【正文】 5(2): 313316. [27] 曾琪 . 檳榔化學成分的研究 [D]. 長沙 : 中南林業(yè)科技大學碩士學位論文 , 2021. [28] 劉立云 , 李艷 , 唐龍祥 , 等 . 椰肉氨基酸測定與營養(yǎng)評價 [J]. 熱帶作物學報 , 2021, 34(9): 18031806. 泥沙 對 河道的影響分析 作者姓名： 徐 偉 專業(yè)名稱： 水利水電工程 指導(dǎo)教師： 李 源 講師 成都理工大學工程技術(shù)學院 學位論文誠信承諾書 本人慎重承諾和聲明： 《學位論文作假行為處理辦法》（中華人民共和國教育部第 34 號令）、《成都理工大學工程技術(shù)學院學位論文作假行為處理實施細則（試行）》（成理工教發(fā)〔 2021〕 30 號）文件并已知曉教育部、學院對論文作假行為處理的有關(guān)規(guī)定，知曉論文作假可能導(dǎo)致作假者被取消學位申請資格、注銷學位證書、開除學籍甚至被追究法律責任等后果。 （題目： 泥沙淤積對河道影），是在指導(dǎo)教師指導(dǎo)下獨立完成，本人對該論文的真實性、原創(chuàng)性負責。 承諾人（學生簽名）：徐偉 2021 年 1 月 23 日 注：學位論文指 向我校申請學士學位所提交的本科學生畢業(yè)實習報告、畢業(yè)論文和畢業(yè)設(shè)計報告。當水流的重力勢能轉(zhuǎn)化為動能時，在泥沙的某些特性及相對速度的作用下，必然會對河道產(chǎn)生一定的影響，其中包括生物的多樣性、坡岸的穩(wěn)定性和河床的沖刷淤積問題產(chǎn)生一定的影響。我國水資源豐富，水能蘊藏量為 億 kW，正常年徑流量大 27115 億 m3。根據(jù) 20 世紀 80 年代初期統(tǒng)計，我國水土流失面積為 120 余萬 km2，占全國國土面積 960 萬 km2的 %，其中七大江河（即長江、黃河、淮河、海河、遼河、松花江、珠江）水土流失面積最大，占總流失面積的 %。特別是黃河中游的黃土高原溝壑丘陵區(qū)，平均每年溝蝕和侵蝕模數(shù)可達 10000/（ km2長江宜昌站平均年輸沙量為 億噸，因此長江是僅次于黃河河流輸沙量而居我國的第二位的河流。 一 泥沙 泥沙 (知網(wǎng) ) 泥沙按粒徑大小分為塊石、卵石、礫石、砂、粉砂和黏土。細顆粒通常存在于河口中上游，瀉湖和沿海港灣。細顆粒懸浮泥沙在河口環(huán)境中起著重要作用。在河口，作用于細粒物料的運輸機制（沉降和沖刷滯后）傾向于集中和沉積在該地區(qū)的內(nèi)部庇護部位的細粒物質(zhì)。細粒沉積物的特點是緩慢的沉降速度。細顆粒泥沙的粘性特性使它們粘在一起，絮體較大的聚集體或絮體沉降速度比單個粒子高得多。破壞絮凝體的形成關(guān)鍵在于懸浮泥沙量以及流動的湍流特性。盡管有排斥力，在鹽水中還是會絮凝形成大的聚集體或絮體顆粒。絮凝受濃度的影響，因為在水中更多顆粒會增加接觸。 流域 內(nèi)產(chǎn)生泥沙的多少，速度等特性實際上是依靠流域抗侵蝕性和侵蝕動力這對矛盾體之間的對比關(guān)系。即使對同一區(qū)域，侵蝕動力，流域下墊面的特性也并不是一成不變的，事實上侵蝕作用本身就在不斷改變著流域植被，土壤組成，地貌特征等特性，只不過這種改變的時間尺度與侵蝕作用相比往往很大而已。 風力侵蝕是地表土壤被風 力破壞，搬運和沉積的現(xiàn)象。