河流泥沙运动学基本理论综述
水文学7第七章 河流泥沙
（三）悬移质运动 悬移质是泥沙运动的主要方式 之一。 之一。冲积平原河流所挟带的泥 沙中,悬移质占绝大部分, 沙中,悬移质占绝大部分,有些山 区河流悬移质也可占很大比重. 区河流悬移质也可占很大比重.紊 动和重力作用是主要因素. 动和重力作用是主要因素.
1.悬移质的分布与变化 1.悬移质的分布与变化 悬移质含沙量沿垂线的分布具有自 水面向河底增加的趋势。 水面向河底增加的趋势。泥沙的粒径也是 近河底的较大，向上逐渐变小。 近河底的较大，向上逐渐变小。同一条河 流，洪水期由于来自流域表面的细沙较多， 洪水期由于来自流域表面的细沙较多， 故含沙量沿垂线分布较均匀，枯水期， 故含沙量沿垂线分布较均匀，枯水期，流 域来沙少，河中粗粒较多， 域来沙少，河中粗粒较多，分布就较不均 匀。
• 推移质泥沙尽管其相对数量不多，但因其 颗粒较粗，对水利工程的危害极大。如在 解决水库淤积问题中，处理推移质泥沙的 难度往往要比处理悬移质大得多。因此对 于推移质运动的观测与研究，同样是需要 重视的。
二、河流泥沙的表示
含沙量：河水中泥沙的含量，单位为 • （一）含沙量：河水中泥沙的含量，单位为 （一）含沙量 kg／m3。 kg／m3。 • （二）输沙率：指单位时间内通过一定过水 （二）输沙率 输沙率：指单位时间内通过一定过水 断面的泥沙总量。单位为kg／ 断面的泥沙总量。单位为kg／s 或 t／s 。 • （三）输沙量：指在一定时段内通过一定过 （三）输沙量 输沙量：指在一定时段内通过一定过 水断面的泥沙总量。单位为 t 或万t 。 或万t • （四）侵蚀模数：是指每km2流域面积上，每 （四）侵蚀模数 侵蚀模数：是指每km2流域面积上，每 年被侵蚀并汇入河流的泥沙重量，单位为t 年被侵蚀并汇入河流的泥沙重量，单位为t／ （km2·a） km2·a）
河流动力学(第三章)
流速和拖曳力的随机性
弱动
2、泥沙起动的判别标准
中动
普动
床面泥沙颗粒的受力情况
当水流经过有松散泥沙颗粒组成的河床时，床面上的 沙粒将承受拖曳力和上举力。对于很细的颗粒来说，抗拒 水流作用力的除了泥沙颗粒的重力之外，还有相邻颗粒之 间粘结力。 粗颗粒泥沙的起动时的受力情况和细颗粒的泥沙有很 大的不同
床面泥沙颗粒的受力情况分析和 起动条件 F
• 对于较粗颗粒的泥沙，都是以单颗粒形式 起动;对于较细颗粒的泥沙，由于粘结力和 水流脉动(“扫荡”)的影响，往往以数十个 或数白个颗粒组成的群体形式起动，起动 后仍以单颗粒形式在水流中运动，只是在 床面上留下片状痕迹。自由沉降于床面上 的颗粒群体，在其起动时所受到的各种作 用力均较单颗粒时按相应倍数增大，因而 在讨论力或力矩的平衡时仍可按单颗粒处 理。泥沙颗粒并不是球体，颗粒愈细偏离 愈大，但仍可按球体处理，对其所引起的 偏差可在确定经验系数时给予间接考虑。
•
在泥沙颗粒周围有水膜环绕，其最贴近颗粒表面的薄膜水，是非自由 水，具有某种固体性质，其压力传递不符合巴斯克尔定律，因而在两 颗粒接触面积上受到上边水柱压力的作用。作者于1958年通过交义石 英兹试验首次证实了此力的存在[’]，万兆惠等[3]于1990年通过竹道加 压试验证实了此力对细颗粒泥沙起动的显著影响。因而在研究泥沙起 动问题时需要考虑水柱的压力。设两颗粒间承受水柱压力的厚度为26, 颗粒直径均为d，则承受水柱压力的面积味为}r}b, 6是薄膜水厚度和粒 径的函数。试验表明，随着颗粒的减小，水柱压力的影响急剧增大， 呈非线性关系，因此假定6值与薄膜水厚度的3/ 2次方成}}比，与粒径 的1/ 2次方成反比，即。=cS}d-抓其中。为薄膜水厚度参数，具有长 度量纲。水柱压力也与粘结力一样，都与床面颗粒密实程度有关，即 与床面泥沙的十容重有关。因此水柱对床面泥沙颗粒的压力F}可表述 为：
