泥沙對河道的影響分析作者姓名：徐偉專業名稱：水利水電工程講師：講師李元西南物理研究所學術論文完整性承諾書我鄭重承諾并聲明：1.我仔細研究了成都理工學院學位論文作假行為處理辦法(中華人民共和國教育部令第34號)和成都理工大學工程技術學院學位論文作假行為處理實施細則（試行）(2013年第30號)文件，了解了教育部和學院關于處理假論文的相關規定。我知道偽造的文件可能導致學位申請人被取消資格，學位證書被取消，學校開除，甚至法律責任。2.我仔細研究了成都理工大學工程技術學院畢業設計指導手冊，了解了學院對論文寫作的內容和格式要求。3.我提交的論文(題目：河道陰影上的泥沙淤積)是在導師的指導下獨立完成的。我對論文的真實性和原創性負責。如果根據相關程序調查后發現該論文存在欺詐行為，我將承擔相應的后果。承諾者(學生簽名):許巍2016年1月23日注：論文是指我校提交的本科畢業實習報告、畢業論文和畢業設計報告。摘要沉積物在自然河流中很常見。當水流的重力勢能轉化為動能時，在泥沙的某些特性和相對速度的作用下，必然會對河道產生一定的影響，包括生物多樣性、岸坡穩定性和河床沖淤。關鍵詞：沉積物河流生態學摘要沉積物廣泛存在于自然河流中。當重力勢能轉化為動能時，由于相對速度和泥沙的某些特性，流體將不可避免地對下游河流產生一定的沖擊。這些效應對岸坡穩定性、生物多樣性和河床淤積都有顯著影響。關鍵字：沉積物河流生態介紹中國有許多河流，包括流域面積超過100平方公里的5萬多條河流和流域面積超過1000平方公里的1500多條河流。中國水資源豐富，水能儲量5.8億千瓦，年正常徑流量2711.5億立方米。在中國的河流管理中，有一個非常突出的問題，那就是泥沙問題。在大型河流流域，土壤侵蝕嚴重，造成大量泥沙輸入問題。河流管理的復雜性更為嚴重并帶來危害。據80年代初統計，中國水土流失面積超過120萬平方公里，占全國960萬平方公里的12.5%。其中，長江、黃河、淮河、海河、遼河、松花江、珠江七大河流的土壤侵蝕面積最大，占總侵蝕面積的85.8%。黃河是世界上最大的河流，多年來平均年輸沙量為16億噸。特別是在黃河中游黃土高原溝壑區，年平均溝蝕模數可達10000/(km2a)。長江宜昌站年平均輸沙量為5.3億噸，因此長江是僅次于黃河的中國第二大河流。隨著長江、黃河等中國主要流域的開發和管理，中國政府高度重視泥沙問題的研究，投入了大量的人力、物力和資金，對許多嚴重的泥沙問題進行了更深入的研究。沉淀物3.1沉淀(知網)沉積物根據顆粒大小分為塊石、卵石、礫石、砂、淤泥和粘土。谷物組的名稱粒度范圍/毫米一般特性巖石塊 200水的滲透率很大，沒有粘性，沒有毛細水水晶透鏡200-60碎石60-20歲透水性大，不粘，毛細水上升高度不超過粒徑20-55 - 2沙2 - 0.5它很容易透水。當與云母和其他雜質混合時，耐水性降低，而可壓縮性增加：不粘，與水混合時不膨脹，干燥時松散，毛細水的上升高度不大，并隨著粒徑的減小而增加。0.5 - 0.250.25 - 0.075淤泥0.075 - 0.005透水性小，潮濕時稍有粘性，水的滲透性很小，濕的時候是粘性的和可塑的，遇水時膨脹很大，干的時候收縮很大。毛細水上升高度大，但速度慢。表1.1粘性沉積物的粒度通常小于63微米。細顆粒通常存在于河口、瀉湖和沿海港口。細泥沙的來源可能是河流和海洋。細懸浮泥沙在河口環境中起著重要作用。細泥沙在電流和波浪作用下懸浮輸送。在河口，作用于細粒物質的輸送機制(沉積和沖刷滯后)傾向于將細粒物質集中和沉積在該區域的內部掩蔽處。高濃度懸浮區被稱為最大渾濁帶，其在河口的位置將根據潮汐周期和河流的淡水輸入而改變。細泥沙的特點是沉降速度慢。因此，在電流穩定之前，它們可能會被運送很長的距離。細泥沙的粘性使它們粘在一起，較大的聚集體或絮體的沉降速度遠遠高于單個顆粒的沉降速度。