風力侵蝕包括吹蝕，磨蝕和吹移幾個過程。磨蝕是指風沙流接近地表遷移時沙粒對地表物質(zhì)的沖擊與摩擦作用。吹移是指強大的風沙流呈舌狀前進，即活動沙丘移動。具體而言，吹移又有以下形式：懸移 顆粒半徑小于 沙，粘粒被卷揚至高空，隨風飄行；躍移 顆粒半徑 ~，受到風力沖擊脫離地表后，又重返地面；蠕移 顆粒半徑 ~粒不易被風吹離地表沿著地表滾滑?？v然如此，風力侵蝕產(chǎn)生的泥沙可能暫時儲存在流域中，而后被別的動力因素例如水流等輸移至河道中，間接影響流域產(chǎn)沙量。當土石介質(zhì)松散或者地表易滑，臨空面陡，地面缺乏植被時，一旦受到地震，降水，地表徑流及地下水，波浪，冰川，人工采掘和爆破等任何一種營力作用時，便會激發(fā)重力侵蝕?；率切逼律系耐馏w在重力作用下，塊體沿弱結(jié)構(gòu)面整體下滑的現(xiàn)象。陡坡上的土石體經(jīng)過物理與化學風化作用形成碎屑，在自身重力作用下沿坡面滾下堆積在半坡的現(xiàn)象稱為瀉溜。 從產(chǎn)生泥沙的角度，重力侵蝕如崩坍，滑坡往往并不能直接產(chǎn)生泥沙，而且侵蝕物質(zhì)轉(zhuǎn)化為泥沙的速度比較慢。但是，重力侵蝕使大量的土體，巖塊成為分離的碎屑堆積物，常常成為水力搬運的對象。 3水力侵蝕 水力侵蝕是在降水，降雨形成的地表徑流作用下，土體被分離，輸移和沉積的過程。常見的水蝕形式有面蝕和溝蝕兩種。河流的功能是多方面的，傳統(tǒng)的功能可以用“除害”和“興利”兩大內(nèi)容概括：興利是以水資源的利用和開發(fā)為主要內(nèi)容，如農(nóng)業(yè)灌溉、城市用水、水利發(fā)電、航運等；除害是以防洪除澇為主要內(nèi)容，如疏通河道、修堤筑壩、挖河導(dǎo)流等。河流的生態(tài)功能指的是河流為動植物繁衍提供了棲息地、通道、屏障及食物的來源。 一級功能 二級功能 功能載體 水利功能 防洪除澇 堤防、護岸、濕地、湖泊 沼澤、閘壩等 資源功能 發(fā)電、航運、養(yǎng)殖、農(nóng)業(yè)及居民生活用水等 水庫、攔水閘、壩及其他水利設(shè)施 生態(tài)功能 棲息地、氣候調(diào)節(jié)、吸收噪音、空氣及水的凈化 水體、水面、岸邊植被等 環(huán)境功能 自凈、輸沙、景觀娛樂、場所及形象功能 河流、水體、濱水公園等 河流的演變 河流系統(tǒng)是一個包含河流水文、河床邊界、泥沙、水環(huán)境、水生態(tài)等在內(nèi)，多組織組成的復(fù)雜系統(tǒng)。水沙條件變化后，河流水文、輸沙、水力、河床形態(tài)等發(fā)生相應(yīng)的改變，從而引起河流環(huán)境的變化。自然情況下，水沙過程和河床演變表現(xiàn)出其固有的特性，它們之間維持著一種平衡，河流系統(tǒng)的各項功能，都能適應(yīng)于這種平衡。 水流、泥沙是河流系統(tǒng)的動力因素，它在輸移過程中塑造著各種河流地貌形態(tài)，并通過與河床互相作用，對河床演變起控制作用。在一般情況下，河流決定著洪水的前進方向，而洪水有時又要淤積或沖刷河床，甚至讓河流改道。正是洪水與河流的互相影響，河流生態(tài)系統(tǒng)才逐漸進化，生物才得以保持多樣性，生態(tài)環(huán)境也朝著有利人類發(fā)展生存的方向演替。 較小的洪水在干旱地區(qū)的干旱季節(jié)有著和重要的生態(tài)意義。