Chap3_搬运作用与沉积作用
第6章 搬运作用和沉积作用2
砾滩
海南沙滩
北戴河泥滩
② 潮坪沉积：潮坪是高潮时海水能到达而平时海 水不能到达的宽阔平缓地带。
后滨带
前滨带
外滨带
滨海带划分示意图
a.水浅、动荡、氧气足、阳光充沛。 b.生物有绿藻、兰绿藻及海洋底栖生物。 c.沉积物分选性好、磨圆度好如砂、砾。 d.具交错层、波痕、干裂纹、雨痕、虫迹等原
生 构造。 e.动荡的海水导致竹叶状灰岩、鳊状灰岩的形
浊流沉积 浊流
深海扇（富含石 油、天然气）
粒序层
浊流的形成过程立体视图
Байду номын сангаас
• 风成沙和黄土是干燥气候的产物， 掌握风成沙和黄土的岩性和岩相特征， 可帮助我们识别古代气候。
三、湖泊（及沼泽）的沉积作用 1、潮湿气候区湖泊沉积作用
湖泊多为泄水湖和淡水湖。 ① 碎屑物主要来自河流和湖岸岩石的破碎物；
② 从湖滨到湖心，沉积物粒度由粗变细，湖心往往沉 积湖泥，呈同心环带状分布； ③ 山区湖泊碎屑沉积物的粒度偏粗，平原区湖泊的沉 积物粒度较细。
（2）浅海的化学沉积 浅海是化学沉积的有利场所，沉积物主要
有碳酸盐岩、硅质、铝、铁、锰氧化 物和氢氧化物等。
① 碳酸盐岩 ② 硅质沉积 ③ Al、Fe、Mn及海绿石沉积 ④ 磷质沉积
（3）浅海的生物沉积 ① 介壳灰岩和生物碎屑岩
浅海带生活的底栖生物死亡后，生物 的壳体与灰泥混杂堆积，形成介壳灰 岩；生物壳体或骨骼的碎片与其它沉 积物混杂形成生物碎屑岩。。
太平洋中围绕 暗礁发育的椭 圆形环礁
环礁的中央围 限成一个泻湖
礁体 泻湖
火山岛 残余
火山岛从洋底升 起
火山停止，边 缘形成暗礁
板块沉降，火 山岛成为暗礁
第六章搬运作用与沉积作用
（1）机械搬运作用 ① 推移：碎屑颗粒沿介质底面滑动和滚动的 搬运方式。 特点：粗碎屑物质一般采用这种方式搬运，搬 运能力取决于流速、颗粒大小、颗粒成分、 颗粒形状等。
一、搬运作用的概念与搬运作用的方式 2. 搬运作用的方式 （1）机械搬运
（1）机械搬运作用 ② 跃移：碎屑物质沿地面呈跳跃方式向前移 动的过程。 特点：细砂、粉砂主要以这种方式搬运，搬运 能力与受力状况、流体流速、颗粒大小、 形状、性质和排列情况等因素有关。
盐坪 冲积扇 干盐湖
冰川
沙丘
冰碛
海湾 浊流
泻湖 障壁岛 深海扇
地 球 表 面 的 沉 积 环 境
四、地面流水的沉积作用 1. 河流的沉积作用 地面流水的沉积作用以机械沉积作用为主，化学 沉积作用微弱。 1. 河流的沉积作用：三个主要沉积场所 ① 河流汇入其它相对静止的水体处，如河流入 海、入湖及支流入主流处； ② 河床纵剖面坡度由陡变缓处； ③ 河流弯曲处，单向环流侵蚀凹岸，凸岸沉积
在不同流速情况下河底砂体的迁移
新疆柯坪音干村泥盆系砂岩中的交错层理
可能的古水流方向
新疆阿克陶县阿合他拉牧场下侏罗统砾岩
二、不同营力的搬运特点 2. 地下水的搬运作用
（1）以化学搬运作用为主； （2）搬运能力主要取决于地下水渗流 区的岩石性质和风化程度，此外还与 水温、压力、运移速度、酸碱度和 CO2含量等因素有关。
坡积物：由片流在坡坳、坡麓地带形成的碎屑 堆积物，其主要特点（与洪积物相比）： ① 物质成分比洪积物更单一，砾石含量少； ② 分选性比洪积物差； ③ 磨圆度更低，砾石的棱角分明； ④ 略显层状，不具洪积物的分带现象； ⑤ 坡积物多分布于坡麓，构成坡积裙地形，而 洪积物主要分布于沟口。
五、地下水、冰川及风的沉积作用
第六章搬运作用与沉积作用2精品PPT课件
山岳冰川两侧冰运物最多，在 冰川后退过程中，两侧大量冰 运物不断地堆积在冰蚀谷的两 测，形成侧碛。
在复式冰川中，两冰川汇合处， 冰床两侧边缘搬运的物质被归 并在冰川的中部，冰川后退消 融时则堆积下来形成中碛。
9