這樣，它們可以沉積在單個粒子永遠無法到達的區域。形成被破壞的絮凝物的關鍵是懸浮泥沙的數量和水流的紊流特性。粘土顆粒具有板狀結構，表面帶有負離子電荷。在鹽水中，粒子的負電荷吸引帶正電荷的陽離子，形成相互排斥的周圍粒子。盡管有排斥力，鹽水中的絮凝仍會形成大的聚集體或絮凝顆粒。這是因為在鹽水中，雙電層被壓縮，吸引人的范德華力作用在原子上，使雙粒子變得活躍。絮凝受濃度影響，因為水中更多的顆粒會增加接觸。由于湍流的沖擊剪切效應，湍流對絮凝也有很大影響。3.2沉積物的形成及其影響因素事實上，盆地中沉積的數量和速度取決于抗侵蝕性和侵蝕動力學之間的矛盾。侵蝕力包括水力、風力、重力、凍融和生物作用對巖石和土壤的分離和剝蝕以及分離物質的運輸的影響。盆地的抗侵蝕性主要與盆地下墊面的特征有關。即使在同一地區，侵蝕動力學和盆地下墊面的特征也不是一成不變的。事實上，侵蝕本身不斷地改變著盆地的植被特征、土壤成分和地貌特征，但與侵蝕相比，這種變化的時間尺度往往非常大。以下介紹了不同的產沙模式，并分析了不同因素對產沙的影響。1.風蝕風蝕是一種地表土壤被風破壞、搬運和沉積的現象。它主要發生在干旱和半干旱地區。風蝕包括幾個過程：侵蝕、磨損和刮削。當風吹到表面時，會產生湍流，對表面物質的結構造成破壞，一些物質從原來的位置吹走的過程稱為吹蝕。磨損是指當砂流接近表面時，砂粒對表面材料的沖擊和摩擦。在地表缺乏植被覆蓋的裸露土地上，廣闊的沙塵暴地區受到不同程度的風蝕和磨損。吹是指以舌形前進的強風沙流，即移動的沙丘。移動沙丘的移動速度取決于風力和砂體移動前的地貌條件。具體來說，吹動有以下形式：顆粒半徑小于0.1毫米的懸浮泥沙，粘土顆粒被吊到高空，隨風漂??；顆粒半徑為0.25 0.50毫米的中細砂顆粒受風沖擊并與地面分離后返回地面；蠕蟲狀運動-顆粒半徑為0.5 2.0毫米的較大顆粒不易被風吹離表面并沿表面滾動。有必要指出，風蝕量和風蝕產生的沙量是不一樣的。任何被風吹的沙子都可以被稱為侵蝕。然而，河流流域中由風產生的沙量是指由風輸送到河流中的沙量。風蝕產生的沙子數量只是風蝕的一小部分。盡管如此，風蝕產生的泥沙可能暫時儲存在流域內，然后通過水流等其他動力因素輸送到河道，間接影響流域的產沙量。黃河中游進入河流的沙塵暴總量約為1.6x108t(約0.5x108t直接進入黃河干流，約1.1x108t進入各支流)，約占黃河年平均輸沙量的1/10和粗砂總量的1/4。2.重力侵蝕重力侵蝕是一種表面物質由于重力而失去塑性平衡的現象，導致破壞、位移和堆積。當土石介質松散或地表易滑動、地表陡峭、地表無植被時，一旦受到地震、降水、地表徑流和地下水、波浪、冰川、人工開挖和爆破等任何力量的作用，就會引發重力侵蝕。重力侵蝕的主要侵蝕產沙模式是滑坡、崩塌和滑坡?；率切逼律系耐馏w在重力作用下沿軟弱結構面向下滑動的現象。坍塌的陡峭懸崖上的土石體失去平衡，并在自身重力的作用下突然脫離母體。陡坡上的碎屑通過物理和化學風化形成碎屑，并在其自身重力的作用下滾下斜坡并堆積在半個斜坡上，這稱為滑動。不同侵蝕產生的沉積物模型的規?？赡苡泻艽蟛町?。從泥沙生成的角度來看，崩塌、滑坡等重力侵蝕往往不能直接生成泥沙，侵蝕物質轉化為泥沙的速度相對較慢。因為如果只涉及重力，斜坡材料的移動距離非常有限，一般很難達到1公里。然而，重力侵蝕使大量的土壤和巖石成為分離的碎屑沉積物，常常成為水力輸送的對象。重力侵蝕發生一次，這通常會產生沉積物，根據常年的砂量，這種沉積物只能產生幾十年。長期以來，盆地內堆積的大量泥沙成為活躍的沙源。3水力侵蝕水力侵蝕是土壤在降水和降雨形成的地表徑流的作用下被分離、運輸和沉積的過程。無論從作用于地面的動力強度、頻率、分布范圍還是產沙貢獻來看，水力侵蝕都是最重要的侵蝕產沙模型。水侵蝕的常見形式是表面侵蝕和溝渠侵蝕。