泥沙范文10篇

1前言

河海大學的河流泥沙運動力學屬于江蘇省重點學科，擁有一大批具有中高級技術職稱的專門人才，建有大型試驗廳4座，玻璃水槽20余條，可以觀測記錄水位、流速流向、含沙量、顆粒級配、淤積地形以及具有先進的多邊界潮汐非恒定流數據采集、控制、監視系統和ADV三維流速測量系統。多年來，研究領域不斷擴大，對水庫、河道、流域、水利樞紐、工礦企業、河口海岸等方面的泥沙問題進行了較為深入的研究，形成了自己的特色，先后承擔了“七五”、“八五”國家攻關及自然科學基金等項目，取得了一批成果，獲得各類科技進步獎十余項，培養碩士、博士研究生30多名。

隨著河海大學首批進入“211工程”，給本學科的發展帶來了新的機遇和挑戰。自1996年以來，學校逐步投入200多萬元進行學科和實驗室建設，至2000年，將建成一批較先進的實驗設備，為本學科的進一步發展創造條件。

2.1降雨特性及雨蝕模擬

通過分析雨滴降落過程中的力學規律，從理論上導出了雨滴降落在任一高度時的速度計算公式，進而導出了雨滴的終速公式。該公式由陳國祥、姚文藝研究完成，提出了雨滴變形的概念，用于描述直徑大于0.3mm的雨滴在降落過程中形狀因子對落速的影響。得到的終速公式與國內外同類公式比較，具有較強的理論基礎，形式簡單，與實測資料吻合好，計算精度高。可用于計算雨滴終速，確定雨滴動能和設計人工模擬降雨裝置。

湯立群在分析雨滴濺蝕規律的基礎上，運用牛頓第二運動定律推導出雨滴對土粒的撞擊力表達式和雨滴濺蝕量計算公式。該研究與以往成果相比，具有力學概念清楚，理論性強，又能反映影響雨蝕主要影響因素等特點，可用來計算天然降雨的濺蝕量。

摘要摘要：本文探索了影響泥沙擴散系數的因素，討論了傳統理論在描述泥沙顆粒垂線分布時的不足，并指出了動理學在懸浮泥沙運動描述中的應用前景。

摘要：水沙流泥沙懸浮動理學

1影響泥沙擴散系數的因素

在基于傳統的連續介質假說的各種理論中，泥沙擴散系數的確定仍依靠半經驗處理。然而，這種近似不足以給出令人滿足的物理解釋。例如，實驗結果表明[53～55，顆粒的物理屬性(如顆粒直徑和密度等)都對顆粒擴散系數εs有明顯影響，但以前的理論都不能將這些影響直接地考慮在內。顆粒物理屬性的影響經常被含糊不清地歸結于不同的顆粒沉降速度。事實上，沉降速度的變化大多反映的是顆粒物理屬性對顆粒確定性運動的影響，而不是顆粒在紊流中的隨機運動。在探究一個協振圓柱系統中的顆粒垂線分布紊動影響時，Rouse發現當格柵振動頻率f相應變化時，泥沙顆粒擴散系數εs隨顆粒直徑變化[53。顆粒直徑越大，泥沙顆粒擴散系數(見圖1)也就越大。Coleman從他的水槽實驗中也得到了同樣的結論[54。所有這些結果表明，顆粒擴散過程或多或少地和紊動交換過程有所區別。看起來似乎更大的顆粒對應更大的沉降速度，并因此而有更大的擴散系數εs。然而，后來更精確的測量并不支持這種觀點。用和Rouse相似的設備[53，邵學軍發現[55，雖然在紊動較強時，εs隨粒徑增大而增大，但在紊動較弱時恰恰相反，εs隨粒徑增大而減小。圖2和3的實驗結果表明，在顆粒物理屬性如何影響顆粒懸浮這個新問題上也許存在更深刻的機理。例如，顆粒群的存在將影響整個紊流結構，而不僅僅是單個顆粒的沉降速度。