它們重新設(shè)定了一系列河流條件，引 起了上游魚類和植物種子的遷移。 3 泥沙的運輸及模擬 三 泥沙運動對下游河道的影響 降低下游河道穩(wěn)定性 在河床上的沙質(zhì)，在水流的強度較小的時候，河床很有可能會產(chǎn)生水壟或者是沙紋。這是重新回到比較夾帶的狀況，理論上講，河床上常常會有很大的泥沙輸移的強度，一般情況下稱其為動平床。沙浪與水面波動幾乎是一模一樣 ,傳播方向也可能為逆行、順行或者是停滯不動 ,對應(yīng)的分別稱為逆行沙波、順行沙波和駐波。不同的水流會形成不一樣的沙波 ,當水流條件的被改變以后 ,床面的形態(tài)相應(yīng)變化也會改變。對懸移質(zhì)來說 ,泥沙如果存在于水中 ,會增加水的容重。在遇到彎道或者是障礙物 時 ,水流會因為慣性的作用保持著原來的方向運動 ,進而增加了對轉(zhuǎn)彎處以及兩側(cè)及凹岸的下游段的沖刷。導(dǎo)致河道中含有比原來更多的泥沙。并且 ,在平原地帶的夾沙水流在一般情況下通常會形成一個三角洲。在流路改道形成了新的流路之后 ,河道會隨著時間的增加而逐漸使淤積抬高并慢慢的延伸 ,當河槽淤積到了一定程度之后 ,會使得河床高程高出兩岸地面 ,直到最后改道為止。 對下游河道沖淤的影響 當水流輸沙能力多余河道上游來沙量 ,水流的程度不足以讓床沙所有的粒徑級泥沙起動的時候 ,床面就會因為選擇性的侵蝕而逐漸變成粗化層 ,并隨著床面推移質(zhì)的不平衡慢慢輸移 ,床沙粗化與不平衡輸沙是粗化問題相互影響的兩個方面。若是水流強度繼續(xù)擴大 ,則可讓沙粒粒徑范圍慢慢擴大 ,粗化層中又有以部分相對較細的顆粒以層移質(zhì)或者是接觸質(zhì)的形式而導(dǎo)致被沖刷下移 ,并形成一種新的級配更粗的粗化層 ,一直到出現(xiàn)極限粗化層或者是臨界粗層除險的出現(xiàn)。在非均勻沙尤其是卵石所組成的河流中 ,粗化層的現(xiàn)象是最為常見的。因為各顆泥沙所處床面的位置和所受作用的流速的隨機性 ,導(dǎo)致了泥沙的起動和輸移會帶有一定的隨機性 ,而單位床面上可動的沙粒數(shù)和輸移的泥沙數(shù)也是不一定的 ,即可動的沙粒數(shù)和輸移的顆數(shù)是一個不確定的過程 ,有些生物滅絕的過 程，優(yōu)勝劣汰。而在水體流動過程中 ,會因為流速始終達不到起動速度或在某些細顆粒泥沙會被嵌套或者是淹埋 ,導(dǎo)致河道有局部性的淤積。 對下游河道生物的影響 當河流流速降低的時候 ,河中懸移質(zhì)會逐漸減少 ,泥沙在水庫中慢慢沉積時 ,泥沙當中的有機質(zhì)也會會慢慢沉積在水庫中 ,有機質(zhì)對于下游的食物鏈來說有著相當重要的作用 ,假如失去了這些有機質(zhì)也就意味著失去了下游的河流生態(tài)。而不論是沖刷降低還是對河床造成影響河岸以及及水濱帶 ,這些都有可能是許多生物體的棲息地。并且 ,河道下切也會導(dǎo)致地下水位線發(fā)生一些變化 ,對河流廊道植物群落可能會帶來的不利的變化。在某些地方 ,若水體中含有某 些物質(zhì) ,在濃度梯度作用下泥沙會吸附污染物。同時 ,水體中的細沙則會堵塞和磨損魚的呼吸系統(tǒng) ,影響了魚類在水體中攝取氧的能力 ,進而破壞了生物之間的多樣性。泥沙細顆粒在運輸和沉積過程中沉降速度一般砂慢，因此，懸浮物的濃度不會隨水利條件的改變立刻調(diào)整。