终 碛 垅
10
大陆冰川堆积地貌
在气候稳定的时候， 大陆冰川 也能在冰川的边缘地带形成终碛 物。冰川在后退过程中，其冰床上形成一层厚度不等的底碛，在底 碛常呈平滑的圆状隆起，我们称为鼓丘。
1.溶洞沉积（karst cave deposit）
富含Ca（HCO3）2 的地下水，沿着孔
隙、裂隙渗入空旷
的溶洞，由于温度
、压力改变，CO2 逸出，加之蒸发作
用加强，就沉淀出
CaCO3。
3
在地下水携带着被溶解的碳酸盐物质渗流到开阔的 溶洞、泉口以及扩大了的节理时， 由于压力减小，导 致地下水中的二氧化碳逸出，碳酸氢钙被分解成碳酸钙 而产生沉淀 。
4.碎屑中可以存在较多的铁镁质及其它化学性质不稳定的矿物， 如辉石、角闪石、黑云母、方解石等，这些性质不稳定的矿物在由 水力搬运的沉积物中较少存在。
5.具有规模极大的交错层理，其形成是由于风积物作大规模移动 的结果。
6.颜色多样，但占优势的是具有红色色调，而绿色、黑色、白色
者很少
15
风成砂沉积
1 .砂堆
石钟乳4
2 .温泉沉积
温泉沉积，发生在温泉出口处。沉积物疏松多孔 ，称为泉华（sinter）， 钙质的称为钙华或 石灰华，硅质的称 为硅华。
5
（二）冰川的沉积作用
冰川的沉积是纯机械沉积。由冰川形成的沉积 物统称为冰碛物。
山岳冰川从高处往雪线以下运动，大陆冰川从高纬度 向低纬度运动，由于气温逐渐升高，冰川冰逐渐消融，冰 川内部的碎屑物就会在冰州的末端或边缘堆积起来。这些 冰川的堆积物称冰碛物 。
第四章 沉积物的搬运和沉积作用
重力流与牵引流的对比
主要类型 触发机制 水流活动
10/50 表现特征 持续
牵引流 重力流
河流、潮流 沿岸流、等深 流 碎屑流、颗粒 流、液化流、 浊流
沉积物位能 脉动 大于其内部 凝聚力或摩 擦阻力
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节
概述 风化、搬运和沉积的主要地质营力 搬运和沉积中流体的基本类型 沉积物的机械搬运方式和床沙形体 沉积物的搬运方式和沉积方式
重力流（turbidity current）的概念： 是非牛顿流体，由沉积介质与沉积物混为一体和整体搬 运（又称密度流和块体流，整体混浊度大），以悬移方 式搬运为主。（弥散有大量沉积物的高密度流体） 牵引流的搬运力： （1）作用在沉积物上的推力(牵引力)，推力主要 取决于流速，推力愈大则能搬运的沉积物颗粒愈大； （2）负荷力(或称载荷力)，主要取决于流量，负 荷力愈大则能搬运的沉积物数量就愈多。 实例：山间急流可以搬运达几十吨重的巨石，但 搬运量较小；长江每年能搬运9.7亿吨泥砂，却不能推 动一块大的砾石。
(3)牵引流沉积作用形成的碎屑沉积物的分布规律
20/50
♣牵引流中沉积物的沉积作用服从于机械沉积分异规律。 ♣沉积分异作用的概念：按物理特征（颗粒大小、形状、比
重）和化学成分，沉积物呈规律性依次沉积的现象。划分为机 械沉积分异作用和化学沉积分异作用。
搬运和沉积作用
搬运和沉积作用
1. 搬运作用就像是大自然的搬运工，你看那河流把泥沙从上游一路搬到下游，多厉害呀！例子：黄河每年搬运大量泥沙。
2. 沉积作用不就是把搬来的东西放下嘛，就像我们把东西整理好放在一个地方一样。
例子：河口处形成大片的沉积平原。
3. 哎呀，搬运和沉积作用真的好神奇呀，它们一直在改变着地球的面貌呢！例子：沙漠中的沙丘就是风搬运和沉积的结果。
4. 搬运作用难道不是很有趣吗？就像蚂蚁搬食物一样坚持不懈。
例子：冰川搬运巨大的石块。
5. 沉积作用就如同慢慢堆积财富，一点点地形成厚厚的地层。
例子：海洋底部的沉积物逐年加厚。
6. 你想想看，搬运和沉积作用多像一场接力赛呀，一个负责搬，一个负责放。
例子：山脉的形成与搬运沉积作用紧密相关。
