文档介绍：泥沙研究
年月第期
河流泥沙研究进展
王光谦
清华大学水沙科学与水利水电工程国家重点实验室北京
摘要泥沙研究主要是认识水流中的泥沙运动规律河床演变规律进而解决水利工程中的泥沙问题泥沙学
科体系始建于世纪侧重河流泥沙研究河流泥沙运动力学基本理论包括泥沙的沉降特性泥沙的起动
特性悬移质运动规律推移质运动规律水流挟沙力非平衡输沙泥沙运动统计理论异重流运动理论波流
作用下的泥沙运动理论等在长期的治河实践中我国的泥沙科学发展迅速主要进展包括泥沙运动力学基
本理论高含沙水流的运动机理与理论河流模拟的理论与技术水库泥沙的对策与管理河道演变规律的认
识及治河工程技术等本文对河流泥沙研究的主要进展进行简要综述
关键词河流泥沙研究进展
中图分类号文献标识码文章编号
河流泥沙学科是一门综合性的基础技术科学研究泥沙在流体中的冲刷悬浮输移和沉积规律是
水利学科的理论基础之一河流泥沙研究则将挟沙水流自然现象和生产应用中的各种泥沙运动作为研
究对象包括了泥沙运动力学河床演变与整治工程泥沙航道与港口治理水土流失与治理等多方面
的内容涉及水文学水力学地理学以及环境与生态学沉积学等多个学科在细观尺度上研究泥沙
颗粒在流体作用下起动翻滚跳跃悬浮输移和沉降等过程在宏观尺度上则研究泥沙运动所导致的
地貌发育和环境演变在更大的时空尺度上还研究泥沙运动导致的固体物质从山区搬向平原和海洋
形成冲积平原和三角洲以及在海洋环境中沉积等过程钱宁作为河流泥沙学科研究的应用方
面目前主要面向水利工程中的泥沙问题今后对生态环境等方面的影响将不断加大
河流泥沙的研究历程
河流泥沙研究的历史可以追溯到公元前年的战国末期当时李冰父子在修建都江堰工程时巧
妙地利用了水流泥沙运动规律工程布局完全符合现代泥沙运动力学原理使都江堰工程至今已经成功
运行年尽管国内外河道治理不乏成功的例子但是泥沙学科体系的建立还是世纪的事情
早在世纪末期法国的第一次提出推移质运动的拖曳力理论在世纪
初通过水槽试验研究推移质泥沙的运动规律最早建立了推移质运动的模式和计算公式
等在世纪年代初类比分子扩散理论导出了著名的悬移质泥沙浓度分布公式至今还在广泛
应用
一门学科通常都是在长期实践基础上由科学家不断提炼和升华而建立的泥沙学科也不例外在
欧美等奠定了泥沙学科的基石泥沙运动既是确定的也是随机的
首创用统计方法研究悬移质输沙率和推移质输沙率导出泥沙挟沙力的计算公式特别突出的
是能进行非均匀输沙的计算此外还定义了冲泻质和床沙质的概念提出了冲积河流阻力划
收稿日期
作者简介王光谦男教授主要从事水力学与河流动力学研究
分与计算方法注重泥沙运动的物理本质用基本物理概念和物理过程描述方法来研究泥沙运
动规律所建立的推移质输沙率悬移质输沙率计算公式物理概念明确理论分析合理具有较好的计
算精度特别是关于颗粒作用的同心圆筒试验研究揭示了随着颗粒浓度的增加逐步从粘性作用转向
惯性碰撞作用的机理深刻地揭示了颗粒作用的实质这一试验成果不仅对泥沙研究起到了重要的
推进作用而且也是年代兴起的快速颗粒流研究的基础提出的颗粒的惯性力与粘性力之
比被称之为拜格诺数基本上遵循和的概
念和体系结合经验总结进行了深入研究
在我国张瑞瑾沙玉清钱宁等老一代科学家为泥沙学科的发展奠定了基础
随着年代以来大江大河治理的推动逐步发展与完善了泥沙学科体系在理论研究上取得了的成果在应用上成功地解决了许多重大工程泥沙问题如长江葛洲坝工程三峡工程和黄河小
浪底工程中的泥沙问题
我国河流泥沙研究的成就
我国河流众多其中流域面积以上的河流达万多条流域面积以上的有多
条这些河流具有两个突出特点一是水资源时空分布极不均匀二是挟带大量泥沙特别是北方河流
由于水土流失严重大量的泥沙被挟带到河流中形成多沙河流其中尤以黄河闻名于世界泥沙造成
河道和水库的累积淤积不仅给水利水电工程建设带来了许多问题也给河道防洪沿岸工农业发展和
人民生活带来了严重的影响因此泥沙问题的研究具有重要意义胡春宏随着大江大河治理的
推动泥沙学科在我国蓬勃发展取得了巨大成就既建立了泥沙学科的理论体系还应用泥沙运动基本
理论解决我国重大水利水电工程和河道海岸治理工程的关键技术问题主要进展包括泥沙运动力学
基本理论高含沙水流的运动机理与理论河流模拟的理论与技术水库泥沙的对策与管理河道演变规
律的认识及治河工程技术等
河流泥沙运动力学基本理论
泥沙的沉降特性
泥沙在水体中的沉降速度是研究挟沙水流运动特性的基础基于关于圆球颗粒在无限水体
中运动的水流阻力公式张瑞瑾窦国仁冈恰洛夫沙玉清等学者对泥沙沉降规律都进行过深入的研
究张瑞瑾窦国仁采用阻力叠加原则导