建立顆粒群對紊流場影響的清楚圖畫依靠于對紊流自身的合理理解。紊動可以看成是許多具有不同特征頻率的微小擾動的疊加，或者是不同特征尺寸的渦漩的疊加。然而，不能期望所有的脈動(或頻率)都會影響顆粒的運動。換句話說，不同物理屬性的顆粒會影響不同頻率的渦漩。實際上，甚至在單相液流中，Philips也認為并不是在所有頻率范圍的率動都對雷諾應力的產生有貢獻[56。假如以雷諾應力為例，則的大小取決于滿足沿平均流速方向的速度分量恰好和當地平均速度一致條件的脈動。

對流體和顆粒脈動速度(v''''和vp'''')進行傅立葉轉換并定義顆粒和流體振幅間的比例，Hjelmfelt和Mockros發現顆粒只受具有較小特征頻率渦漩引起的隨機力的影響[57。顆粒越大，它們響應的頻率越小。Murphy和Aguirre以及Lee和Durst在分析紊流中顆粒的頻率響應時也采用了同樣的方法[58，59。從這些探究可以看出，顆粒僅響應特征長度L大于或等于顆粒直徑的渦漩，也就是說，顆粒速度的特征頻率依靠于渦漩特征頻率的某一非凡部分。因此，前文(Ⅰ)中公式(1)中的tm可以解釋為相應于和顆粒具有相同尺寸D的渦漩的特征時間尺度，也就是特征頻率的倒數。看來當單獨討論顆粒時，尺寸L＜D的渦漩的功能可以忽略。因此，新問題變成了怎樣把泥沙擴散系數εs和顆粒物理屬性關聯起來，這正是在以前的探究中最困難的也是被忽略了的方面。

1前言

黃河是一條舉世矚目的多沙河流，小浪底水庫承接來自黃河三門峽及小浪底庫區的全部來沙量，泥沙淤積將是水庫運用面臨的突出問題之一。加強對水庫水文泥沙測驗及泥沙調度運用，控制庫區泥沙沖淤變化，關系到小浪底水庫的使用壽命及社會與經濟效益發揮，因此，小浪底水庫的泥沙問題備受國內外水利專家的關注。

小浪底庫區泥沙淤積測驗常設斷面174個，其中干流布設56個，左岸21條支流布設65個，右岸19條支流布設53個。根據設計要求，干流上的斷面在高程275m以上左、右岸埋設端點樁、控制樁各1個，在高程250m以下各埋設地形樁1個；支流上部分較窄斷面，左、右岸埋設端點樁、控制樁各1個，而地形樁則視具體情況酌情埋設，同時，為找樁定線的方便，在端點樁附近加埋了指示樁。

小浪底水庫蓄水至275m時，形成東西長130km，南北寬300～3000m的狹長水域，斷面法實測總庫容為126.5億m3，其中，支流庫容占總庫容的41.1%。通過近幾年的泥沙淤積觀測，結合樞紐近幾年來的調度運用情況，這里對小浪底水庫的泥沙問題進行了初步的分析與探討。

2水庫泥沙運用的設計原則

按小浪底水庫泥沙運用的設計思想，小浪底水庫泥沙運用應遵循的主要原則是：

流的高程度開發利用，帶來了防洪、灌溉、供水、發電等巨大社會、經濟效益，但是，天然洪水水沙過程改變了，水庫淤積了，河床抬高了，河道斷流了……這種現象在黃河上尤為嚴重。河流和人類一樣是有生命的，人類對水、河流的開發利用應有一定限度，否則就會影響河流的健康，進而影響人類自己。

“維持黃河健康生命”是一種新的治河理念，其初步理論框架為：“維持黃河健康生命”是黃河治理的終極目標，“堤防不決口，河道不斷流，污染不超標，河床不抬高”是體現其終極目標的四個主要標志。河流生命的核心是水，命脈是流動。河流生命的形成、發展與演變是一個自然過程，有其自身的發展規律，并對外界行為有著巨大的反作用力和規范性。初步考慮，要實現“維持黃河健康生命”的目標，黃河治理應通過九條途徑，即：減少入黃泥沙的措施建設；流域及相關地區水資源利用的有效管理；增加黃河水資源量的外流域調水方案研究；黃河水沙調控體系建設；制定黃河下游河道科學合理的治理方略；使下游河道主槽不萎縮的水量及其過程塑造；滿足降低污徑比使水質不超標的水量補充要求；治理黃河河口，以盡量減少其對下游河道的反饋影響；黃河三角洲生態系統的良性維持。

