泥沙范文10篇

1前言

河海大学的河流泥沙运动力学属于江苏省重点学科，拥有一大批具有中高级技术职称的专门人才，建有大型试验厅4座，玻璃水槽20余条，可以观测记录水位、流速流向、含沙量、颗粒级配、淤积地形以及具有先进的多边界潮汐非恒定流数据采集、控制、监视系统和ADV三维流速测量系统。多年来，研究领域不断扩大，对水库、河道、流域、水利枢纽、工矿企业、河口海岸等方面的泥沙问题进行了较为深入的研究，形成了自己的特色，先后承担了“七五”、“八五”国家攻关及自然科学基金等项目，取得了一批成果，获得各类科技进步奖十余项，培养硕士、博士研究生30多名。

随着河海大学首批进入“211工程”，给本学科的发展带来了新的机遇和挑战。自1996年以来，学校逐步投入200多万元进行学科和实验室建设，至2000年，将建成一批较先进的实验设备，为本学科的进一步发展创造条件。

2.1降雨特性及雨蚀模拟

通过分析雨滴降落过程中的力学规律，从理论上导出了雨滴降落在任一高度时的速度计算公式，进而导出了雨滴的终速公式。该公式由陈国祥、姚文艺研究完成，提出了雨滴变形的概念，用于描述直径大于0.3mm的雨滴在降落过程中形状因子对落速的影响。得到的终速公式与国内外同类公式比较，具有较强的理论基础，形式简单，与实测资料吻合好，计算精度高。可用于计算雨滴终速，确定雨滴动能和设计人工模拟降雨装置。

汤立群在分析雨滴溅蚀规律的基础上，运用牛顿第二运动定律推导出雨滴对土粒的撞击力表达式和雨滴溅蚀量计算公式。该研究与以往成果相比，具有力学概念清楚，理论性强，又能反映影响雨蚀主要影响因素等特点，可用来计算天然降雨的溅蚀量。

1前言

黄河是一条举世瞩目的多沙河流，小浪底水库承接来自黄河三门峡及小浪底库区的全部来沙量，泥沙淤积将是水库运用面临的突出问题之一。加强对水库水文泥沙测验及泥沙调度运用，控制库区泥沙冲淤变化，关系到小浪底水库的使用寿命及社会与经济效益发挥，因此，小浪底水库的泥沙问题备受国内外水利专家的关注。

小浪底库区泥沙淤积测验常设断面174个，其中干流布设56个，左岸21条支流布设65个，右岸19条支流布设53个。根据设计要求，干流上的断面在高程275m以上左、右岸埋设端点桩、控制桩各1个，在高程250m以下各埋设地形桩1个；支流上部分较窄断面，左、右岸埋设端点桩、控制桩各1个，而地形桩则视具体情况酌情埋设，同时，为找桩定线的方便，在端点桩附近加埋了指示桩。

小浪底水库蓄水至275m时，形成东西长130km，南北宽300～3000m的狭长水域，断面法实测总库容为126.5亿m3，其中，支流库容占总库容的41.1%。通过近几年的泥沙淤积观测，结合枢纽近几年来的调度运用情况，这里对小浪底水库的泥沙问题进行了初步的分析与探讨。