7. 搬运作用可真是不辞辛劳呀，把各种物质从这里搬到那里。
例子：海浪不断搬运着岸边的沙石。
8. 沉积作用是不是像个安静的守护者，把搬运来的东西好好保存起来。
例子：湖底的淤泥就是这样沉积下来的。
9. 哇塞，搬运和沉积作用真的是太重要了，没有它们地球会变成什么样呢？例子：三角洲就是典型的搬运沉积形成的地貌。
10. 搬运作用和沉积作用简直就是大自然的魔法呀，不断创造着奇妙的景象。
例子：溶洞中的钟乳石就是水搬运和沉积的杰作。
我的观点结论：搬运和沉积作用是大自然中非常神奇且重要的过程，它们造就了各种奇妙的地貌和地质现象，值得我们深入研究和欣赏。
第六章 搬运作用与沉积作用(一)
洪流及片流的沉积作用
洪积物在河口所形成的扇状堆积体叫洪积扇。 粗略分带： 顶部堆积有粗大的砾石，边部主要为砂和粘土，并 具有层理，之间为砾石、砂和粘土。
洪流及片流的沉积作用
由片流在坡坳、坡麓地带形成的碎屑堆积物叫坡积 物。 与洪积物明显不同： ①坡积物被洪积物更单纯，因为物质来源于坡面； ②片流动力弱而不稳定，所以坡积物分选性更差； ③坡积物磨圆度更低，砾石棱角明显； ④坡积物略显层状，不具洪积物分带现象； ⑤坡积物分布在坡麓，而洪积物分布于沟口。
圆度和球度的变化 圆度指碎屑颗粒在搬运过程中，棱角磨损而接近圆 形的程度。球度则是碎屑颗粒接近球形的程度。 随着搬运距离的增长，圆度和球度一般是愈来愈高。 硬度低的易于磨圆，粒状矿物易于磨圆；推移、跃 移易使颗粒圆化，而悬移难使颗粒圆化，载移则 不能使颗粒圆化。
第二节
沉积作用
——被运动介质搬运的物质到达适宜场所后，由于条 件发生改变而发生沉淀、堆积的过程称为沉积作用。
2 温泉沉积 发生在温泉出口处。沉积物疏松多孔，称为泉华， 钙质的称为钙华或石灰华，硅质的称为硅华。
地面流水的沉积作用
河流的沉积作用
沉积原因： ——流速减小；流量减小；搬运物过多。 主要沉积地点： 汇入相对静止水体处； 河床剖面坡度由陡变缓处； 河流凸岸。
河流沉积的主要类型 滞留砾石沉积： ——河流上游；以河床砾石为主。 牛轭湖沉积： ——底部为侧向加积的河道沉积物，上部为垂 向加积的粉砂和粘土，富含有机质。
机械搬运作用
载移：（冰川）冰的固体搬运过程。
化学搬运作用 胶体溶液搬运 ——金属氧化物、氢氧化物和硫化物等。 如Al、Fe、Mn、Si的氧化物。 真溶液搬运 ——呈离子状态溶于水。 如Ca、Mg、Na、Cl等。
4 沉积物的搬运和沉积作用
第四章沉积物的搬运和沉积作用4.1 搬运和沉积中流体的基本类型4.2 沉积物的搬运方式和沉积方式概念回顾—1、地质作用：造成地壳物质组成、结构构造发生变化的作用，包括外力和内力地质作用。
沉积物的风化、搬运和沉积作用主要受控于外力地质作用。
—2、地质营力：地质作用的能量。
地质营力一方面破坏着地壳岩石，同时又形成新的岩石。
—3、介质：传播能量的媒介。
风化、搬运和沉积作用的介质类型有三种（三态）：—液态（水）：—固态（冰川）：—气态（大气和风）—4.1.1 牵引流—4.1.2 重力流4.1 搬运和沉积中流体的基本类型4.1.1 牵引流—属静水流（弱水流）作用的流体，能沿沉积底床搬运沉积物的流体。
在自然状态下，包括河流、海流、波浪流、潮汐流、等深流、大气流等。
—沉积特征：沉积物颗粒呈明显的分层性，小的颗粒在上，大的颗粒在下。
—牵引流的搬运力：作用在沉积物上的推力(牵引力)，推力主要取决于流速，推力越大则能搬运的沉积物颗粒越大。
—牵引流的负荷力（或称载荷力)：主要取决于流量，负荷力越大则能搬运的沉积物数量就越多。
—实例：山间急流；长江。
4.1.2 重力流—由沉积介质与沉积物混为一体整体搬运（又称密度流和块体流，整体混浊度大）。
—沉积特征：沉积物颗粒在流体中均匀分布，无分层性，呈混浊状态。