對于黃河下游的洪水泥沙管理來講，維持黃河健康生命的內涵具體可描述為：利用中游水庫群的水沙聯合調度塑造協調的水沙關系，恢復、維持下游主槽過流能力；利用人工、自然的措施逐步緩解“二級懸河”嚴峻形勢，調整灘槽洪水期分流比，減少“橫河、斜河、滾河、順堤行洪”幾率，確保黃河安瀾；將具有典型滯洪沉沙功能的黃河下游灘區納入蓄滯洪區管理，灘區享受國家蓄滯洪區補償政策，從政策面上構筑人、河、沙和諧的管理環境，以使洪水泥沙管理能夠實施和延續。

一、黃河中、下游洪水控制現狀

目前，黃河下游防洪的關鍵性控制工程小浪底水利樞紐工程已經建成，并于2001年投入運用。除了正在規劃階段的中游磧口、古賢和沁河河口村水庫外，黃河中下游的防洪體系已基本建立，以萬家寨、三門峽、小浪底、陸渾、故縣五座水庫為主形成了水庫聯合調度體系。1998年以來，國家又加大了對黃河下游治理的投入力度，開展了下游堤防加高加固，險點處理，險工加高改建和河道整治工程建設，形成了河道工程體系，以東平湖、北金堤、南北展等蓄滯洪區形成了蓄滯洪體系。水文、通訊、組織指揮、搶險救災等防洪非工程措施也在近些年得到了發展和提高，整體上使黃河下游防洪形勢明顯改觀。上述工程體系“上攔下排，兩岸分滯”和非工程措施構成了當前黃河下游總的洪水控制現狀。

具體表現為：一是小浪底水庫和三門峽、故縣、陸渾等水庫聯合調度，調蓄洪水，顯著削減了黃河下游稀遇洪水，使花園口斷面百年一遇洪峰流量由29200立方米每秒削減到15700立方米每秒，千年一遇洪峰流量由42100立方米每秒削減到22600立方米每秒，接近花園口設防流量22000立方米每秒。“上大洪水”逐步得到控制，“下大洪水”和“上下較大洪水”得到一定程度控制。二是利用小浪底水庫攔沙和調水調沙庫容可減輕下游河道淤積76億噸相當于20年左右的淤積量。三是堤防已經滿足2000年水平設計水位的高度要求，抗洪能力得到加強，同時高村以下河勢也得到初步控制。

一、會議概況

在中國國家自然科學基金委員會和美國國家科學基金委員會的資助下，國際泥沙研究培訓中心秘書長胡春宏、副秘書長王兆印率團參加了2002年7月21–8月2日在美國舉行第二屆中美泥沙學術討論會，我國水利部和國家自然科學基金委聯合支持的重大課題《江河泥沙災害形成機理及防治研究》項目組骨干成員及相關知名專家25人赴美參加交流會，其中水利部所屬成員有胡春宏、王兆印、劉成（國際泥沙研究與培訓中心）、楊小慶（水科院）、張俊華（黃委）5人。有50名美國和6名比利時代表參加了會議。會后，代表們實地考察了美國Sheboygan河生態修復項目、Peoria湖保護工程、伊利諾伊河、周文德水力實驗室、胡佛水壩、科羅拉多河等水利、環境工程。

二、主要內容

1、學術討論會

7月22日–24日進行了學術討論會，主題為輸沙和環境影響。中心議題為：流域泥沙、侵蝕與環境影響、泥沙物理模型與數學模型、湖泊與水庫泥沙、河流水力學與輸沙、濕地開發、粘性泥沙輸沙及污染物吸附、環境修復。