2水库泥沙运用的设计原则

按小浪底水库泥沙运用的设计思想，小浪底水库泥沙运用应遵循的主要原则是：

摘要摘要：本文探索了影响泥沙扩散系数的因素，讨论了传统理论在描述泥沙颗粒垂线分布时的不足，并指出了动理学在悬浮泥沙运动描述中的应用前景。

摘要：水沙流泥沙悬浮动理学

1影响泥沙扩散系数的因素

在基于传统的连续介质假说的各种理论中，泥沙扩散系数的确定仍依靠半经验处理。然而，这种近似不足以给出令人满足的物理解释。例如，实验结果表明[53～55，颗粒的物理属性(如颗粒直径和密度等)都对颗粒扩散系数εs有明显影响，但以前的理论都不能将这些影响直接地考虑在内。颗粒物理属性的影响经常被含糊不清地归结于不同的颗粒沉降速度。事实上，沉降速度的变化大多反映的是颗粒物理属性对颗粒确定性运动的影响，而不是颗粒在紊流中的随机运动。在探究一个协振圆柱系统中的颗粒垂线分布紊动影响时，Rouse发现当格栅振动频率f相应变化时，泥沙颗粒扩散系数εs随颗粒直径变化[53。颗粒直径越大，泥沙颗粒扩散系数(见图1)也就越大。Coleman从他的水槽实验中也得到了同样的结论[54。所有这些结果表明，颗粒扩散过程或多或少地和紊动交换过程有所区别。看起来似乎更大的颗粒对应更大的沉降速度，并因此而有更大的扩散系数εs。然而，后来更精确的测量并不支持这种观点。用和Rouse相似的设备[53，邵学军发现[55，虽然在紊动较强时，εs随粒径增大而增大，但在紊动较弱时恰恰相反，εs随粒径增大而减小。图2和3的实验结果表明，在颗粒物理属性如何影响颗粒悬浮这个新问题上也许存在更深刻的机理。例如，颗粒群的存在将影响整个紊流结构，而不仅仅是单个颗粒的沉降速度。

建立颗粒群对紊流场影响的清楚图画依靠于对紊流自身的合理理解。紊动可以看成是许多具有不同特征频率的微小扰动的叠加，或者是不同特征尺寸的涡漩的叠加。然而，不能期望所有的脉动(或频率)都会影响颗粒的运动。换句话说，不同物理属性的颗粒会影响不同频率的涡漩。实际上，甚至在单相液流中，Philips也认为并不是在所有频率范围的率动都对雷诺应力的产生有贡献[56。假如以雷诺应力为例，则的大小取决于满足沿平均流速方向的速度分量恰好和当地平均速度一致条件的脉动。

对流体和颗粒脉动速度(v''''和vp'''')进行傅立叶转换并定义颗粒和流体振幅间的比例，Hjelmfelt和Mockros发现颗粒只受具有较小特征频率涡漩引起的随机力的影响[57。颗粒越大，它们响应的频率越小。Murphy和Aguirre以及Lee和Durst在分析紊流中颗粒的频率响应时也采用了同样的方法[58，59。从这些探究可以看出，颗粒仅响应特征长度L大于或等于颗粒直径的涡漩，也就是说，颗粒速度的特征频率依靠于涡漩特征频率的某一非凡部分。因此，前文(Ⅰ)中公式(1)中的tm可以解释为相应于和颗粒具有相同尺寸D的涡漩的特征时间尺度，也就是特征频率的倒数。看来当单独讨论颗粒时，尺寸L＜D的涡漩的功能可以忽略。因此，新问题变成了怎样把泥沙扩散系数εs和颗粒物理属性关联起来，这正是在以前的探究中最困难的也是被忽略了的方面。

流的高程度开发利用，带来了防洪、灌溉、供水、发电等巨大社会、经济效益，但是，天然洪水水沙过程改变了，水库淤积了，河床抬高了，河道断流了……这种现象在黄河上尤为严重。河流和人类一样是有生命的，人类对水、河流的开发利用应有一定限度，否则就会影响河流的健康，进而影响人类自己。

“维持黄河健康生命”是一种新的治河理念，其初步理论框架为：“维持黄河健康生命”是黄河治理的终极目标，“堤防不决口，河道不断流，污染不超标，河床不抬高”是体现其终极目标的四个主要标志。河流生命的核心是水，命脉是流动。河流生命的形成、发展与演变是一个自然过程，有其自身的发展规律，并对外界行为有着巨大的反作用力和规范性。初步考虑，要实现“维持黄河健康生命”的目标，黄河治理应通过九条途径，即：减少入黄泥沙的措施建设；流域及相关地区水资源利用的有效管理；增加黄河水资源量的外流域调水方案研究；黄河水沙调控体系建设；制定黄河下游河道科学合理的治理方略；使下游河道主槽不萎缩的水量及其过程塑造；满足降低污径比使水质不超标的水量补充要求；治理黄河河口，以尽量减少其对下游河道的反馈影响；黄河三角洲生态系统的良性维持。

