泥沙运动力学
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。
第三节河流泥沙运动力学的理论与实践
第三节河流泥沙运动力学的理论与实践中国河流，特别是北方河流自古多沙。
多沙河流的水流运动有其特殊性。
这种区别于清水河流的特殊性使多沙河流的治理变得更加复杂。
古代对河流泥沙运动的理论认识起源于春秋战国时期，在两汉取得突出的进步，经过北宋的发展，至明代后期达到高峰。
这些大多处于定性阶段的理论认识在古代世界是领先的，其中一些还在治河实践中得到应用。
一泥沙运动力学的起源与张戎的贡献(一)对泥沙运动的观察水流有清浊之分，古人早有观察和记录。
《诗•小雅•谷风之什》曰：“相彼泉源，载清载浊。
”战国时人解释河水变浊的原因是：“夫水之性清，土者汨之，故不得清。
”②《尔雅•释水》并且具体解释黄河之所以含沙量高的原因是“河出昆仑墟，色白，所渠并千七百一川，色黄。
”晋代学者郭璞(273～324)对黄河之所以黄注解说：“潜流地中，汨漱沙壤，所受渠多，众水溷淆，宜其浊黄。
”即黄河之浊是众支流挟沙汇入所致。
水流含沙是水流的搬运作用。
北宋科学家沈括(1031～1095)曾指出，以黄河为首的华北诸河多浊流，河水挟带的泥沙都是上中游被冲蚀的土壤。
所以他的结论是：“所谓大陆者，皆浊泥所堙耳。
”③并且举例说，舜杀治水失败的鲧于羽山，这个羽山当时是在东海里，现在则在大陆，以为证明，正确地解释了华北平原的成因。
他还认为，浙江温州的雁荡山诸峰挺立，“原其理，当是为谷中大水冲激，沙土尽去，惟巨石岿然挺立耳”。
④那么，泥沙是否能被流水携带，还要看水流的速度与泥沙的粒径和比重。
东汉初年王充(27～97)指出：“湍濑之流，沙石转而大石不移，何者?大石重而沙石轻也。
”⑤而相反的情况则是大哲学家老子所概括的：“浑兮其若浊，孰能浊以止?静之徐清。
”⑥当挟沙水流静止下来的时候，便失去拖曳力和上举力，原来被流水挟带的泥沙随之沉降下来。
在春秋战国时期的水利建设中，已实际应用了水流冲淤的概念。
《考工记．匠人》中说：“凡沟，必因水势；防，必因地势。
善沟者，水漱之；善防者，水淫之。
泥石流动力特征计算 (1)
泥石流的力学特征(1)容重泥石流静力学特征主要指泥石流体或浆体的容重、含水量、物质组成、流变特征、化学性质及其静力特征等。
在一般地区出于泥石流的突发性、冲击力大等条件所限，难以直接测得天然泥石流容重。
一般采用现场调查试验法进行泥石流容重的测定，即在现场请当地亲眼看见泥石流暴发的居民多人，在需要测试的沟段，选取有代表性的堆积物搅拌成暴发时泥石流流体状态，进行样品鉴定，然后分别测出样品的总质量和总体积，求出泥石流流体容重。
在无法取得代表性样品时，根据《规范》中泥石流沟易发程度数量化评分标准，对某泥石流沟进行泥石流沟易发程度数量化评分（详见表4-3），按照《规范》中附表“数量化评分（N ）与重度、（1＋Φ）关系”，可以得到泥石流的容重。
本报告采用后一种方法，查表得到泥石流的容重为m3。
(2)泥石流流速泥石流的流量是泥石流重要的特征值之一。
它不仅反映了泥石流的强度，规模和流体性质，而且决定着防治泥石流工程建筑物的类型、结构和尺寸。
因此，泥石流的洪峰流量是泥石流研究和防治工程中不可缺少的参数。
流速VC 按照铁道部推荐的稀性泥石流的计算公式进行计算:式中： a 1——泥石流中含沙量变化引起的流速修正系数，()5.0111+Φ=H a γ；R ——水力半径(m)，2.5m ；IC ——泥石流水力坡度（‰），用沟床纵坡代替；n ——清水河床糙率系数；Φ——泥石流泥沙修正系数，()()c H c γγγγω--=Φ；c γ——泥石流容重（t/m3），为m3；w γ——清水容重（t/m3），m3；H γ——泥石流中固体物质重度（t/m3）。
根据以上计算公式，泥石流的平均流速为s 。
(3)泥石流流量泥石流流量计算，目前主要有两种方法，一是雨洪法；二是形态调查法。
①雨洪法假设泥石流与暴雨同频率、且同步发生，先按水文方法计算出断面不同频率下的小流域暴雨洪峰流量 (计算方法查阅四川省水文手册)，然后选用堵塞系数，按下式计算泥石流流量：式中：c Q ——频率为P 的泥石流洪峰值流量（m3/s ）； p Q ——频率为P 的暴雨洪水设计流量（m3/s ）；Φ——泥石流泥沙修正系数，查《规范》附表，值为；c γ——泥石流容重（t/m3），为m3；w——清水的重度（t/m3），为；γ——泥石流中固体物质重度；HDC ——泥石流堵塞系数（见表3-8），可查经验表为。
