风蚀包括几个过程：侵蚀、磨损和刮削。当风吹到表面时，会产生湍流，对表面物质的结构造成破坏，一些物质从原来的位置吹走的过程称为吹蚀。磨损是指当砂流接近表面时，砂粒对表面材料的冲击和摩擦。在地表缺乏植被覆盖的裸露土地上，广阔的沙尘暴地区受到不同程度的风蚀和磨损。吹是指以舌形前进的强风沙流，即移动的沙丘。移动沙丘的移动速度取决于风力和砂体移动前的地貌条件。具体来说，吹动有以下形式：颗粒半径小于0.1毫米的悬浮泥沙，粘土颗粒被吊到高空，随风漂浮；颗粒半径为0.25 0.50毫米的中细砂颗粒受风冲击并与地面分离后返回地面；蠕虫状运动-颗粒半径为0.5 2.0毫米的较大颗粒不易被风吹离表面并沿表面滚动。有必要指出，风蚀量和风蚀产生的沙量是不一样的。任何被风吹的沙子都可以被称为侵蚀。然而，河流流域中由风产生的沙量是指由风输送到河流中的沙量。风蚀产生的沙子数量只是风蚀的一小部分。尽管如此，风蚀产生的泥沙可能暂时储存在流域内，然后通过水流等其他动力因素输送到河道，间接影响流域的产沙量。黄河中游进入河流的沙尘暴总量约为1.6x108t(约0.5x108t直接进入黄河干流，约1.1x108t进入各支流)，约占黄河年平均输沙量的1/10和粗砂总量的1/4。2.重力侵蚀重力侵蚀是一种表面物质由于重力而失去塑性平衡的现象，导致破坏、位移和堆积。当土石介质松散或地表易滑动、地表陡峭、地表无植被时，一旦受到地震、降水、地表径流和地下水、波浪、冰川、人工开挖和爆破等任何力量的作用，就会引发重力侵蚀。重力侵蚀的主要侵蚀产沙模式是滑坡、崩塌和滑坡。滑坡是斜坡上的土体在重力作用下沿软弱结构面向下滑动的现象。坍塌的陡峭悬崖上的土石体失去平衡，并在自身重力的作用下突然脱离母体。陡坡上的碎屑通过物理和化学风化形成碎屑，并在其自身重力的作用下滚下斜坡并堆积在半个斜坡上，这称为滑动。不同侵蚀产生的沉积物模型的规模可能有很大差异。从泥沙生成的角度来看，崩塌、滑坡等重力侵蚀往往不能直接生成泥沙，侵蚀物质转化为泥沙的速度相对较慢。因为如果只涉及重力，斜坡材料的移动距离非常有限，一般很难达到1公里。然而，重力侵蚀使大量的土壤和岩石成为分离的碎屑沉积物，常常成为水力输送的对象。重力侵蚀发生一次，这通常会产生沉积物，根据常年的砂量，这种沉积物只能产生几十年。长期以来，盆地内堆积的大量泥沙成为活跃的沙源。3水力侵蚀水力侵蚀是土壤在降水和降雨形成的地表径流的作用下被分离、运输和沉积的过程。无论从作用于地面的动力强度、频率、分布范围还是产沙贡献来看，水力侵蚀都是最重要的侵蚀产沙模型。水侵蚀的常见形式是表面侵蚀和沟渠侵蚀。河流的功能和演变2.1河流的功能河流是人类、动物和植物的源头，也是生态系统和地貌演变中最活跃的部分。河流的功能是多方面的，传统的功能可以概括为“除虫”和“兴利”两大内容：兴利的主要内容是水资源的利用和开发，如农业灌溉、城市用水、水利发电、航运等。病虫害防治是防洪除涝的主要内容，如疏浚河道、修建堤坝、挖河引水等。河流的环境功能主要表现在输沙、水体自净和景观方面。河流的生态功能意味着河流为动植物的繁殖提供栖息地、通道、屏障和食物来源。综上所述，河流的功能主要包括：水利功能、资源功能、环境功能和生态功能。每个功能元件见表2.1。