水文学-7第七章河流泥沙

第五节河流的总输沙量悬移质输沙量与推移质输沙量之和即为河流的总输沙量。一般来说，河流中悬移质输沙量大于推移质输沙量，在平原河流中尤为如此。例如，在下游的花园口水文站，推移质输沙量与悬移质输沙量之比为1:421。在山区河流中，推移质输沙量明显增大。例如，在一些山区河流中，推移质输沙量可相当于悬移质输沙量的70%。一、多年平均年悬移质输沙量的估算相对于推移质，悬移质实测资料要多－些，故估算多年平均

年悬移质输沙量要相对容易一些。即便如此，也会遇到资料

不足的情况。因此，以下分别就几种不同的资料占有的情况，论及计算多年平均年悬移质输沙量的问题。1.

资料充足时的计算若拥有某断面的长期的实测悬移质含沙量资料，便可直接用这些资料算出断面的各年的悬移质年输沙量，然后计算断面的多年平均年悬移质输沙量，即：W

ts在上式中，i1nW

：多年平均年输沙量(kg)；tsWts

：年输沙量(kg)；n

：年数2.

资料不足或缺乏时的计算但如上述那种理想的情况并不多，常需要以各种方法展延原有的资料系列，或由短期的平均值求多年平均值。可根据占有资料的具体情况，采用不同的处理方法。(1)

利用径流量资料估算在利用径流资料估算多年平均年悬移质输沙量中，常采用几种不同的方法。①利用悬移质年输沙量与年径流量之间的相关关系当仅有短期泥沙资料时，若流域内下垫面因素变化不大，悬移质年输沙量与年径流量之间的相关关系较好，则可利用此关系，根据较长时期的年径流量资料展延悬移质年输沙量资料，然后求多年平均年输沙量。②利用汛期径流量若汛期降雨侵蚀作用强烈，悬移质年输沙量与年径流量之间的关系不密切，则可利用汛期径流量与年径流量的比值作参考，以改善上述年相关关系，或直接建立悬移质年输沙量与汛期径流量之间的相关关系，然后求多年平均年输沙量。③利用悬移质年输沙量与年径流量的比值如果悬移质实测资料年限过短，难以建立上述各种相关关系，则可认为年悬移质输沙量与年径流量的比值固定，而选择年

径流量接近于多年平均年径流量的年份，以此年的输沙量来

估算多年平均年输沙量，即：W

tsW

Wts

W在上式中，Wts

：所选年份的年悬移质输沙量；：所选年份的年径流量；W

tsW

Wts

WtsW

：多年平均年悬移质输沙量；WW

：多年平均年径流量(2)利用多年平均年侵蚀模数分区图估算的水文手册中，一般均有多年平均年悬移质侵蚀模数分区图。可先从图上查得研究流域的多年平均年悬移质侵蚀模数，然后再以研究断面以上的流域面积乘以查得的多年平均年悬移质侵蚀模数，即可得断面的多年平均年悬移质输沙量。利用泥沙分区图算得的结果必然是很粗略的；此类泥沙分区图多是以大、中河流测站的资料绘制的，故若将之用于推算小河流的年悬移质输沙量，还需考虑下垫面的特点以及小河含沙量与大、中河含沙量的关系，并据此对初步结果做适当的修正。二、多年平均年推移质输沙量的估算推移质的实测资料较悬移质年的实测资料更为缺少。在推求多年平均年推移质输沙量时，可通过假定推移质输沙量与悬移质输沙量之间有一定的比例关系，以之粗略估算推移质输沙量，即：Wtb

WtsWtb

Wts在上式中，W

tb：多年平均年推移质输沙量；W

ts

：多年平均年悬移质输沙量；β：推移质输沙量与悬移质输沙量的比值此法的关键是根据流域特征选用系数β值，在一般情况下，可选用下列数值：平原河流β=0.01-0.05丘陵地区河流β=0.05-0.15山区河流β=0.15-1.00三.河流总输沙量的估算将悬移质输沙量与推移质输沙量相加，即得到总输沙量。在一般情况下，悬移质输沙量要大于推移质输沙量。在平原地区的大、中河流中，推移质仅相当悬移质的10-15%左右。在山区河流中，推移质大大增多，有些山区河流中的推移质可相当悬移质的70%。第六节影响泥沙数量的因素前已述及，河流中的泥沙为流域侵蚀和河道冲刷的产物，且以前者为主。因此，以下论及的影响泥沙数量的因素事实上多为影响流域侵蚀和河道冲刷的因素，尤为前者。一、气象因素在诸多气象因素中，影响侵蚀或泥沙数量者首推气温和降水。1.