泥沙流运动规律的研究与模拟
泥沙流运动规律的研究与模拟一、引言泥沙流是指河流中悬浮的泥沙颗粒在水流的作用下产生的一种流动形态。
泥沙流的产生对于河流的环境和生态产生了深刻的影响，因此泥沙流运动规律的研究对于水利工程、生态环境等领域具有重要的意义。
本文将对泥沙流运动规律的研究与模拟进行探讨。
二、泥沙流运动规律的研究1.泥沙流运动的分类根据泥沙流内部物理特点的不同，泥沙流运动可以分为四种类型：均匀流动、层状流动、密度流动和浅滩流动。
均匀流动是指泥沙颗粒的浓度相等，无论在垂直方向或水平方向上，泥沙流的浓度分布都呈现均匀的状态。
层状流动是指泥沙颗粒在垂直方向上存在着一定的分布，通常为浓密层和稀疏层的叠加。
密度流动是指由于泥沙颗粒的密度和水的密度存在差异而产生的流动，流经河道断面时呈俯冲形状态。
浅滩流动是指泥沙颗粒悬浮状态下流经浅滩时，泥沙颗粒会沉积在浅滩上，形成浅滩面上的泥沙流。
2.泥沙流运动的基本特征泥沙流运动的基本特征是泥沙颗粒的浓度、流速和底面负荷，而泥沙流的速度、浓度和质量通常分别用平均流速、平均浓度和流量来衡量。
在泥沙流的运动过程中，由于水流和泥沙颗粒之间相互作用，泥沙颗粒会发生弥散、沉淀和输移等一系列现象。
3.泥沙流运动的影响因素泥沙流运动的影响因素包括流量、流速、泥沙颗粒的大小、质量和型态等。
其中，流量和流速是泥沙流的重要参数，泥沙颗粒的大小、质量和型态是影响泥沙流输移和沉积特征的重要因素。
4.泥沙流运动的数学模型泥沙流运动的数学模型包括动力学模型和输移模型。
动力学模型是基于质量、动量和能量守恒原理建立的，用来描述泥沙颗粒在水流中的加速度和速度随时间的变化。
输移模型是基于泥沙颗粒在水流中的输移过程建立的，用来描述泥沙颗粒在水流中的输移路径和输移机制。
三、泥沙流的模拟泥沙流的模拟可以通过物理模型和数值模型两种方式进行。
1.物理模型物理模型是基于实验进行的，通常采用室内或室外的实验田进行模拟。
物理模型对实验条件要求较高，但实验仿真效果更加真实，并且可以对实验中各个参数进行实时监测和调节。
河流动力学_总结
河流动力学第一章泥沙特性1、等容粒径：体积与泥沙颗粒相等的球体的直径。
设某一颗泥沙体积为V ，则等容粒径3/1)6(πV D =泥沙粒径可用长轴a ，中轴b ，短轴c 的算术平均值表示)(31c b a D ++= 假设成椭球体，用几何平均值表示3abc D =2、粒配曲线的作法：(图1-1 p6)①通过颗粒分析（包括筛分和水析），求出沙样中各种粒径泥沙的重量②算出小于各种粒径的泥沙总重量③在半对数坐标纸上，将泥沙粒径D 绘于横坐标（对数分格）上，小于该粒径的泥沙在全部沙样中所占重量的百分数p 绘于纵坐标（普通分格）上，绘出的D~p 关系曲线即为所求的粒配曲线。
3、粒配曲线特点曲线坡度越陡，表示沙样内颗粒组成越均匀，反之，不均匀。
4、粒配曲线特征值1）中值粒径50D ：是常用的特征值，它表示大于和小于该种粒径的泥沙重量各占沙样总重量的50%，即粒配曲线的纵坐标上找出p=50%，其对应的横坐标即为50D 2）平均粒径50D ：是沙样内各泥沙粒径组的加权平均值。