—重力流的搬运力：由水与沉积物高度混合（高密度流体），在重力作用下，使混合的流体整体移动。
—思考：—易发生重力流的场所？—重力流的沉积发生在何时？牵引流与重力流的对比脉动沉积物位能大于其内部凝聚力或摩擦阻力泥石流、颗粒流、液化流、浊流重力流持续水流活动河流、潮流、沿岸流、等深流牵引流表现特征触发机制主要类型重力流的平均流速比相应规模的牵引流要小。
重力流随着密度降低，可向牵引流转变。
4.2沉积物的搬运方式和沉积方式—4.2.1 机械搬运和沉积作用—4.2.2 溶解物质的搬运和化学沉积作用—4.2.3 生物的搬运和沉积作用4.2.1 机械搬运和沉积作用1.牵引流的机械搬运和沉积作用（1）搬运方式：—悬浮（图4-2A）—跳跃（图4-2B）—滚动（图4-2C）碎屑在牵引流中的搬运方式（2）牵引流的搬运特点和载荷—牵引流的搬运方式与颗粒大小有关，而颗粒大小又与流速大小有关。
地球科学概论-第六章 搬运作用和沉积作用-PPT课件
● 重点掌握
搬运作用的概念，机械搬运作用的方式；不同地质营力 的搬运作用特点，机械搬运作用的分选、磨园和沉积分异， 沉积作用与沉积物的概念，河流机械沉积作用的原因，曲流 河的沉积模式，三角洲的沉积模式，冰川沉积作用特点，风 的剥蚀作用与沉积作用的区别，海洋的主要沉积环境及沉积
■ 天然堤与决口扇－曲流河特点
■ 牛轭湖沉积－侧向加积的河道沉积+垂向加积；牛轭 ■ 三角洲沉积- 三层结构：顶积层、前积层、底积层
曲流河模式
■ 边滩沉积－单向环流侧向加积的产物。 ■ 河漫滩沉积－洪水期溢出河床，较细物质
叠积在边滩之上，形成河漫滩，二元结构。
边滩和河漫滩
心滩
■ 心滩沉积－洪水期双向环流产物，辨状河的特点
第三节 成岩作用
定义：由松散的沉积物转变为沉积岩的过 程称为成岩作用（diagenesis）；由沉积物经 成岩作用形成的岩石称为沉积岩。
实例：砂层→砂岩、粘土层→泥岩或页岩、 灰泥和介壳层→介壳灰岩。
分类：●压实作用 ●胶结作用 ●重结晶作用
一、压实作用（compaction） 沉积物在上覆水体和沉积物的负荷压力下，排水、孔 隙度降低、体积缩小的过程，沉积物逐步密实、固结、变 硬、从而形成岩石。
2000m，相当于大陆坡； 深海－大于2000m，大陆
基、大洋盆地及海沟。
胶质软泥（地震勘测， 洋盆玄武岩基岩面上仅 覆盖 450m 的软泥）粒径 <0.005mm。
● 浊流沉积 （浊积物，鲍玛
序列）－深海扇
●锰结核 储量超过大陆已
知矿种，主要分布于太平洋， 水深 4000 － 6000m ，形成条件： 锰质来源、氧化环境，海流 ●多金属软泥 2000 － 3000m 水深，金属主要以硫化 物形式，红海、东太平洋海隆 ●生物软泥
第六章 搬运作用与沉积作用
推移 流体在运动过程中，对碎屑物质有一个向前的 推力。当P≥f·(G－F－R)时（f为摩擦系数），碎屑颗 粒就会沿着介质底面滑动和滚动，这种搬运方式叫推移 。被推移的物质一般为粗碎屑物质，如粗砂和砾石。
浮力（F）、重力（G）、水平推力（P）、垂直上举力（R）
跃移 在搬运过程中，碎屑物质沿地面呈跳跃方式前 进的过程叫跃移。一般来说，细砂、粉砂的搬运方式以 跃移为主。当R≥G－F时，碎屑颗粒就会从地面上跃起 ，并在推力作用下向前移动。上举力减小，在重力作用 下，颗粒再次落到地面上。
跃移是风搬运砂粒的主要形式，一个飞扬的颗粒如 果撞击在基岩上，其跳跃几乎像弹性体，很少失去动能 。如果飞扬的颗粒落在松散砂质沉积物上，被撞击的颗 粒就会被抛向空中，这样就发生了“连锁反应”。 在正常的地面风条件下，粒径小于 0.1～0.2mm的 颗粒，可呈悬浮搬运；粒径小于0.005 mm的粉砂与粘土 ，可以像尘埃一样弥散在空气中被长距离搬运。当发生 风暴时，这种搬运作用就更为强烈。