河流的功能和演變2.1河流的功能河流是人類、動物和植物的源頭，也是生態系統和地貌演變中最活躍的部分。河流的功能是多方面的，傳統的功能可以概括為“除蟲”和“興利”兩大內容：興利的主要內容是水資源的利用和開發，如農業灌溉、城市用水、水利發電、航運等。病蟲害防治是防洪除澇的主要內容，如疏浚河道、修建堤壩、挖河引水等。河流的環境功能主要表現在輸沙、水體自凈和景觀方面。河流的生態功能意味著河流為動植物的繁殖提供棲息地、通道、屏障和食物來源。綜上所述，河流的功能主要包括：水利功能、資源功能、環境功能和生態功能。每個功能元件見表2.1?；瘮递o助功能功能載體水利功能防洪除澇堤壩、堤岸、濕地、湖泊和沼澤、水壩等。資源功能發電、航運、水產養殖、農業和生活用水等。水庫、水閘、堤壩等水利設施生態功能棲息地，氣候調節，噪音吸收，空氣和水凈化水體、水面、海岸植被等環境功能自凈、運沙、景觀娛樂、場所和形象功能河流、水體、海濱公園等3.2河流的演變河流系統是由河流水文、河床邊界、泥沙、水環境、水生態等多種組織組成的復雜系統。河流系統中有大量的關系鏈。在外部條件的作用下，系統中的各個組織不斷變化，相互制約，相互作用。水沙條件發生變化后，河流水文、輸沙、水力、河床形態等都會發生相應的變化，從而引起河流環境的變化。也就是說，河流、泥沙和河床是作為一個整體來認識和相互影響的。在自然條件下，水沙過程和河床演變表現出其固有的特征。它們保持平衡，河流系統的所有功能都能適應這種平衡。一旦水和泥沙過程受到干擾超過一定限度，原有的平衡將被打破，將引起整個河流系統的反應。水流和泥沙是河流系統的動力因素，在運輸過程中形成各種河流地貌，并通過與河床相互作用控制河床演變。如圖2.1所示圖2.12.3河流洪水洪水給人類的正常生活和生產帶來了嚴重的災害和損失，但洪水是河流不可缺少的組成部分。在正常情況下，河流決定洪水的方向，洪水有時會淤積或沖刷河床，甚至改變河流的方向。自然洪水對生態系統也有很好的影響。正是洪水和河流的相互影響，使河流生態系統逐漸演化，保持生物多樣性，使生態環境朝著人類發展和生存的方向演化。洪水按流量分為一般洪水、大洪水、大洪水、大洪水和極其罕見的大洪水。在干旱地區的旱季，較小的洪水具有重要的生態意義。它刺激魚類產卵、運輸沙子和改善水質。它們重置了一系列河流條件，導致上游魚類和植物種子的遷移。與此同時，它還能重新滲透到河岸，沖擊河口淤泥。3泥沙輸移與模擬3.泥沙運動對下游河道的影響3.1降低下游河流的穩定性在河床上的沙中，當水流強度小時，河床很可能會產生山脊或沙粒。隨著水流強度的逐漸增大，沙脊的大小將緩慢增大，然后逐漸減小，直至消失。這是回到相對夾帶的狀態。從理論上講，河床上通常有很大的泥沙輸移強度，一般稱之為移動的平床。每次水流進一步增加，整個床面將被巨大規模的沙波慢慢取代。沙波和水面波幾乎相同，傳播方向可以是逆行、順行或停滯，分別稱為逆行沙波、順行沙波和駐波。床面的形狀也會隨著不同的階段和條件而變化，河床中的水流阻力也會發生變化，主要是由于沙波阻力的影響。不同的水流會形成不同的沙波。當水流條件改變時，床面的形狀也會隨之改變。然而，由于慣性的影響，水流條件的變化往往發生在沙波形成之前，兩者之間存在一定的時間差。對于懸浮物，如果水中存在淤泥，它將增加水的體積密度。在增加流速的過程中，升力會逐漸增加，水的湍流也會增加，水也將攜帶更多的泥沙。當遇到彎道或障礙物時，水流會因慣性而保持原來的方向，從而增加對彎道、兩側及凹岸下游的沖刷。當然，有些海岸地區有時會被水浸泡，有時會暴露在陽光下，由于熱膨脹和收縮、波浪壓力、化學反應和其他原因，導致海岸巖石風化。結果，河道比以前包含了更多的泥沙。由于含沙量高，下游河道的穩定性將被破壞，下游的含沙量將不斷增加，最終保持穩定。此外，平原上的含沙水流通常形成三角洲。如中國的長江三角洲、珠江