气温地表水是侵蚀的重要动因，气温通过影响蒸发而影响地表水量，进而影响侵蚀或泥沙数量。图7-7为利用大陆(不包括阿拉斯加州和夏威夷群岛等)的资料绘制的不同多年平均年气温的多年平均年降水量－多年平均年侵蚀模数关系曲线。该组曲线表明，年气温越高，与年侵蚀模数的最大值相应的年降水量就越大。这是因为，气温升高时，蒸发增强，地表水减少，需要的降水补给地表水使之造成相同程度的侵蚀。图7-8为利用 大陆的资料不同多年平均年气温的多年平均年降水量－多年平均年泥沙含量关系曲线。该组曲线表明，若年降水量一定，年气温越高，年泥沙含量就越大。这是因为，气温升高时，蒸发增强，地表水减少，故单位体积的水中的泥沙增多。2.降水降水可补给地表水促成侵蚀，此外，雨滴落下时，还可溅击土粒和其它松散物质的颗粒，故降水可直接侵蚀地表。因此，降水为侵蚀或泥沙数量的主要影响因素。降水量对于侵蚀或泥沙数量的影响十分明显。图7-7表明，在一定的年气温下和一定的年降水量范围内，年降水量越大，年侵蚀模数就越大；即在一定的降水量范围内，降水越多，侵蚀越强烈，泥沙越多。降水的季节分配对于侵蚀或泥沙数量也有着重要的影响。一般来说，降水的季节性越强，即降水的季节分配或年内分配越不均匀，降水在年内越集中，地表的侵蚀就越强烈，泥沙数量也就越大。二、植被植被是影响侵蚀或泥沙数量的另一重要因素。植被越茂密，地表的侵蚀就越微弱，泥沙数量就越小。反之，植被越稀疏，地表的侵蚀就越强烈，泥沙数量就越大。三、地形流域的坡度等地形因侵蚀或泥沙数量有着显著的影响。Fournier利用分布在全世界不同地区的78个汇水流域的资料建立了推算年侵蚀模数的经验公式：S：年侵蚀模数(t/km2)；p：最湿月份的降水量(mm)；P：年降水量(mm)；H：流域内单位面积上的平均高差(m)；tg

：流域的平均坡度p2P在上式中，log

S

2.65( )

0.46

log

H

tg

1.56在

，Osterkamp曾试图利用经验公式和降水资料推估堪萨斯州的AkansasRiver汇水流域的年侵蚀模数，但他发现，推估结果与以实测泥沙资料推算而得的年侵蚀模数相差较大；于是，他用另一经验公式对推估结果做了校正，校正后的结果与以实测泥沙资料推算而得的年侵蚀模数非常接近。The

Mississippi

River

Basin,

TodayOsterkamp用于校正的这一经验公式为：校正的、仅根据年降水量推估的S1.359.5

YiaYa在上式中，Y

：“实际的”、即经校正的年侵蚀模数(t/km2)；Yi

：“理想的”、即年侵蚀模数(t/km2)；S：流域的平均坡度以上两个实例表明，包括坡度在内的地形因侵蚀或泥沙数量的影响确实是不可忽视的。四、土壤和地质流域内土壤和地质状况对于侵蚀或泥沙数量也有明显的影响。土壤越疏松，岩石越破碎，侵蚀便越易发生，泥沙的数量便

越大。的面积。中、上游地区，黄土覆盖了约40000

km2的流域及其支流的河水中，含沙量极大，其中祖历河中游段的河水的含沙量最高，多年平均年含沙量可达500kg/m3，这除与这一地区的降水和植被状况有关外，还与黄土非常疏松、极易 侵蚀有关。中国多年平均悬移质含沙量分布图Wilson分析全世界1500个汇水流域的多年平均侵蚀模数数据。他发现,当年降水量约为750

mm时,年侵蚀模数有一峰值,而造成这一峰值的资料中的相当一部分来自黄土或者黄土质土壤覆盖地区的

。因此,Wilson

认定,这一峰值的出现,不仅与降水状况有关,还与下垫面物质(黄土或者黄土质土壤)的抗蚀性差有很大关系。五、河道形态包括河床纵比降及河道横断面面积等在内的河道形态要素也会对泥沙数量有所影响。河床纵比降越大，水流切割河床的能量越大，河道的冲刷就越强烈，泥沙数量也就越大。在河流的下游，河道横断面增大，河床纵比降减小，河水流速减小，泥沙逐渐堆积，故河水的含沙量相对为小。例如，

的青铜峡峡口仅宽300-400m，峡口之外，河道宽达7-8km，此外，河床趋于平缓，故洪水流出峡口之后，流速减小，水中泥沙不

断堆积；在口外下游的石嘴山和渡口堂等水文观测站测得的含沙量要