浮力（F）、重力（G）、水平推力（P）、垂直上举力（R）
悬移 细小的碎屑颗粒在流体中，由于R+F＞＞G，故 不易沉到底部，总是呈悬浮状态被搬运，这种搬运方式 称悬移。
载移 被冰川搬运的物质，有的堆积在冰川表面，有 的冻结在冰体内，随冰川一起运移。恰似一条传送带载 运物质，称为载移。
冰川的搬运作用－－载移
图6－9 三角洲构造及层序
1－顶积层；2－破坏期沉积；3－前积层；4－底积层
河流的沉积物统称为冲积物。 冲积物的主要鉴别标志是： ①砾石成分复杂, 往往具叠瓦状排列； 砂和粉砂的矿物成分中不稳定组分较多。 ②碎屑物质的分选性较好。 ③碎屑颗粒的 磨圆度较高。。④冲积物层理发育，类型 丰富(如水平层理、交错层理等)，其中，倾 斜的交错层理一般倾向河流下游。⑤冲积 物在剖面上常呈透镜状或豆荚状展布，少 数呈平行板状延伸。⑥冲积物往往具有二 元结构，下部为河床沉积，上部为河漫滩 沉积。
沉积物的搬运和沉积作用
第二章 沉积物的搬运和沉积作用第一节 概述风化作用的产物及其它来源的沉积物质，少量残留原地，大部分进入搬运状态向沉积盆地中转移。
碎屑物质（主要是风化产物中的碎屑物质及新生矿物）在流体的作用下，将随流体发生运动和转移，此现象则称为“搬运”；在一定条件下，运动的碎屑还会从搬运状态转变为物质停积状态，此现象则称为“沉积”。
沉积下来的沉积物：长期固定下来不再移动；随着地壳上升、侵蚀基准面下降，流体的流速加快，会重新发生侵蚀并被再次搬运风化作用；风化产物的搬运作用；沉积作用既是三个连续又独立的阶段，但有时相互交替和重复，尤其是搬运和沉积作用，是一对矛盾在搬运过程中物质仍然可以发生机械破碎和化学分解，即使物质沉积下来以后，还可以由于条件的变化再次进入搬运状态。
沉积物搬运和沉积的地质营力：（搬运介质）水、风（大气）、冰川、重力、生物的搬运风化产物的搬运和沉积作用：（搬运方式）⎪⎩⎪⎨⎧生物搬运和沉积作用化学搬运和沉积作用机械搬运和沉积作用按沉积物被搬运和沉积的方式不同可分为：1）机械搬运与沉积作用碎屑物质和粘土物质多以机械方式在流水、海水、湖水、冰川、风及重力等营力下被搬运。
搬运方式：（1）滑动（2）滚动（3）跳跃（4）悬浮 （悬移搬运）其中滑动、滚动、和跳跃式统称为推移式搬运（或床沙搬运）。
2）溶解物质的搬运与化学沉积作用溶解物质以真溶液、胶体溶液或洛合物的状态被搬运；其搬运和沉积作用受化学和物理化学定律所支配。
3）生物搬运和沉积作用生物搬运作用意义不大，但是其沉积意义巨大；通过生物生理作用、生物物理作用和生物化学作用可以使大量溶解物质、内源粒屑物质和部分粘土物质发生沉积作用。
第二节有关流体力学的一些概念一、牛顿流体、非牛顿流体内摩擦定律：在温度不变的条件下，随着流速梯度变化，动力粘滞系数/运动粘滞系数始终保持一个常数。
牵引流服从内摩擦定律－－－属牛顿流体少量沉积物的流水（河流、海流、潮汐流、洋流等）和大气流。
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沉积学
Chap1. 绪论
Chap2. 沉积结构
Chap3. 搬运作用与沉积作用
Chap4. 沉积构造
Chap5. 沉积物分类
Chap6. 冲积扇环境及沉积相
Chap7. 河流沉积环境及沉积相
Chap8. 湖泊沉积环境及沉积相
Chap9. 冰川沉积环境及沉积相
Chap10.风成沉积环境及沉积相
Chap11.陆源碎屑型滨海环境及沉积相Chap12.陆源碎屑浅海环境及沉积特点Chap13.深海碎屑沉积环境与沉积相Chap14.三角洲沉积环境和沉积相
Chap15.扇三角洲沉积环境及沉积特征Chap16.海洋碳酸盐沉积环境及沉积相特点
Sediment transport and deposition 搬运介质：