河流泥沙动力学
河流泥沙动力学
河流泥沙动力学被认为是当今流体地质动力学发展的重要一环，它涉及和研究
物质在河流环境中的运动行为，从而影响河流谷地水文发育和河道演化。
河流泥沙动力学研究包括河流、河床、泥沙运动规律、河床修复、河道演化和河道应急护理等课题，在有序治理河流的工程项目的设计和实施中也扮演着重要角色。
鉴于河流泥沙动力学研究的重要性，国内外高校与高等教育机构重视大力发展
河流泥沙动力学教学及科学研究工作。
他们着力提升河流泥沙动力学课程内容的系统性、区域性以及实践性，开展系列重要的研究和试验工作，其中包括有时流体数值模拟系统构建，河流泥沙供需平衡分析，河床及河口质量评价，河口湖泊缓冲效果等。
此外，高校与高等教育机构还努力构建完善的河流泥沙动力学人才培养体系，
其中对专业人才的培养更是着力点之一。
他们采取多种形式，结合实际背景和用途，引进新的教育理念，构筑专业能力模型，提升学生独立解决实际河流问题的能力，进一步提高社会利用价值。
旨在加强学生对河流泥沙动力学知识和技能的学习，培养他们掌握先进理论及运用知识推进河流环境整治的能力。
河流泥沙动力学的研究和发展日益受到高校与高等教育机构的重视，构筑科学
完善的教学体系和人才培养体系，挥洒物质的活力，构建有序的河流管理机制，充分发挥河流泥沙动力学研究的成果，推进河流水环境改善工作，为人类社会所有受益。
泥沙运动力学
泥沙运动力学水力学基础持续介质：流体是由持续散布的流体质点组成的介质。
粘性力：由于存在内摩擦，一层流体对相对运动的另一层流体产生阻力。
牛顿内摩擦定律：牛顿流体粘性切应力与流体切边率成正比关系。
拉格朗日法：着眼于流体质点，跟从流体质点一路运动，记录流体质点在运动进程中各类物理量随所到位置和时刻的转变和规律。
欧拉法：着眼于空间点，把流体物理量表示为时空位置和时刻的函数。
流体无力量在不同时刻的时空散布。
迹线：流体质点在空间运动时所刻画出来的曲线叫做轨迹。
流线：流线是如此的曲线, 于某一固按时刻，该曲线上各点的速度方向与该点的切线方向一致。
理想流体：不可紧缩的、没有粘滞性称为理想流体。
持续方程： 不可紧缩流体：密度为常数，那么和时刻无关。
那么可紧缩定常流：变量与时刻无关。
那么雷诺数：Re=惯性力/粘性力弗洛伊德数：Fr=惯性力/重力伯努利方程：由于有粘滞力因此总能量必然是慢慢减少的。
泥沙特性1.泥沙来源泥沙：在流体中运动或受水流，风力，波浪，冰川和重力作用移动后沉积下来的固体颗粒碎屑。
泥沙的来源：岩石的风化是泥沙的重要的来源。
它包括机械的分离和化学的分解两个方面。
泥沙矿质的组成：长石，石英，云母石，高岭土，氧化铁泥沙特性 有泥沙颗粒的特性和泥沙群体的特性两种。
泥沙颗粒的特性要紧有：①重度，单位体积泥沙颗粒的重量，以千克/米3表示，其数值随泥沙的岩性不同而异，矿物成份主若是石英和长石，泥沙的重度一样约2650千克/米3。
②粒径，泥沙颗粒大小的一种量度，有不同方式表示。
经常使用的有等容粒径即体积与泥沙颗粒相等的球体的直径；筛径,即用具有不同孔径的标准筛,对泥沙进行分筛求出的粒径；沉降粒径，即依照粒径与沉降速度的关系算出的粒径等。
③沉速，指泥沙颗粒在无边界静水内的沉降速度，以米/秒或毫米/秒表示。
它也可作为泥沙颗粒大小的一种量度，故又称泥沙的水力粗度。
沉速综合反映颗粒和水的特性，因此是泥沙运动的一个重要参数。
【国家自然科学基金】_泥沙运动力学_基金支持热词逐年推荐_【万方软件创新助手】_20140802
2012年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19
科研热词 非结构化四叉树网格 非均匀沙 隐格式 边坡侵蚀 输沙率 细沟侵蚀 稳定性条件 浑水 波浪破碎 波浪 波流相互作用 沟间侵蚀 模型 有限元-有限差分 有限体积法 推移质 大块石 分组 shields曲线
2011年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
