2河流的泥沙运动

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1、河流的泥沙运动主讲：王志国泥沙的运动形式河流动力学通常我们把在床面附近随着水流以滑动、滚动或跳跃的形式运动着的泥沙叫做推移质泥沙，简称推移质把悬浮在水流中，基本上与水流以相同速度做悬移运动的泥沙，称为悬移质泥沙，简称悬移质在运动的河流泥沙中，推移质的数量一般都比悬移质来得少，特别是平原地区的大中河流，推移质输沙率在总输沙率中所占比重更小河流动力学河流泥沙还有两种特殊的运动方式，即高含沙水流运动和异重流运动所谓高含沙水流，是指水流挟带的泥沙颗粒非常多，含沙量很大，以至于该挟沙水流在物理特性、运动特性和输沙特性等方面基本上不再像一般挟沙水流那样用牛顿流体进行描述高含沙水流实际上已经不是普通意义的固

2、液两相流，其中运动的泥沙甚至也不能按照悬移质和推移质划分。泥沙颗粒之间、泥沙颗粒与水流之间已经产生了足够的相互作用，使泥沙的运动不再仅仅是水流与泥沙颗粒之间的相互作用，而更多地呈现出“群体“的特征。有些情况可以被称为“层移质”，有些情况干脆与水流一起．被叫做“伪一相流”河流动力学异重流异重流运动是指这样一种运动，两种或两种以上的流体相互接触，而流体间有一定的但是较小的重度差异，如果其中一种流体沿着交界面的方向流动，在流动过程中不与其它流体发生全局性的掺混现象的运动异重流是一种常见的自然现象大气中飘动的云雾，沙尘暴的运动等，都是异重流的实例。在水库中，汛期浑水入库以后，在某处潜入水底，潜行数十千

3、米甚至上百千米到达坝前从泄水孔排出，而表层库水却清澈晶莹等等由于异重流的重度差很小，异重流中运动的泥沙所受到的重力作用远小于一般挟沙水流中的泥沙，因此泥沙的悬浮机理不同于一般挟沙水流中泥沙颗粒的悬浮；惯性作用相对地显得十分突出，从而使得异重流具有轻易翻越障碍以及较强的爬高的能力河流动力学由于推移运动与悬移运动的外在特征差异较大，为方便起见，将河流泥沙的推移运动与悬移运动分开来阐述泥沙的推移运动，主要包括：泥沙的起动，沙波运动，推移质输沙率，动床阻力悬移质运动，包括悬移质运动的基本概念、水流挟沙力、悬移质含沙量沿垂线的分布等河流动力学泥沙的起动河流动力学设想在具有一定泥沙组成的床面上，使水流的速

4、度由小到大逐渐增加，直到使床面泥沙(简称床沙)由静止转入运动，这种现象称为泥沙的起动泥沙颗粒由静止状态变为运动状态的临界水流条件称为泥沙的起动条件常见的表达方式有两种当用平均流速来表示时，称为起动流速；当用水流剪切力来表示时，称为起动剪切力或起动拖曳力河流动力学泥沙的起动条件是泥沙的基本水力特性之一，同时，它又是河床冲刷的临界条件泥沙的起动是一个非常复杂的问题，不仅决定于水流对泥沙的作用力，也与泥沙颗粒本身的性质和床面组成的均匀程度密切相关河流动力学散粒体均匀泥沙的起动流速大量的研究表明，促使水平河床上的散粒体粗颗粒泥沙运动的力主要是水平方向上水流的推移力和垂直方向上水流的上举力，而抗拒运动的

5、力主要是泥沙颗粒的有效重力推移力和上举力产生的解释是：当水流流经泥沙颗粒时，在颗粒迎水面流速成小，压力增大，而在颗粒背后水流离解，形成漩涡，产生负压，两者合起来构成水平方向上的推移力FD；同时，由于流速分布不均匀，颗粒上、下的绕流不对称，颗粒下方流速小、压力大，颗粒上方流速大、压力小．两者合起来构成了垂直方向上的上举力FL河流动力学河流动力学河流动力学河流动力学河流动力学河流动力学从上述公式可知，对于散粒体泥沙而言，粒径越粗越难起动，但实际现观测表明，对于粒径较细的散粒体泥沙，这一规律却并不适用，即当粒径小于一定数值时，细颗粒泥沙也难以起动。对于这一现象的解释，目前还存在不同看法。一部分研究者

6、认为，在床面附近存在着一层很薄的边界层流层．当泥沙颗粒很细时，颗粒有可能部分甚至全部淹没在边界层流层内，从而使得泥沙颗粒受到达界层流层的隐蔽作用，使起动变得因难。根据这一设想，可以推得另一种类型的起动公式，即起动拖曳力公式。河流动力学散粒体均匀泥沙的起动拖曳力如果确定垂线平均流速时采用如下的对数流速分布公式河流动力学散粒体及粘性泥沙的统一起动流速公式河流动力学河流动力学河流动力学从与实测资料的符合情况看，对于比较细的泥沙颗粒，各式都比较接近。对于粗颗粒，各式存在着一定差异：沙玉清的公式偏上，窦国仁的公式偏下，张瑞瑾、唐存本的公式介于两者之间。显然，尽管各个公式中粘结力的表达式有比较大的差别，即

7、起动流速公式推导出发点不同、但由于推导过程中均包含了两个以上的待定系数，只要选择比较可靠的实测资料．就可以便公式的系数比较恰当地确定，从而使计算结果比较符合实际情况河流动力学有关问题的讨论泥沙起动临界状态的判别实际上随着水流的加强，推移质泥沙运动大致包括下列四种情形：无泥沙运动，全部床沙处于静止状态轻微的泥沙运动：有屈指可数的泥沙在推移运动中等强度的泥沙运动，推移质泥沙运动已达到无法计数的程度普遍