对于黄河下游的洪水泥沙管理来讲，维持黄河健康生命的内涵具体可描述为：利用中游水库群的水沙联合调度塑造协调的水沙关系，恢复、维持下游主槽过流能力；利用人工、自然的措施逐步缓解“二级悬河”严峻形势，调整滩槽洪水期分流比，减少“横河、斜河、滚河、顺堤行洪”几率，确保黄河安澜；将具有典型滞洪沉沙功能的黄河下游滩区纳入蓄滞洪区管理，滩区享受国家蓄滞洪区补偿政策，从政策面上构筑人、河、沙和谐的管理环境，以使洪水泥沙管理能够实施和延续。

一、黄河中、下游洪水控制现状

目前，黄河下游防洪的关键性控制工程小浪底水利枢纽工程已经建成，并于2001年投入运用。除了正在规划阶段的中游碛口、古贤和沁河河口村水库外，黄河中下游的防洪体系已基本建立，以万家寨、三门峡、小浪底、陆浑、故县五座水库为主形成了水库联合调度体系。1998年以来，国家又加大了对黄河下游治理的投入力度，开展了下游堤防加高加固，险点处理，险工加高改建和河道整治工程建设，形成了河道工程体系，以东平湖、北金堤、南北展等蓄滞洪区形成了蓄滞洪体系。水文、通讯、组织指挥、抢险救灾等防洪非工程措施也在近些年得到了发展和提高，整体上使黄河下游防洪形势明显改观。上述工程体系“上拦下排，两岸分滞”和非工程措施构成了当前黄河下游总的洪水控制现状。

具体表现为：一是小浪底水库和三门峡、故县、陆浑等水库联合调度，调蓄洪水，显著削减了黄河下游稀遇洪水，使花园口断面百年一遇洪峰流量由29200立方米每秒削减到15700立方米每秒，千年一遇洪峰流量由42100立方米每秒削减到22600立方米每秒，接近花园口设防流量22000立方米每秒。“上大洪水”逐步得到控制，“下大洪水”和“上下较大洪水”得到一定程度控制。二是利用小浪底水库拦沙和调水调沙库容可减轻下游河道淤积76亿吨相当于20年左右的淤积量。三是堤防已经满足2000年水平设计水位的高度要求，抗洪能力得到加强，同时高村以下河势也得到初步控制。

一、会议概况

在中国国家自然科学基金委员会和美国国家科学基金委员会的资助下，国际泥沙研究培训中心秘书长胡春宏、副秘书长王兆印率团参加了2002年7月21–8月2日在美国举行第二届中美泥沙学术讨论会，我国水利部和国家自然科学基金委联合支持的重大课题《江河泥沙灾害形成机理及防治研究》项目组骨干成员及相关知名专家25人赴美参加交流会，其中水利部所属成员有胡春宏、王兆印、刘成（国际泥沙研究与培训中心）、杨小庆（水科院）、张俊华（黄委）5人。有50名美国和6名比利时代表参加了会议。会后，代表们实地考察了美国Sheboygan河生态修复项目、Peoria湖保护工程、伊利诺伊河、周文德水力实验室、胡佛水坝、科罗拉多河等水利、环境工程。

二、主要内容

1、学术讨论会

7月22日–24日进行了学术讨论会，主题为输沙和环境影响。中心议题为：流域泥沙、侵蚀与环境影响、泥沙物理模型与数学模型、湖泊与水库泥沙、河流水力学与输沙、湿地开发、粘性泥沙输沙及污染物吸附、环境修复。