2011年 科研热词 鳃片 蜿蜒河流 磨损率 研究进展 泥沙运动轨迹 泥沙沉降 泥沙动力学 河弯演变 水沙分离 水下钢球法 推移质 抗冲磨混凝土 动力过程 分离鳃 推荐指数 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
推荐指数 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
2009年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29
科研热词 数值模拟 调流板 自适应网格 滚波 流线 洪水传播 泥沙输移 沉沙池 水环境 水流流态 水动力条件 正弦型曲线 悬沙 弯道 库岸滑坡 小尺度沙波 富营养化 定量模型 多波束海底地貌扫描 基准面旋回 地层样式 固液两相流 可冲刷坡面 双流体模型 南海北部 准三维力学模型 三维κ -ε -κ p模型 三峡库区 k-ε 模型
推荐指数 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
2014年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9
2014年 科研热词 运移 细颗粒 疏浚泥 浊度 泥沙输移 沉水植被 水流运动 吹填 分选 推荐指数 1 1 1 1 1 1 1 1 1
推移质运动
水 流 强 度 增 大
一、泥沙的运动形式
推移质与悬移质的区分
（1）运动是否连续 推移质——间歇性 （2）数量 推移质远小于悬移质（只占5%～10%） （3）河床形态变化 推移质——直接作用 悬移质——通移质与悬移质间的相对性
推移质和悬移质不能绝对分开，之间存在交换
二、泥沙的起动 克雷默定性标准
克雷默曾把推移质运动分为四个阶段：
阶段
无泥沙运动 轻微的泥沙运动 中等强度的泥沙运动 普遍的泥沙运动
泥沙状态
床面沙粒完全静止 个别可数的细颗粒泥沙运动 床面各处均有中等大小以下的泥沙在 运动 各种大小的沙粒均已运动，床面外形 急剧改变
缺点：定性不定量，不同的人，甚至是同一人在不同的情况下，判断 的结果差异较大
①个别起动： ②少量起动： ③大量起动： Pc 3 P u 0 u 0 c u 0 c 1 u 0 1.37 u 0 c 0.159
u0 底流速，u0 c 时均起动流速,Pc 起动概率, u 0 均方差 0.37u0 c
缺点：需要知道起动底流速
二、泥沙的起动
二、泥沙的起动
1.研究历史
时间 1753 1914 1936 1950~1960 1970-今 人物 布朗姆斯 (A. Brahms) 福煦海默尔 (P. Forchheimer) 希尔兹(Shields) 莱恩(Lain) 沙玉清等许多学 者 事件 提出泥沙的起动流速UC与泥沙重量的1/6次方 成正比，与当代对泥沙启动条件的认识一致 系统讨论了泥沙级配、分选和粗化等对起动流 速UC的影响 通过量纲分析提出希尔兹起动曲线，至今广泛 为人们引用 将起动拖曳力的概念应用到渠道设计中，使稳 定渠道的设计建立在更为可靠的理论基础上 对均匀沙、非均匀沙、粘土等的起动进行了大 量的研究
七泥沙的推移质运动
1 概述
按照运动形态的不同，水流中运动的泥沙可分为悬移质和推移质两个部分。推移质通常沿河 床滚动、滑动、跳跃前进，动静间歇，与床面静止的泥沙时常交换，前进速度远较水流速度小。 而悬移质泥沙是在水流中浮游前进，其顺水运动速度与水流运动速度基本上相同。由于推移质沿 着床面运动，运动机理复杂，参数难以精确测量，不确定因素较多。因此，与悬移质相比，推移 质是泥沙研究中相对薄弱的课题。本调研将从泥沙起动、沙波运动、动床阻力、推移质输沙率和 推移质实（试）验等几个方面，对推移质的研究发展动态进行跟踪阐述。
究院，2010）。 对于床沙粒径比较均匀，用中值粒径或平均粒径来计算起动条件，能与实际基本相符。但对
于床面泥沙级配很不均匀的情况，不可能用一个代表粒径来计算起动条件，为此引进临界起动概
率的概念，与之相对应的泥沙颗粒粒径被称为临界起动粒径。根据 Meyer-Peter 和 Einstein 的推 移质输沙率公式，把输沙率很小（接近于零）作为泥沙起动的水力条件，由此得到的临界水力强
=
C
这里，Wc 是泥沙起动的水流功率，C 是常数。