即粒配曲线的纵坐标（p ）按其变化情况分成若干组，并在横坐标（D ）上定出各组泥沙相应的上、下限粒径min max D D 和 以及各组泥沙在整个沙样中所占重量百分数i p ∆，然后求出各组泥沙的平均粒径32min max min max i min max D D D D D D D D i +++=+=或∑∑==∆∆=n i i n i i im pp D D 11n —为划分组数；2502σe D D m =，其中σ—沙样粒径分配的均方差，9.151.84ln D D =σ 当σ为零时，沙样均匀，50D D m =，一般沙样不均匀，σ总是大于零，因此，通常50D D m >3）分选系数（非均匀系数）25750D D S =，若0S =1，则沙样非常均匀，越>1，则越不均匀。
5、影响泥沙的孔隙率的因素①沙粒的大小 ②均匀度 ③沙粒的形状 ④沉积的情况 ⑤沉积后受力大小 ⑥历时长短泥沙越细，孔隙率越大；泥沙越均匀，孔隙率越大；越接近球体，孔隙率越大。
水文学原理-第11章 河流泥沙
随水流运动以及构成河床的固体颗粒称为河流泥沙，又称固 体径流，它不仅包括在水流中运动或相对静止的粗细泥沙， 还包括河道中的砾石与卵石。
泥沙运动和沉积是河流中重要的水文现象，对河流水文情势、 河流发育以及河床演变影响极大。鉴于我国大多数河流挟带 泥沙，兴修水利工程（防洪、航运、灌溉、发电、港口码头） 和进行流域治理时，不仅需要研究河流水文情势，也要考虑 与之相伴的泥沙运动状况。
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上述泥沙粒径频率分布曲线与泥沙粒径累积频率分布曲线统称为泥 沙粒径级配曲线。 天然河流河床的泥沙粒径级配曲线形态会因河流类型不同而不同。
许多山区河流河床泥沙粒径频率分布曲线存在明显的双峰，一个 峰对应粗卵石和细砾石，另一个峰对应粗砂，相应累积频率曲线 呈现为板凳状。这是因为除了较难冲动的粗大卵石以外，细小的 砂子可以填塞到粗大卵石组成的骨架空隙中，冲刷较少，因而含 量较高。当然也有的山区河流床的泥沙粒径频率分布曲线只有一 个单峰。
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比重——固体泥沙颗粒重量与同体积4℃水的重量之比。无量纲，
一般泥沙比重：=2.65
有效容重系数（有效密度系数）：泥沙在水中运动状态，既与泥沙
容重有关，又与水的容重有关，在分析计算时，常出现相对数值，为
简便起见，常取a=1.65.
a s
a s
4
1、坡面侵蚀 流域表层的土壤或岩石碎屑在风吹日晒、水冲以及地球重力的 作用下，从原来所处状态剥离、冲刷、搬运而随径流注入河道 的水土流失过程，称为坡面侵蚀。 坡面侵蚀从形态上又有层状、沟状、陷穴、滑坡、塌岸等侵蚀 类型。
2020年2月1日
当降水发生在较为平整、植被 较差的坡面上所形成的漫流会 将土壤或岩石碎屑成层剥蚀， 即层状侵蚀。
河流动力学第四章 推移质运动
沙莫夫公式
＝1.144
m=1/6 适用范围：
D>0.2mm
岗恰洛夫公式
对数流速分布 适用范围：
0.08－1.50mm
1
Uc 1.144
s
gD
(
h D
)
6
Uc
1.07 lg
8.8h D95
s
gD
§4.2. 泥沙的起动
三、无粘性均匀沙的起动拖曳力
起动拖曳力
0
hJ
U
2 *
Krammer方法：定性标准
最常用的方法 具体内容
♥ 无泥沙运动：静止 ♥ 轻微的泥沙运动：个别动，可数 ♥ 中等强度泥沙运动：少量动，不可计数 ♥ 普遍的泥沙运动：普遍动，床面变形
§4.2. 泥沙的起动
五、与泥沙起动有关的几个问题
泥沙起动具有随机性 泥沙条件 ♥ 大小、形状 ♥ 级配、密度：均匀沙，非均匀沙 ♥ 床面平整、颗粒排列 水流条件 ♥ 水流的紊动 ♥ 流速的大小
♥ 推移质运动达到一定规模，床面起伏 ♥ 泥沙颗粒在床面的集体运动
用途