7月22日上午举行开幕式，首先全体与会者起立，为原美方组委会主席颜本奇（BenChieYen）教授、博士默哀三分钟，他曾为促进中美学术交流、发起并促成第一届和本届中美泥沙学术讨论会做出了巨大贡献。然后由美方组织单位Marquette大学工程学院院长DouglasM.Green(douglas.green@marquette.edu)致欢迎词，中美双方组委会主席王兆印、CharlesS.Melching(charles.melching@marquette.edu)分别致开幕词。上午还由美国地调局地表水办公室JohnGray(jrgray@usgs.gov)介绍了中美泥沙合作的报告“美国地调局输沙研究及与中国的合作”，美国伊利诺伊大学MarceloGarcia博士做了主题报告“河流整体的自然化”，我国北京大学倪晋仁做了主题报告“分洪区点面综合信息损失评估”。

流的高程度开发利用，带来了防洪、灌溉、供水、发电等巨大社会、经济效益，但是，天然洪水水沙过程改变了，水库淤积了，河床抬高了，河道断流了……这种现象在黄河上尤为严重。河流和人类一样是有生命的，人类对水、河流的开发利用应有一定限度，否则就会影响河流的健康，进而影响人类自己。

“维持黄河健康生命”是一种新的治河理念，其初步理论框架为：“维持黄河健康生命”是黄河治理的终极目标，“堤防不决口，河道不断流，污染不超标，河床不抬高”是体现其终极目标的四个主要标志。河流生命的核心是水，命脉是流动。河流生命的形成、发展与演变是一个自然过程，有其自身的发展规律，并对外界行为有着巨大的反作用力和规范性。初步考虑，要实现“维持黄河健康生命”的目标，黄河治理应通过九条途径，即：减少入黄泥沙的措施建设；流域及相关地区水资源利用的有效管理；增加黄河水资源量的外流域调水方案研究；黄河水沙调控体系建设；制定黄河下游河道科学合理的治理方略；使下游河道主槽不萎缩的水量及其过程塑造；满足降低污径比使水质不超标的水量补充要求；治理黄河河口，以尽量减少其对下游河道的反馈影响；黄河三角洲生态系统的良性维持。

对于黄河下游的洪水泥沙管理来讲，维持黄河健康生命的内涵具体可描述为：利用中游水库群的水沙联合调度塑造协调的水沙关系，恢复、维持下游主槽过流能力；利用人工、自然的措施逐步缓解“二级悬河”严峻形势，调整滩槽洪水期分流比，减少“横河、斜河、滚河、顺堤行洪”几率，确保黄河安澜；将具有典型滞洪沉沙功能的黄河下游滩区纳入蓄滞洪区管理，滩区享受国家蓄滞洪区补偿政策，从政策面上构筑人、河、沙和谐的管理环境，以使洪水泥沙管理能够实施和延续。

一、黄河中、下游洪水控制现状

目前，黄河下游防洪的关键性控制工程小浪底水利枢纽工程已经建成，并于2001年投入运用。除了正在规划阶段的中游碛口、古贤和沁河河口村水库外，黄河中下游的防洪体系已基本建立，以万家寨、三门峡、小浪底、陆浑、故县五座水库为主形成了水库联合调度体系。1998年以来，国家又加大了对黄河下游治理的投入力度，开展了下游堤防加高加固，险点处理，险工加高改建和河道整治工程建设，形成了河道工程体系，以东平湖、北金堤、南北展等蓄滞洪区形成了蓄滞洪体系。水文、通讯、组织指挥、抢险救灾等防洪非工程措施也在近些年得到了发展和提高，整体上使黄河下游防洪形势明显改观。上述工程体系“上拦下排，两岸分滞”和非工程措施构成了当前黄河下游总的洪水控制现状。

具体表现为：一是小浪底水库和三门峡、故县、陆浑等水库联合调度，调蓄洪水，显著削减了黄河下游稀遇洪水，使花园口断面百年一遇洪峰流量由29200立方米每秒削减到15700立方米每秒，千年一遇洪峰流量由42100立方米每秒削减到22600立方米每秒，接近花园口设防流量22000立方米每秒。“上大洪水”逐步得到控制，“下大洪水”和“上下较大洪水”得到一定程度控制。二是利用小浪底水库拦沙和调水调沙库容可减轻下游河道淤积76亿吨相当于20年左右的淤积量。三是堤防已经满足2000年水平设计水位的高度要求，抗洪能力得到加强，同时高村以下河势也得到初步控制。

