泥沙在重力、水流、風、冰川等作用下產生的運動。地表泥沙位移的結果形成各種地貌形態，其性質與搬運介質的動力條件和泥沙的本身特性有關。泥沙運動學是研究泥沙顆粒在河道水流作用下 運動規律的科學。
基本介紹
- 中文名：泥沙運動學
- 外文名：sediment transportationmechanics
- 學科：力學
- 研究內容：河水等影響下泥沙顆粒運動規律
- 出現時間：19世紀50年代
- 泥沙運動形式：滑動、層移、滾動、躍移和懸移
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研究意義
河流泥沙的輸移對人類有弊也有利。 泥沙可能淤塞航道; 或使河床逐漸淤高而危及堤防， 一旦漫溢則淤埋大片良田， 如中國的黃泛區; 泥沙積於水庫則減損工程效益和壽命; 堵塞引水口門和引水渠道; 磨損水力機械，以及影響工農業和生活用水的水質等。這些是其有害的一面。 而泥沙在某些水域的落淤， 可增加土地面積， 供人類開發利用， 如大片富饒的沖積平原， 便是泥沙淤積對人類的一大貢獻; 淤積的泥沙也可開採作為建築材料。 這些是它有利的一面。
研究內容
泥沙運動學是以水力學和流體力學理論為基礎， 側重研究泥沙在水流作用下的運動形式、 運動的力學性質、 泥沙的輸移強度和數量;以及由此引起的河床演變和對水利工程的影響。
推移質運動的主要理論 ①1948年瑞士邁耶爾-彼得和彌勒做了大量實驗工作，探討了泥沙的比重、組成對泥沙運動的影響，終於得到一個比較完整的輸沙率與粒徑、容重等因素的關係式。②1966年英國R.A.巴格諾爾德認為推移質運動遵循最基本的物理規律：搬動固體顆粒在單位時間內所消耗的能量等於水流提供的功率乘以效率。③1942年美國H.A.愛因斯坦根據長期進行的水槽試驗的結果，得知床面泥沙顆粒運動具有隨機性質，推移質泥沙和河床泥沙之間存在不斷的交換。從這些物理模型出發，運用流體力學知識進行邏輯推理，建立了以隨機理論為基礎的推移質公式。
懸移質運動的主要理論 ①擴散理論：湍動水流的擴散作用使各個流層之間不但有動量交換，而且同時有泥沙顆粒的交換；如果顆粒的下沉作用小於水流向上的擴散作用時，泥沙就會以懸浮的形式運動。根據這一原理，建立了泥沙的擴散方程；對方程求解，可得到懸移質含沙量的垂線分布。②重力理論：1958年蘇聯M.A.韋利卡諾夫根據能量平衡原理提出以下的關係式：單位體積挾沙水流中清水部分在單位時間內提供的能量等於水流為克服阻力在單位時間內損失的能量加上在單位時間內為保持泥沙懸浮所需的能量。這一關係式在實際計算中是可用的。
床面形態 推移質顆粒在河床表面運動，使床面出現不同形態。隨著輸沙強度的增加，床面的發育過程為：床面平整→沙紋→沙壠→過渡→平整→逆行沙壠→破碎→急灘和深潭。各種床面形態對於水流的阻力是各不相同的。所以泥沙運動學既是多相流體力學，又屬於活動邊界的流體力學。
歷史發展
在國際上， 關於泥沙運動的論著始見於19世紀50年代，在半個多世紀裡， 主要是研究以推移質方式運動的粗顆粒泥沙。 到20世紀20年代隨著觀測技術的發展， 才開始研究懸移質運動， 至今， 人們對懸移質運動的了解程度已超過了對推移質運動的認識。在中國，對泥沙運動的認識是和防洪治河工程同時發展起來的。秦朝建造的都江堰乃是引水防沙工程的傑出代表。 從力學作用方面研究泥沙運動的規律， 是從20世紀開始的。
中國多數河流輸沙量較大， 年平均輸沙量超過1000萬噸的河流有42條。 不少水利工程不同程度地受到了泥沙淤積的威脅。 經濟建設的需要促進了泥沙問題的研究， 中國的水利工作者在野外觀測和試驗研究方面獲得了豐富的資料和成果。
與其它學科相比， 泥沙運動作為一門獨立的學科進行研究的歷史還不長， 更因問題本身比較複雜， 至今除了個別問題的計算方法比較統一外， 很多問題的算式還是不統一的。
儘管如此， 通過資料分析及試驗研究， 泥沙運動學在解決實際問題時仍是一種有效的手段。