♥ 推移质运动的一种主要形式 ♥ 构成河床地形的基本元素 ♥ 影响：水流结构，河道阻力，泥沙运动，河床演变
主要内容
沙波形态和运动状态 沙波的产生和消亡
§4.3.1. 沙波形态和运动状态
沙波介绍
名词：波峰、波谷、波长、波高 特点：迎水面：较为平坦、背水面：相对较陡
♥ 悬移质中的较粗部分 ♥ 推移质中的较细部分
同一泥沙组成：表现不同
♥ 水流较强时：悬移质 ♥ 水流较弱时：推移质
§4.1. 泥沙运动的形式
推移质与悬移质间的转换过程
悬移区 床面层 层移区 河床
（悬移质）
河流泥沙的运动规律
浅谈河流泥沙的运动规律摘要：泥沙在河流水流的作用下，有一定的运动形式，沿河底滑动、滚动或跳跃，这种运动形式称为推移质；被水流挟带随水流悬浮前进，这种运动形式称为悬移质。
由于天然河道同一河段流速随时间、沿程发生变化，各河断及各时段在流速较小时，细沙也可呈推移质形式运动；而流速增大时，粗砂也可转化为悬移质。
因此，实际情况中推移质和悬移质处于不断调整中，情况很是复杂。
本文着重讨论了悬移质泥沙的运动规律。
由于脉动，不同瞬时或短历时测量的悬移质含沙量就不会稳定，不能反映它的变化趋势，因此，悬移质含沙量等水文要素的测量应持续一段时间，最好大一个脉动周期。
关键词：河流泥沙；运动；规律；挟沙能力；脉动中图分类号：文献标识码：a该式结构特点表明，河流流速大、泥沙颗粒小、水深浅，则挟沙能力强。
水流挟沙能力一般指各级颗粒的沙源均为充足条件下的平衡含沙量，并不代表水流的实际含沙量，各级颗粒的沙源不充足会出现非饱和输沙，条件特殊时也会出现超饱和输沙。
但是，水流挟沙能力仍是分析河床冲淤或平衡问题的常用概念，当水流挟带的悬移质泥沙超过河段的水流挟沙能力时，这个河段必将发生淤积；反之，则会发生冲刷。
2悬移质的时空分布规律2.1河流泥沙变化的影响因素河流从流域挟带泥沙的多少与流域坡度、土壤、植被、季节性气候变化，降雨强度以及人类活动等因素有关。
河流泥沙随时间的变化，也就取决于这些因素随时间的不同组合和变化。
来源于地势、地形、土壤性质和植被状况等下垫面条件不同的地区河流的洪水，挟带的泥沙将会有显著的差别，多沙河流与少沙河流与流域下垫面状况紧密相关。
另外，对于冲积性河流，其承水河床由长期冲积的泥沙构成，水流流经这样的河段，常会挟带或沉积大量泥沙。
季节性的气候变化对河流泥沙的变化也有一定的影响。
汛前由于降水少，土壤疏松、干燥、抗冲能力差，因此，初夏的暴雨洪水常挟带较多的泥沙，秋末洪水含沙量较少。
降雨强度对河流泥沙的影响是：雨强大，则侵蚀能力强，从而使河流挟带的泥沙增多。
河流动力学第五章
亿t（ ，涪 占陵 长 到江 全河 段 部） 输沙量(D的50=5918m.m 2)%。 (D50=0.14mm)
(D50=4mm)
寸滩水文站资料统计表明，涪陵长江河段多年平均卵石推移
质(D50研=5究1m认m为)输：沙推量移为质2输8.沙97量万与t，悬沙移质质推输移沙质量(D相50比=0，.14在m平m原) 为 60地0万区t河，流而中悬仅移占质到(D总50=的0.输03沙4m率m的)输1%沙~量5为%4；.6丘亿陵t，地占区到河全流部为输沙 量5的%9~81.57%%；。山区河流为15%~30%。
多沙河流中的泥沙输运大部分是以悬移运动的形式 进行的。
例如，长江泥沙以悬移质输沙为主，约占总输沙量的90% 。
在三峡水库蓄水卵 前石 ，推 移 长质 江宜昌站沙 多质 推 年移 平质均的卵石悬 推移 移质质