1.水
坡面流（Overland flow）,渠道水流（channel flow）
波浪（Waves）, 潮汐（tides）, 洋流（ocean currents）
2.空气（Air）
3.冰（Ice）
4.重力（Gravity）
岩崩（Rock falls） (无搬运介质)
泥石流（Debris flows）, 浊流（turbidity currents）
搬运作用
沉积物有三种搬运作用：
1.重力（Gravity）— 可能涉及流体
2.沉积物重力流（sediment gravity flow）—
3.流体流（Fluid flow）— 空气、水、冰
流体
凡服从牛顿内摩擦定律的流体称做牛顿流体，
否则称为非牛顿流体
牛顿粘性公式
该定律可表述为——在很小的外力作用下即能流动的流
体。
作用在流体上的力越大，则其
流动速度也越大，并成正比例关系牵引流（靠自身能量携带载荷向前运动的一种牛顿流体 ）属牛顿流体，沉积物重力流属非牛顿流体
牵引流
牵引流的搬运力表现在两方面：
一、流体作用于碎屑颗粒上的推力(即牵引
力)，推力决定于流体流速，推力越大能搬运的碎屑颗粒越大；
二、是载荷力(或称负荷力)，其大小决定于流
体流量，流量越大。
负荷力越大，则能搬
运的沉积物数量越多；
三、牵引流搬运颗粒的动力主要是推力，搬运
方式包括溶解、悬移、推移。
沉积物重力流
又称密度流，是一种沉积物和水混合而形成的高密度、高粘度的、涌浪式流动的非牛顿流体。
它与牵引流的区别在于沉积物自身与水混合在一块整体流动，在重力流的搬运和沉积过程中，沉积物运动是主动的；而在牵引流搬运和沉积过程中，沉积物是被动地运动。
一、相对密度可达1.5～2.0
二、主要以悬移方式搬运
沉积物重力流
Middleton and Hampton (1973)根据重力流的支撑类型和流动状态将水下重力流分为四种类型：
a、碎屑流（Debris flow）（泥石流）
b、颗粒流（Grain flow）
c、液化流（Liquefied flow）
d、浊流（Turbidity current）
沉积物重力流
染料带平直流动
染料带波状起伏
染料与流体迅速混合
flow type according to the motion of the fluid
Laminar Flow: 流体分子平直
轨迹移动，平行于管道边界
Transitional Flow: 流体分子沿
平行的波状轨迹移动，但不平
行于管道边界
Turbulent Flow: 流体分子以复
杂的轨迹移动
紊流中大尺度的结构
紊流的分层
边界层理论：当流体流过固体表面时，流体的粘滞力仅仅在靠近固体壁面的极薄的薄层内起作用。
在此薄层之外，惯性力发挥作用。
在这一薄层内，流体的速度发生剧烈的变化，流体的速度随着离开壁面距离的增大而急剧的增加，直到速度增长到接近主流的速度，这个薄层就是流动边界层。
流体可分为3层:
Viscous Sublayer: 层流底层
Transition Layer: 紊流边界层
Outer Layer: 紊流层
边界层＝层流底层＋紊流边界层
Froude数对预测底形很重要
底形与水面不同相
底形与水面同相
滚动
跳跃
悬浮悬移质
推移质
Wash load
冲泻质
Sliding
滑动
粒度分布与搬运方式最细的为冲泻质，量少
最粗的组分为推移质，有时可
区分出推移与跳跃组分
中间的为间隙性的悬移质，量多
X点对应的为流体能移动的最大粒径
Y点对应的为流体能悬浮的最大粒径
产生推移质的临界值
流体中颗粒受到的作用力
升力产生的原因
底床的颗粒受动压力（dynamic pressure）作用，动压力与流速成反比，流速越高，动压力越小，所以流体中的颗粒受到一个向上的作用力，即升力(Lift Force)
升力使得颗粒易于滚动