摘要：黄河下游引水灌溉的问题一直是人们关注的焦点，面对泥沙的治理问题，必须有所行动，以利于人的生活。现就相关研究进行简单阐述。

关键词：泥沙；灌溉；防治

黄河下游引黄灌区灌溉事业自50年代初期以来经过40余年的发展，已成为我国最大的连片自流灌区。到90年代初，黄河下游豫、鲁两省共建成万亩以上引黄灌区96处，设计灌溉面积305万hm2，总引水能力3363m3/s。据统计，1958-1990年29年间（1962~1965年停灌），黄河下游引黄灌区共引黄河水2333亿m3，平均年引水80.4亿m3。黄河为举世闻名的多泥沙河流（各月平均含沙量见附表），引水必引沙，据系统计算，29年间共引沙38.65亿t，平均年引沙1.33亿t，约占同期黄河来沙量（花园口站）的11.6%。

黄河泥沙的引进不进加大了灌区运行费用，而且治理不好还会引发灌区土壤沙化、排水河道淤积、土地盐碱化等一系列环境问题，影响灌区的持续发展。泥沙问题是黄河下游引黄灌区存在的主要问题之一。

一、泥沙防治利用的主要途径

（一）引水防沙

1灌区简介

人民胜利渠是新中国引黄灌溉第一渠。灌区位于河南省北部，总面积1183km2。主要浇灌新、焦两市的8县（市、区）45个乡（镇）的土地，并承担新乡市城市用水的任务。设计灌溉面积88.6万亩，实灌面积60万亩。设计引水流量60m3/s。

灌区有渠灌、排水、沉沙、井灌四套工程系统。1987年以前有沉沙池，自流沉沙，目前，已被迫浑水灌溉。开灌以来，人民胜利渠从黄河引水294.95亿m3，引沙43451.63万t,年均引沙量924.50万t,平均含沙量14.73kg/m3。其中农业灌溉引水年平均引沙量539万t。

人民胜利渠40余年来，灌区泥沙淤积分布，主要分三个时段：第一时段：由开灌初的1952年～1981年，整个时段沉沙池以处理泥沙为主要措施。第二时段由1981年～1986年，这一阶段沉沙池是二次复淤，与第一阶段相比拦沙率下降，处理泥沙主要是利用沉沙池和输沙至田并举。第三阶段：由1986年以来，原来的沉沙池都已还耕停用，不能集中处理泥沙。所以，这一阶段引进的泥沙主要淤积在渠道内和田间，其中灌溉渠道内约50％，田间约34％。

2灌区泥沙处理措施

人民胜利渠开灌以来，根据泥沙的处理方式不同大体上可分为两个阶段。

摘要摘要：为探究三峡工程变动回水区的泥沙淤积.建造了长达800m的全沙试验模型.模型范围包括长江和嘉陵江约200km的天然河段.进行了清水、浑水验证以及蓄水位高程为175、180和156m的长系列模型试验.明确了各蓄水位方案下变动回水区河段的冲淤规律、泥沙淤积对该区航道和沿江港口的影响.为三峡工程的技术验证提供了科学依据。

摘要：变动回水区全沙模型泥沙淤积冲淤平衡

1引言

长江三峡工程于1994年正式动工兴建。在此之前.对工程可行性进行过全面深入的论证。在论证工作中.直接影响可行性的一个关键新问题，是变动回水区的泥沙淤积及其对该区航运的影响。由于这个原因，对变动回水区的泥沙淤积进行了大量的模型试验和一、二维数学模型计算工作。由于新问题的复杂性和重要性.需要建立一个变动回水区的长泥沙模型.以期对整个变动回水区的泥沙淤积及其对航运的影响作出全面深入的探究。变动回水区内上、下游河段之间有着内在的联系。下游河段的淤积将影响其上游河段的水位.从而影响上游河段的淤积量；而上游河段的淤积又将影响进入其下游河段的泥沙数量，从而影响其下游河段的淤积量。当进行河道整治试验探究时.这种上、下游之间的相互影响将更为强烈。进行变动回水区全河段长模型试验.就可较好地探究并解决这个新问题。长模型的进口可置于变动回水区之上，不受囤水影响.其来沙量和天然情况下相同。模型的出口可做到变动回水区以下.位于常年水位之中。在常年回水区中，由于水面比降小.对河床糙率不敏感，因而，可由数学模型提供准确的模型出口水位。