基函数辅助功能功能载体水利功能防洪除涝堤坝、堤岸、湿地、湖泊和沼泽、水坝等。资源功能发电、航运、水产养殖、农业和生活用水等。水库、水闸、堤坝等水利设施生态功能栖息地，气候调节，噪音吸收，空气和水净化水体、水面、海岸植被等环境功能自净、运沙、景观娱乐、场所和形象功能河流、水体、海滨公园等3.2河流的演变河流系统是由河流水文、河床边界、泥沙、水环境、水生态等多种组织组成的复杂系统。河流系统中有大量的关系链。在外部条件的作用下，系统中的各个组织不断变化，相互制约，相互作用。水沙条件发生变化后，河流水文、输沙、水力、河床形态等都会发生相应的变化，从而引起河流环境的变化。也就是说，河流、泥沙和河床是作为一个整体来认识和相互影响的。在自然条件下，水沙过程和河床演变表现出其固有的特征。它们保持平衡，河流系统的所有功能都能适应这种平衡。一旦水和泥沙过程受到干扰超过一定限度，原有的平衡将被打破，将引起整个河流系统的反应。水流和泥沙是河流系统的动力因素，在运输过程中形成各种河流地貌，并通过与河床相互作用控制河床演变。如图2.1所示图2.12.3河流洪水洪水给人类的正常生活和生产带来了严重的灾害和损失，但洪水是河流不可缺少的组成部分。在正常情况下，河流决定洪水的方向，洪水有时会淤积或冲刷河床，甚至改变河流的方向。自然洪水对生态系统也有很好的影响。正是洪水和河流的相互影响，使河流生态系统逐渐演化，保持生物多样性，使生态环境朝着人类发展和生存的方向演化。洪水按流量分为一般洪水、大洪水、大洪水、大洪水和极其罕见的大洪水。在干旱地区的旱季，较小的洪水具有重要的生态意义。它刺激鱼类产卵、运输沙子和改善水质。它们重置了一系列河流条件，导致上游鱼类和植物种子的迁移。与此同时，它还能重新渗透到河岸，冲击河口淤泥。3泥沙输移与模拟3.泥沙运动对下游河道的影响3.1降低下游河流的稳定性在河床上的沙中，当水流强度小时，河床很可能会产生山脊或沙粒。随着水流强度的逐渐增大，沙脊的大小将缓慢增大，然后逐渐减小，直至消失。这是回到相对夹带的状态。从理论上讲，河床上通常有很大的泥沙输移强度，一般称之为移动的平床。每次水流进一步增加，整个床面将被巨大规模的沙波慢慢取代。沙波和水面波几乎相同，传播方向可以是逆行、顺行或停滞，分别称为逆行沙波、顺行沙波和驻波。床面的形状也会随着不同的阶段和条件而变化，河床中的水流阻力也会发生变化，主要是由于沙波阻力的影响。不同的水流会形成不同的沙波。当水流条件改变时，床面的形状也会随之改变。然而，由于惯性的影响，水流条件的变化往往发生在沙波形成之前，两者之间存在一定的时间差。对于悬浮物，如果水中存在淤泥，它将增加水的体积密度。在增加流速的过程中，升力会逐渐增加，水的湍流也会增加，水也将携带更多的泥沙。当遇到弯道或障碍物时，水流会因惯性而保持原来的方向，从而增加对弯道、两侧及凹岸下游的冲刷。当然，有些海岸地区有时会被水浸泡，有时会暴露在阳光下，由于热膨胀和收缩、波浪压力、化学反应和其他原因，导致海岸岩石风化。结果，河道比以前包含了更多的泥沙。由于含沙量高，下游河道的稳定性将被破坏，下游的含沙量将不断增加，最终保持稳定。此外，平原上的含沙水流通常形成三角洲。如中国的长江三角洲、珠江