讲义《河流动力学》大学教材课件悬移质运动和水流挟沙力

第五章悬移质运动和水流挟沙力§5-1悬移质概述

＊悬浮是泥沙运动的主要方式之一。就我国的情况说，冲积平原中诸多河流所挟带的泥沙悬移质占主要或绝大部分﹤多沙河﹥。在一部分山区和丘陵地区的河流中，它也占重要位置，这是由地形（质）、水文等条件使然的。§5-1悬移质概述一、如何悬浮？重力作用——泥沙抗拒悬浮的主要因素紊动作用——促使泥沙悬浮泥沙在悬浮过程中所遵循的运动规律，在本质上归结于这两种作用的矛盾统一关系。§5-1悬移质概述

★紊动作用如何抗拒重力作用托起泥沙？在挟带悬移质的水流中，含沙量沿垂线分布不均匀：愈接近底部含沙量愈大，愈接近表面含沙量↓，即沿垂线向存在含沙量的梯度。在一个较长时段中，由于紊动作用上浮的泥沙量多于由于紊动作用下沉的泥沙总量，即在垂向上紊动起着上托泥沙的作用。故含沙量沿垂线的梯度是重力作用与垂向上的紊动作用的产物。§5-1悬移质概述★悬浮机理：

紊动水流上、下流层存在强烈的掺混作用。尽管由于连续定律知：通过单位截面的向上水体等于向下水体的体积，但因含沙浓度上稀下浓，等体积的向上水体可以比向下水体携带更多的泥沙量，产生促使泥沙向上运动的悬浮作用以抗拒重力作用，从而导致泥沙的悬浮。§5-1悬移质概述紊动扩散作用：由于紊动扩散将悬移质从高浓度区向低浓度区扩散的作用。重力＞紊扩作用，泥沙下沉，表现为淤积；重力＜紊扩作用，泥沙悬移，表现为冲刷；重力＝紊扩作用，平衡（S↑），不冲不淤。悬移质运动过程——重力与紊动扩散作用抗衡的过程。§5-1悬移质概述

★影响悬浮的因子？

⑴泥沙粒径、重率、ω重力作用

⑵水流的紊动强度υ′

紊动扩散作用含沙浓度梯度ds/dy

提问：若ω一定，则υ′越大，ds/dy越小时含沙量垂向分布变化？答案：趋向均匀（动态平衡）§5-1悬移质概述问：细沙在静水中能否悬浮？答：颗粒极细的泥沙，虽然重力较水大，但所受的重力作用十分微弱，即便放在在静止的水中，也可以借助分子的扩散作用与重力作用相抗衡，从而发生悬浮现象。这是悬移质存在的一种特殊状态。§5-1悬移质概述二、床沙质和冲泻质﹤仅限于悬移质﹥悬移质的组成很不均匀，因为在一定水流条件下，粒径超过一定限度的泥沙不可能悬浮。对于粗粒径有确定的界限，而细的没有明显的极限粒径。水流的不稳定性及河床形式的不规则性都对之有影响。

§5-1悬移质概述二、床沙质和冲泻质﹤仅限于悬移质﹥

1、概念

⑴床沙质悬移质中较粗的一小部分泥沙，在河床中大量存在。

⑵冲泻质悬移质中较细的一大部分泥沙，在河床中少有或没有。§5-1悬移质概述二、床沙质和冲泻质﹤仅限于悬移质﹥

2、区别

⑴床沙质有充分的供给来源，使这部分悬移质有维持饱和的机会，其饱和含量可以从水流条件与河床组成条件的相互关系中确定。

⑵冲泻质则不同，主要依赖水流从上游带来，在本河段中得不到充分供给（若上游来量超过本河段水流所挟带的限度则发生淤积，反之不可能取得应有的补充），即冲泻质可能是不饱和的，其数量从上游冲蚀条件与本河段的水流相互关系中探索。§5-1悬移质概述二、床沙质和冲泻质﹤仅限于悬移质﹥

3、联系

⑴同属于悬移质，二者在悬浮运动的过程中，对水流紊动有一定影响，而水流紊动又直接关系着含沙量的多少，二者相对含量的大小相互联系、制约。

⑵在一定条件下可以相互转化。由于水流与河床在时间上的不恒定性和在空间上的不均匀性，冲刷和淤积的现象不断发生。一定规模的冲刷现象，通过自然选择过程，使河床逐渐粗化；相反一定规模的淤积现象，则促使河床细化。

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