由于泥沙运动的复杂性，在整个变动回水区长泥沙模型中准确地复演泥沙运动及冲淤变化是很困难的。我国于70年代围绕着长江葛洲坝工程泥沙的探究，开展了大规模的泥沙模型试验工作，使泥沙模型得到了迅速发展和完善。并能在一个模型中，同时复演悬沙和底沙（包括卵石在内）的运动，从而把握了进行全沙模型的试验技术。然而，葛洲坝的泥沙模型（包括全沙模蟹）仅限于复演较短的局部河段中的泥沙运动和冲淤变化。故对于进行整个变动回水区的长河段泥沙模型试验是否可行，必然有不少疑虑。进行长河段泥沙模型在技术上的主要困难是对模型的相似条件要求非常严格。只有各种相似条件能相应得到满足时，才有可能达到全河段各个部位的冲淤相似。因此，需要进一步提高泥沙模型试验和操作技术，以便更好地探究三峡工程变动回水区全河段的泥沙淤积情况及对该区航运的影响。

模型范围上起江津四周的青草背（航行里程①725km），下至涪陵四周的剪刀峡（航行里程550km），并包括嘉陵江18km（见图1）。自1985年按受三峡工程变动回水区全河段泥沙模型试验任务以来，完成了近800m长的模型制做、水流和泥沙冲淤验证、三峡大坝蓄水175m方案80年长系列淤积试验、水库运行100年后重庆洪水位抬高新问题、蓄水180m方案80年长系列淤积试验以及175m水位方案中前期按156m水位运行30年等试验工作，为长江三峡工程的技术论证工作提供了可靠的科学依据。

1前言

随着引黄灌溉事业的发展，泥沙问题日益突出。引黄泥沙的处理不但影响沿黄两岸地区的工农业效益，还将造成土地沙化，成为影响环境的公害。

渠网水沙调度的目的是通过不同的泥沙处理和灌区布置方式，进行泥沙远距离输送，使进入渠道的泥沙得到合理的安排。这也正是引黄灌溉泥沙安排的战略方向。

2渠网水沙调度模型的计算方法

黄河下游引黄灌区灌溉渠道的分布均可概化成干、支、斗、农、田的结构形式，即水流自上而下逐级分流直至田间。干渠的水沙运动可用灌渠水流泥沙数学模型来计算(详见文献[1])。如果将支渠看成是干渠、斗渠看成是支渠，则支渠的冲淤计算也与干渠一样，而斗渠和农渠又可看成是支渠与斗渠的模式，这样整个灌区的干、支、斗、农渠直至田间的水沙运动过程都可求出，因此以灌渠水流泥沙数学模型为基础，考虑不同灌溉渠道中引水、灌溉形式等，即可建立用于泥沙调度的渠网水沙调度模型。

由于一个灌区的支、斗、农渠很多，如果通过对每条渠道的计算来求全灌区的淤积及分布则十分繁杂。因此在渠网水沙调度模型中，根据具体情况进行了简化。首先把灌区内自流灌区与提水灌区分开；然后根据平面位置、地形情况、种植作物异同等分成几片(可包括几个支渠灌溉系)；再分别找出有代表性的典型支渠灌溉系，进行支、斗、农至田间的泥沙淤积及分布计算；最后用各代表支渠系统的计算结果，推算出各片的泥沙淤积分布情况，即可计算出整个灌区(包括自流灌区和提水灌区)的泥沙淤积分布。下面详细介绍各级渠道的水沙计算方法。