7月22日上午舉行開幕式，首先全體與會者起立，為原美方組委會主席顏本奇（BenChieYen）教授、博士默哀三分鐘，他曾為促進中美學術交流、發起并促成第一屆和本屆中美泥沙學術討論會做出了巨大貢獻。然后由美方組織單位Marquette大學工程學院院長DouglasM.Green(douglas.green@marquette.edu)致歡迎詞，中美雙方組委會主席王兆印、CharlesS.Melching(charles.melching@marquette.edu)分別致開幕詞。上午還由美國地調局地表水辦公室JohnGray(jrgray@usgs.gov)介紹了中美泥沙合作的報告“美國地調局輸沙研究及與中國的合作”，美國伊利諾伊大學MarceloGarcia博士做了主題報告“河流整體的自然化”，我國北京大學倪晉仁做了主題報告“分洪區點面綜合信息損失評估”。

流的高程度開發利用，帶來了防洪、灌溉、供水、發電等巨大社會、經濟效益，但是，天然洪水水沙過程改變了，水庫淤積了，河床抬高了，河道斷流了……這種現象在黃河上尤為嚴重。河流和人類一樣是有生命的，人類對水、河流的開發利用應有一定限度，否則就會影響河流的健康，進而影響人類自己。

“維持黃河健康生命”是一種新的治河理念，其初步理論框架為：“維持黃河健康生命”是黃河治理的終極目標，“堤防不決口，河道不斷流，污染不超標，河床不抬高”是體現其終極目標的四個主要標志。河流生命的核心是水，命脈是流動。河流生命的形成、發展與演變是一個自然過程，有其自身的發展規律，并對外界行為有著巨大的反作用力和規范性。初步考慮，要實現“維持黃河健康生命”的目標，黃河治理應通過九條途徑，即：減少入黃泥沙的措施建設；流域及相關地區水資源利用的有效管理；增加黃河水資源量的外流域調水方案研究；黃河水沙調控體系建設；制定黃河下游河道科學合理的治理方略；使下游河道主槽不萎縮的水量及其過程塑造；滿足降低污徑比使水質不超標的水量補充要求；治理黃河河口，以盡量減少其對下游河道的反饋影響；黃河三角洲生態系統的良性維持。

對于黃河下游的洪水泥沙管理來講，維持黃河健康生命的內涵具體可描述為：利用中游水庫群的水沙聯合調度塑造協調的水沙關系，恢復、維持下游主槽過流能力；利用人工、自然的措施逐步緩解“二級懸河”嚴峻形勢，調整灘槽洪水期分流比，減少“橫河、斜河、滾河、順堤行洪”幾率，確保黃河安瀾；將具有典型滯洪沉沙功能的黃河下游灘區納入蓄滯洪區管理，灘區享受國家蓄滯洪區補償政策，從政策面上構筑人、河、沙和諧的管理環境，以使洪水泥沙管理能夠實施和延續。

一、黃河中、下游洪水控制現狀

目前，黃河下游防洪的關鍵性控制工程小浪底水利樞紐工程已經建成，并于2001年投入運用。除了正在規劃階段的中游磧口、古賢和沁河河口村水庫外，黃河中下游的防洪體系已基本建立，以萬家寨、三門峽、小浪底、陸渾、故縣五座水庫為主形成了水庫聯合調度體系。1998年以來，國家又加大了對黃河下游治理的投入力度，開展了下游堤防加高加固，險點處理，險工加高改建和河道整治工程建設，形成了河道工程體系，以東平湖、北金堤、南北展等蓄滯洪區形成了蓄滯洪體系。水文、通訊、組織指揮、搶險救災等防洪非工程措施也在近些年得到了發展和提高，整體上使黃河下游防洪形勢明顯改觀。上述工程體系“上攔下排，兩岸分滯”和非工程措施構成了當前黃河下游總的洪水控制現狀。

具體表現為：一是小浪底水庫和三門峽、故縣、陸渾等水庫聯合調度，調蓄洪水，顯著削減了黃河下游稀遇洪水，使花園口斷面百年一遇洪峰流量由29200立方米每秒削減到15700立方米每秒，千年一遇洪峰流量由42100立方米每秒削減到22600立方米每秒，接近花園口設防流量22000立方米每秒。“上大洪水”逐步得到控制，“下大洪水”和“上下較大洪水”得到一定程度控制。二是利用小浪底水庫攔沙和調水調沙庫容可減輕下游河道淤積76億噸相當于20年左右的淤積量。三是堤防已經滿足2000年水平設計水位的高度要求，抗洪能力得到加強，同時高村以下河勢也得到初步控制。