從地質(zhì)地貌學的觀點來看，流域系統(tǒng)可 以劃分為流域上部的侵蝕區(qū)、中部的泥沙運輸區(qū)和下部的泥沙沉積區(qū)。除了輸送部分沉積物進入海里外，大部分的泥沙則以邊灘或心灘的形式沉積在中下游的河湖體系當中。在這個演化的過程中，河湖系統(tǒng)的流量、地質(zhì)結(jié)構(gòu)、沉積與搬運條件及整個系統(tǒng)的地質(zhì)環(huán)境等，都是限制這一系統(tǒng)動態(tài)平衡的重要因素。例如長江流域的泥沙主要來自于上游，由于濫砍亂伐，植被被破壞，過度的開墾陡坡和荒地，森林覆蓋面積大大減少，降低了水源的涵養(yǎng)能力。如果河道的宣泄能力不能下泄來自上游的大量水沙，那么河床就會通過其他的方式來重新獲取水沙的平衡，要么大量淤積泥沙來抬高河床造成潰口讓大量的水沙分流注入低洼的地區(qū)以便形成新的湖泊來沉沙，要么通過迅速淤積抬高 河床上端調(diào)整河床的縱向比降來加大水流的攜沙能力，使河道形態(tài)與上游的水沙來量相適應(yīng)等。 對于泥沙的沖淤，主要的防治措施應(yīng)該是綜合治理，上游、中游、下游聯(lián)合整治。因此，水土保持是解決河流泥沙問題的根本措施。對于淤積，一是可以通過疏浚來處理，也可以通過適當?shù)囊?放淤等手段來將泥沙資源化，除害的同時可以興利，一舉多得。 四 泥沙運動模擬對河道影響 二 泥沙運動 （公式） 為了在建模系統(tǒng)中包括細粒物料的運輸和沉積過程，通用模型是通過水流量對對流擴散方程的描述的整合。如在 MIKE 21 模型中，細顆粒（泥）的運輸已被列入泥漿輸送模塊與水動力模塊和對流擴散模塊，如圖 所示 圖 MIKE 21 數(shù)據(jù)流和物理過程 泥漿運輸模塊中包含的進程盡可能保持通用 該模塊包括以下幾個過程 *多泥的分數(shù) *多床層 *波流相互作用 *絮凝 *受阻沉降 *一粒砂率 *滑動 *加固層 *簡單的形態(tài)學運算 上述的可能性覆蓋大多數(shù)的二維建模情況下。 對流擴散模塊 輸沙公式是建立在 邁克 21 對流擴散模塊，解決所謂的對流擴散方程 ShCQychDyhxchDxhycvxcutc LLyx ?????????? ??????????? ????????????? 111 公式中符號的意義 。在對流擴散方程使用一個明確的，三階解決有限差分格式。該方案已在處理各種論文描述建模，環(huán)境建模，涉及其他問題對流擴散方程它擁有比其他幾個方案具有明顯的優(yōu)勢，特別是它避免了相關(guān)的“晃動”，穩(wěn)定性問題與平流項中央分化 ,同時它大大降低了數(shù)值阻尼，這是這方案的特性向上纏繞方法，該方案它取消了截斷誤差項由于時間差異達一個一定的順序，在最快的情況下，通過使用基本方程本身解決問題，侵蝕和沉積方程解很簡單而且不需要特殊的數(shù)值方法。通常泥沙沉降速度隨著泥沙濃度（絮凝）的增加而增加，其沉降速度隨濃度增減少而降低。繼 Rijn（ 1989）咸水中的沉降速度（ 5 個百分點）即可通過沉降速度公式表示： ?kcws ? 其中 c? 10kg/m3 ws 絮體沉降速度 (米 /秒 ) c 質(zhì)量濃度 K,? 為系數(shù) ? 取 1 到 2 之間 泥沙濃度分布 泥沙濃度分布有兩個表達式可以應(yīng)用，其中是基于一個近似解得到的垂直表達式，沉積過程中沉積通量或表達式假定上下沉積物通量之間的平