工程中用S表示,单位为千克/米3或克/厘米3。此外还可采用体积比含沙量(SV)定义为单位体积的浑水中挟带干泥沙的所占体积;重量比含沙量(Sw)为单位浑水重量中泥沙所占重量比值。
含沙量
单位体积浑水中所含泥沙的体积或质量。又称水流含沙浓度。
- 英文名称
- concentration of suspend sediment
- 又称
- 水流含沙浓度
- 所属学科
- 水利工程
中国的河流含沙量相差悬殊,黄河及其部分支流是含沙量比较大的河流,多年平均含沙量在100千克/米3以上;海河、滦河、辽河次之,年均含沙量10~100千克/米3;长江流域、珠江及东北地区河流的年均含沙量一般小于5千克/米3。一年中最大含沙量出现在汛期,最小含沙量在枯水期。在一次洪水过程中,最大含沙量称沙峰。沙峰不一定与洪峰同时出现,一年中首场大洪水的沙峰常比洪峰出现早,以后则可能同时出现,也可能沙峰滞后于洪峰。
含沙量沿水深分布一般不均匀,通常在水面处最小,河底处最大。悬移质中粗粒泥沙含量近河底很大,自河底向上则急剧减小。较细的颗粒,如粉砂和黏土,沿水深的分布则较均匀。含沙量沿水深基本呈某种指数曲线分布,指数值与泥沙颗粒的大小和水流条件有关。由于水体内各种紊流的影响,最大的含沙量也可能不出现在靠近河底,而是在河底以上的某一位置。
含沙量在河流横断面上的分布随断面上水流情况不同而异。如水流在断面上的分布比较均匀,含沙量的横向分布较均匀。如水流情况较复杂,则含沙量的横向分布往往很不均匀。含沙量沿河长的分布,一般从上游向下游递减。但也取决于流域产沙特性、河道特性和支流汇入等因素的影响程度。黄河中游流经黄土高原,沿途有高含沙量的支流汇入,因而含沙量反而沿程增加,下游河床开阔,大量泥沙落淤,含沙量才趋向减小。
在中国分布广泛,黄河及其一些支流就是典型的高含沙河流。这些河流都具有较高的含沙量,尤其在洪水期间水流含沙量更高。在黄河一些支流上的年均含沙量高达500千克/米3,而有记录的实测含沙量甚至达到1500~1600千克/米3。高含沙水流一般是水流挟带的泥沙颗粒非常多,细(黏)性颗粒泥沙(d<0.01毫米)的泥沙较多,含沙量很大,含沙量达到每立方米数百千克,甚至上千千克。高含沙水流的物理特性、泥沙运动规律、输送特性及河床演变等方面与低含沙水流不同。
河流含沙量主要与气候、流域地貌、流域下垫面及人类活动等因素有关。气候条件主要是指降雨特性,如降雨强度、历时;流域地貌因素有土质、地形地势;流域下垫面条件主要是流域植被条件;人类活动影响因素包括流域内的水土保持、生产、经济活动,河流开发与整治引起的水流条件变化。
水体含沙量大小对挟沙水流运动特性、输沙特性、河床演变规律都会产生直接影响。河流含沙量大可能淤塞河道和湖泊(水库),引发水旱灾害;降低河流过流能力,影响水利工程建设和防洪、通航等综合效益。挟带细黏性泥沙时,对河流中污染物具有显著的吸附作用,从而可以出现净化水质的效应。但吸附了污染物质的泥沙淤积后一旦冲刷则为二次污染源。含沙量大小直接影响电厂引水发电及河道取水。含沙量及泥沙颗粒特性对水轮机造成磨蚀和气蚀破坏,影响到水电站的安全经济运行。
扩展阅读
- 邵学军,王兴奎.河流动力学概论.北京:清华大学出版社,2005.
- 钱宁.高含沙水流运动.北京:清华大学出版社,1989.