河流中泥沙顆粒在水流作用下的沖刷、搬運和堆積過程。河流動力學的主要研究對象之一。
基本介紹
- 中文名：泥沙輸運
- 外文名：sediment transport
成因,原理,動力,運動速度,水流挾沙能力,
成因
河流泥沙是指水流中攜帶或淤積下來的岩土顆粒。流域侵蝕是產生河流泥沙的主要原因，基岩在機械分離和化學分解作用下風化成粗細不同的顆粒，並在水流作用下匯集到河流中，一部分被送入海洋，一部分在河谷內沿程落淤形成沖積層，河流就在它自己造成的沖積層上流動並不斷塑造河床。泥沙具有各種物理化學特性，如沙粒的大小、形狀、單位體積重量、礦物成分、沉速；泥沙混合物的粒徑分布、孔隙率、乾密度、休止角；細顆粒泥沙的黏結性、絮凝現象等。這些性質對於泥沙的運動有重要的影響。
原理
動力
泥沙運動的動力是水流。天然河流都是紊流，存在著許多尺度不同的渦體，以不同的速度和旋轉方向運動，構成特有的流速場和切力場。水流流經河床時，床面上的泥沙顆粒受到水流拖曳力和上舉力的作用，當這些力的作用等於或略大於泥沙顆粒抗拒運動的力(重力、黏滯力)的作用時，泥沙顆粒將從靜止狀態轉入運動。泥沙的運動形式與水流強弱、顆粒大小、形狀及在床面的相對位置有關。對於一定的床沙組成，當水流強度較低時，泥沙顆粒基本上在床面附近以滑動、滾動、跳躍等方式運動，稱為推移質；水流強度增大後，一部分泥沙顆粒脫離床面進入主流區，在紊動渦體挾帶下隨水流向下游運動，稱為懸移質。隨著水流強度進一步增加，轉化為懸移質的泥沙顆粒越來越多,水流強度超過一定程度後，床面以下的泥沙顆粒出現成層的移動，這部分泥沙顆粒也屬於推移質範疇。
運動速度
推移質運動速度一般小於當地水流運動速度，因而推移質運動要消耗水流的平均能量。推移質在運動過程中不斷與床沙進行交換，當交換處於平衡狀態時河床保持相對穩定，否則將產生沖淤變化。單位時間內通過河流斷面的推移質泥沙數量稱為推移質輸沙率。
懸移質沿水流方向的運動速度接近於當地水流速度，維持泥沙懸浮的能量主要是水流的紊動能，因此懸移質運動不消耗水流的平均能量。懸移質通過推移質與床沙進行交換。較粗的泥沙顆粒在床沙中大量存在，有機會進行充分交換，其含量決定於當地水流條件，這部分泥沙稱為床沙質；較細的泥沙顆粒在床沙中很少或基本不存在，當上游來沙量不足時不能從床沙中取得補充，因而其含量與水流條件無明確關係，這部分泥沙稱為沖瀉質。單位時間內通過河流斷面的懸移質沙量稱懸移質輸沙率。
水流挾沙能力
一定水流和邊界條件下能夠通過河段下泄的床沙質沙量稱為水流挾沙能力，可根據由力學關係建立起來的輸沙率公式計算。如包括沖瀉質在內則為總輸沙率，它與流域來沙量有關，要釆用水文測驗或流域產沙計算方法來確定。
水流中含沙量高達一定程度後，流變性質發生變化，流動和輸沙特性與一般挾沙水流有所不同，稱為高含沙水流。清渾水相遇時，由於密度差異，在一定條件下會產生異重流運動，其流動和輸沙特性也與一般挾沙水流有所差別。