摘要：黃河下游引水灌溉的問題一直是人們關注的焦點，面對泥沙的治理問題，必須有所行動，以利于人的生活。現就相關研究進行簡單闡述。

關鍵詞：泥沙；灌溉；防治

黃河下游引黃灌區灌溉事業自50年代初期以來經過40余年的發展，已成為我國最大的連片自流灌區。到90年代初，黃河下游豫、魯兩省共建成萬畝以上引黃灌區96處，設計灌溉面積305萬hm2，總引水能力3363m3/s。據統計，1958-1990年29年間（1962~1965年停灌），黃河下游引黃灌區共引黃河水2333億m3，平均年引水80.4億m3。黃河為舉世聞名的多泥沙河流（各月平均含沙量見附表），引水必引沙，據系統計算，29年間共引沙38.65億t，平均年引沙1.33億t，約占同期黃河來沙量（花園口站）的11.6%。

黃河泥沙的引進不進加大了灌區運行費用，而且治理不好還會引發灌區土壤沙化、排水河道淤積、土地鹽堿化等一系列環境問題，影響灌區的持續發展。泥沙問題是黃河下游引黃灌區存在的主要問題之一。

一、泥沙防治利用的主要途徑

（一）引水防沙

1灌區簡介

人民勝利渠是新中國引黃灌溉第一渠。灌區位于河南省北部，總面積1183km2。主要澆灌新、焦兩市的8縣（市、區）45個鄉（鎮）的土地，并承擔新鄉市城市用水的任務。設計灌溉面積88.6萬畝，實灌面積60萬畝。設計引水流量60m3/s。

灌區有渠灌、排水、沉沙、井灌四套工程系統。1987年以前有沉沙池，自流沉沙，目前，已被迫渾水灌溉。開灌以來，人民勝利渠從黃河引水294.95億m3，引沙43451.63萬t,年均引沙量924.50萬t,平均含沙量14.73kg/m3。其中農業灌溉引水年平均引沙量539萬t。

人民勝利渠40余年來，灌區泥沙淤積分布，主要分三個時段：第一時段：由開灌初的1952年～1981年，整個時段沉沙池以處理泥沙為主要措施。第二時段由1981年～1986年，這一階段沉沙池是二次復淤，與第一階段相比攔沙率下降，處理泥沙主要是利用沉沙池和輸沙至田并舉。第三階段：由1986年以來，原來的沉沙池都已還耕停用，不能集中處理泥沙。所以，這一階段引進的泥沙主要淤積在渠道內和田間，其中灌溉渠道內約50％，田間約34％。

2灌區泥沙處理措施

人民勝利渠開灌以來，根據泥沙的處理方式不同大體上可分為兩個階段。

摘要摘要：為探究三峽工程變動回水區的泥沙淤積.建造了長達800m的全沙試驗模型.模型范圍包括長江和嘉陵江約200km的天然河段.進行了清水、渾水驗證以及蓄水位高程為175、180和156m的長系列模型試驗.明確了各蓄水位方案下變動回水區河段的沖淤規律、泥沙淤積對該區航道和沿江港口的影響.為三峽工程的技術驗證提供了科學依據。

摘要：變動回水區全沙模型泥沙淤積沖淤平衡

1引言

長江三峽工程于1994年正式動工興建。在此之前.對工程可行性進行過全面深入的論證。在論證工作中.直接影響可行性的一個關鍵新問題，是變動回水區的泥沙淤積及其對該區航運的影響。由于這個原因，對變動回水區的泥沙淤積進行了大量的模型試驗和一、二維數學模型計算工作。由于新問題的復雜性和重要性.需要建立一個變動回水區的長泥沙模型.以期對整個變動回水區的泥沙淤積及其對航運的影響作出全面深入的探究。變動回水區內上、下游河段之間有著內在的聯系。下游河段的淤積將影響其上游河段的水位.從而影響上游河段的淤積量；而上游河段的淤積又將影響進入其下游河段的泥沙數量，從而影響其下游河段的淤積量。當進行河道整治試驗探究時.這種上、下游之間的相互影響將更為強烈。進行變動回水區全河段長模型試驗.就可較好地探究并解決這個新問題。長模型的進口可置于變動回水區之上，不受囤水影響.其來沙量和天然情況下相同。模型的出口可做到變動回水區以下.位于常年水位之中。在常年回水區中，由于水面比降小.對河床糙率不敏感，因而，可由數學模型提供準確的模型出口水位。