升力也减小了拖曳力
当流速梯度足够大时，升力超过重力，颗粒向上跃起，离开底床；一旦离开底床，压力梯度消失，颗粒顺水流落到底床，构成一个跳跃的弹道
为何产生跳跃
Sediment transport and deposition
流体在重力作用下的剪应力τ的分布：
sin o gD τρθ
=
Sediment transport and deposition
在边界上流体产生的剪应力（shear stress ）最大，称为 边界剪应力 （boundary shear stress ，τo ），这个力可使底床的沉积物移动
sin o gD τρθ
=
通常，沉积物的搬运率 (q s; 流体搬运的沉
积物总量) 随边界剪应力的增加而增加
当τo向下游增大时, 沉积物的搬运率增大; 这导致对底床侵蚀 (假定τo足以移动沉积物)
当τo向下游减小, 沉积物的搬运率减小; 这导致沉积物在底床沉积
当Shield’s
减小时(R* < 12)，移动一定粒径所需的临界剪应力减小当R* 接近12时，升力最大
移动颗粒需要的临界边界剪应力
a) Shield 判别法
d = -1.5φ = 2.8 mm = 0.0028 m ν = 1.1 x 10-6 m 2/s (water at 20︒C)ρs = 2650 kg/m 3 (density of quartz)ρ = 998.2 kg/m 3 (density of water at 20︒C)g = 9.806 m/s 2
0.11)s d
gd ρυρ⎛⎫- ⎪⎝⎭计算:
=172
使用 Shield’s Diagram
移动2. 8 mm 砂需要多大的边界剪应力?
()o
s gd
τβρρ=-= 0.047
= 2.13 N/m 2
τo
产生悬移质的临界值沉积物之所以能悬浮，是因
为受到上升紊流的作用 (流
速为 V).
能被悬浮的最大颗粒是沉降
速度( )等于V.
产生悬移质的临界值实验显示 V » U*
因此，颗粒悬浮的条件为是:
U* ≥ω
间歇悬移质中的最大颗粒的
沉降速度与测量的剪切速度非常接近River U*
(m/s) (m/s) Middle Loup 7 – 9 7 - 9 Middle Loup≈20≈20 Niobrara 7 - 10 7 - 9 Elkhorn 7 - 9 2.5 – 5.0 Mississippi (Omaha) 6.5 – 6.8 2.5 – 5.0 Mississippi (St. Louis) 9 - 11 3 - 12 Rio Grande 8 - 12≈10
悬浮颗粒粒径与剪切速度的关系
Middleton Diagram
U* = ω的曲线可用于估
计粒径大于 0.1 mm颗
粒的沉降速度 (Stoke’s
Law的上限)
注意，粒径大约小于0.015 mm的颗
粒，一旦流速够大，即进入悬浮状态
0.41 mm 的砂悬浮的临界剪切速度是多少？
是 0.042 m/s
Sediment transport and deposition 斯托克斯定律（Stokes’ Law ）(静水中颗粒的沉降速率)
v g =沉降速率; D=颗粒直径; ρg =颗粒密度;
ρf =流体密度; μ=动粘度仅适用于水中细粒 (<100 μm)
μ
18)ρ(ρgD v f g 2
g -=
尤尔斯特姆图解（Hjulstron’s diagram），表示不同粒径沉积物侵蚀、搬运、沉积所需要的临界速度
Sediment transport and deposition
1.启动与沉积临界流速对沉积物是不
同的，特别是对较细的组分
2.流体密度与粘度对于决定能够被搬
运的颗粒粒径起关键作用
3.搬运量不仅与流速和颗粒粒径有
关，也与下列因素:
☐颗粒密度
☐颗粒形态。