(沙D量>1约0m宜 寸 为昌 滩 m8站 站 )6年2万输t沙，量而约悬(2D 87> 为.6移9170万 7m 万 质6tm t万)(Dt5，0=沙0.0质(D 351推860=60m020.移2万 万 m1m tt质)m 年)(D输50沙=0量(.D 25则0154=.m.2066达.0亿 亿 m31到tm t)年m 5).输26
由于分子的扩散作用而进入和流出该隔离体的 染色物质的差值为 ：
( g S x v y t t ) [ g S x v t x ( g S x v ) t x ] y t x ( g S x v ) t x y t
y方向：
由于水体流动而进入和流出该隔离体的染色物 质的差值为 ：
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河流泥沙运动学基本理论综述
【摘要】河流泥沙研究主要是研究河流中的泥沙运动规律及特点、泥沙运动基本理论等，进而解决水利工程中对应的河流泥沙问题。
河流泥沙动力学基本理论包括：泥沙的沉降特性、泥沙的起动特性、悬移质运动规律、推移质运动规律、水流挟沙力、非平衡输沙、泥沙运动统计理论、异重流运动理论、波流作用下的泥沙运动理论等[1]。
本文主要对河流泥沙运动学基本理论进行简要综述。
【关键词】河流泥沙运动学；基本理论
河流泥沙学科是一门综合性的基础技术学科，研究泥沙在水体中的输移、悬浮、冲刷、淤积的规律，是水力学科的基础理论之一，包括了泥沙运动力学、河床演变与整治、工程泥沙、航道与港口治理、水土流失与治理等多方面的内容，涉及水文学、水力学、地理学、以及环境与生态学、沉积学等多个学科[1]。
通过对于河流动力学课程的学习和一系列论文的翻阅，现将河流泥沙运动学基本理论的相应进展做以综述，由于能力和资料的有限，望老师批评指正。
1.河流泥沙研究的发展历程
我国河流泥沙研究的历史可追溯至修建都江堰工程时期，李冰父子通过引用鱼嘴分水堤，飞沙堰溢洪道，宝瓶口进水口三大部分和百丈堤、人字堤等附属工程，科学地解决了岷江的泥沙等问题，消除了水患。
今年来，我国的钱宁等老一代科学家通过其不断努力，逐步完善了理论研究体系，形成了一系列系统的学科，且成功的将这些理论运用到实际工程当中，解决了诸如三峡，小浪底等水利工程的泥沙问题
2.我国河流泥沙研究成果
我国是世界上河流最多的国家之一，有许多源远流长的大江大河。
其中流域面积超过1000平方千米的的河流就有1500多条。
我国的水资源具有四大特点：水多、水少、水脏、水混。
其中水混即河流中携带大量泥沙，导致了水土流失严重、河床抬高等一系列严重的问题，以黄河最为严重，这些问题给我过的水利水电工程建设、河道防洪和沿河道人民的日常生活都带来了严重的影响。
由于突出的泥沙问题和资源，我国的泥沙学科发展迅速，取得了巨大成就，研究在世界上也有着极高的地位。
2.1 河流泥沙运动学基本理论
2.1.1泥沙的起动特性
3.结束语
河流泥沙学科是个古老而年轻的学科，它与水文学、水力学、地貌学、地
理学等多种学科相互交叉，相互渗透，呈现出蓬勃的生机。
河流泥沙运动基本理论则是河流泥沙学科中的重中之重，通过一系列的课堂教学与翻阅资料，我们可以看到我国的河流泥沙学科已经在国际上拥有了极高的地位。
本文通过列举一系列的河流泥沙运动基本理论经验公式，大致概括了近年来我国老一辈科学家的科研成果，通过这些公式的不断改善可以看出，通过不断的经验积累和理念突破，我国的河流泥沙运动基本理论研究还将拥有更高的提升。
参考文献：
[1]王光谦. 河流泥沙研究进展[J]. 泥沙研究，2007，02：64-81.
[2]谢鉴衡. 河流泥沙工程学（上册）[M]. 北京：水利电力出版社，1981 .
[3]张瑞瑾，谢鉴衡，陈文彪. 河流动力学[M]. 北京：中国工业出版社，1961 .。