由于泥沙運動的復雜性，在整個變動回水區長泥沙模型中準確地復演泥沙運動及沖淤變化是很困難的。我國于70年代圍繞著長江葛洲壩工程泥沙的探究，開展了大規模的泥沙模型試驗工作，使泥沙模型得到了迅速發展和完善。并能在一個模型中，同時復演懸沙和底沙（包括卵石在內）的運動，從而把握了進行全沙模型的試驗技術。然而，葛洲壩的泥沙模型（包括全沙模蟹）僅限于復演較短的局部河段中的泥沙運動和沖淤變化。故對于進行整個變動回水區的長河段泥沙模型試驗是否可行，必然有不少疑慮。進行長河段泥沙模型在技術上的主要困難是對模型的相似條件要求非常嚴格。只有各種相似條件能相應得到滿足時，才有可能達到全河段各個部位的沖淤相似。因此，需要進一步提高泥沙模型試驗和操作技術，以便更好地探究三峽工程變動回水區全河段的泥沙淤積情況及對該區航運的影響。

模型范圍上起江津四周的青草背（航行里程①725km），下至涪陵四周的剪刀峽（航行里程550km），并包括嘉陵江18km（見圖1）。自1985年按受三峽工程變動回水區全河段泥沙模型試驗任務以來，完成了近800m長的模型制做、水流和泥沙沖淤驗證、三峽大壩蓄水175m方案80年長系列淤積試驗、水庫運行100年后重慶洪水位抬高新問題、蓄水180m方案80年長系列淤積試驗以及175m水位方案中前期按156m水位運行30年等試驗工作，為長江三峽工程的技術論證工作提供了可靠的科學依據。

1前言

隨著引黃灌溉事業的發展，泥沙問題日益突出。引黃泥沙的處理不但影響沿黃兩岸地區的工農業效益，還將造成土地沙化，成為影響環境的公害。

渠網水沙調度的目的是通過不同的泥沙處理和灌區布置方式，進行泥沙遠距離輸送，使進入渠道的泥沙得到合理的安排。這也正是引黃灌溉泥沙安排的戰略方向。

2渠網水沙調度模型的計算方法

黃河下游引黃灌區灌溉渠道的分布均可概化成干、支、斗、農、田的結構形式，即水流自上而下逐級分流直至田間。干渠的水沙運動可用灌渠水流泥沙數學模型來計算(詳見文獻[1])。如果將支渠看成是干渠、斗渠看成是支渠，則支渠的沖淤計算也與干渠一樣，而斗渠和農渠又可看成是支渠與斗渠的模式，這樣整個灌區的干、支、斗、農渠直至田間的水沙運動過程都可求出，因此以灌渠水流泥沙數學模型為基礎，考慮不同灌溉渠道中引水、灌溉形式等，即可建立用于泥沙調度的渠網水沙調度模型。

由于一個灌區的支、斗、農渠很多，如果通過對每條渠道的計算來求全灌區的淤積及分布則十分繁雜。因此在渠網水沙調度模型中，根據具體情況進行了簡化。首先把灌區內自流灌區與提水灌區分開；然后根據平面位置、地形情況、種植作物異同等分成幾片(可包括幾個支渠灌溉系)；再分別找出有代表性的典型支渠灌溉系，進行支、斗、農至田間的泥沙淤積及分布計算；最后用各代表支渠系統的計算結果，推算出各片的泥沙淤積分布情況，即可計算出整個灌區(包括自流灌區和提水灌區)的泥沙淤積分布。下面詳細介紹各級渠道的水沙計算方法。