对于某一河床比降和天然沙，式（3）可写为：
qc
=
K
d3/2 S
这里，qc 是泥沙起动的单宽流量，S 是河床比降。
（3） （4）
根据实验资料，Schoklitsch(1934)得到了与式(4)类似的泥沙起动公式，即 qc = 0.0194d / S 4 / 3 ，
动流速 Uc（垂线平均流速）可表示为：
Uc = η
ρs
− ρ
ρ
gd
⎜⎛ ⎝
h d
⎟⎞m ⎠
（1）
式中，ρs, ρ分别是泥沙和水的密度，g 是重力加速度，d 为泥沙粒径，h 是水深，m 是指数，η是 综合系数，可由起动流速实测资料反算。Shamov（1952）根据实验资料，求得η和 m 分别为 1.14 和 1/6。在这类公式中，李保如（1959）公式也有一定的代表性。若垂线流速分布采用对数形式， 则代表性的公式有 Goncharov（1962）和 Levy（1956）公式。
水流挟沙力计算公式研究综述
[5] [4 ]
U ω
0.23
1
Δ h h
0 .04
d2 5 d7 5
0.1 06
（9 ）
赵龙保[1 1]根据椒江口的实测资料，引入前期含沙量的概 念，获得了较为理想的挟沙力经验公式： S f (e ) = a ( U f (e ) ) (Se ( f ) )
m n
（10 ）
（2 ）
ρ Uh m η
U
2
U
0 . 33
B h
0 .3 2 . 85 μ r
gh
ω
舒安平[35 ]从挟沙水 流紊动能量平衡时均方程理论出发， 建立了高含沙水流挟沙能力公式：
Sv = P f (μ ) r k2 fm 8
3/ 2 N
γ U3 m γ γ gR ω s m
曹如轩[ 3 6]利用南科所以及黄河等室内外实测资料，分粒 径组考虑，分别讨论了高含沙水流，建立了以下公式：
/( gR ω )
3
]
1.5 1.5
]
（2 1 ）
S*i = k μ r
α
ω i
β
(Pi
+ P KDPbi )
U3
2．波、流共同作用下的挟沙力公式
刘家驹
[21 ]
γ γ s gRω i γ
（32 ）
认为淤泥 质海岸的主要动力因素是以特征流速 吴伟明[3 1]运用床面泥沙交换机理对平衡输沙水流挟沙力 进行了探讨， 建立了平衡输沙时的非均匀沙分组挟沙力公式： （2 2 ）
Z
第 11 卷
泉与窦国仁的研究，得出的长江口半潮平均挟沙力公式为：
S * = K1 U U + K2 gh ghω
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）
泥沙运动力学
悬移质在运动过程中与推移质和床面泥沙（简称床沙）之间经常发生交换。
其中较粗的颗粒在床沙中大量存在，有机会进行充分地交换，使其含量与水流挟沙能力相等，称为床沙质；较细的颗粒在床沙中很少，当来量不足时不能从床面得到补充，其含量常小于水流挟沙能力，取决于流域来沙量，称为冲泻质。
通常将床沙组成中5%～10%的细颗粒段泥沙视作冲泻质。
悬浮在水流中随水流运动的泥沙颗粒。
天然河流大都属紊流，其中存在着许多尺度不等、具有不同运动速度和旋转方向的涡体。
从床面上掀起的泥沙颗粒进入主流区后，如果遇到向上的紊动涡体，就会被带入更高层的水流中去，并随水流一起运动，成为悬移质。
悬移质在水流中的运动轨迹是很不规则的，沿水流方向的运动速度和水流速度大致相同。
维持泥沙悬浮运动的能量主要来自水流紊动能。
悬移质在运动过程中与推移质和床面泥沙（简称床沙）之间经常发生交换。
其中较粗的颗粒在床沙中大量存在，有机会进行充分地交换，使其含量与水流挟沙能力相等，称为床沙质；较细的颗粒在床沙中很少，当来量不足时不能从床面得到补充，其含量常小于水流挟沙能力，取决于流域来沙量，称为冲泻质。
通常将床沙组成中5％～10％的细颗粒段泥沙视作冲泻质。
单位水体中所含悬移质的质量称为含沙量(kg／m3)。
平衡输沙状态下含沙量沿水深分布可由悬移质运动理论计算。
悬移质运动理论主要有两种。
①扩散理论：20世纪30年代由美国的M.P.奥布赖恩和苏联В.Μ.马卡韦耶夫分别提出。
他们认为在紊动扩散作用下，泥沙从含沙量较高的流层（通常在河底附近）传递到含沙量较低的流层，泥沙扩散强度与含沙量梯度成正比。
这种扩散作用平衡了受重力作用而下沉的泥沙，使含沙量维持恒定分布，据此可得出含沙量沿水深分布公式。
②重力理论:50年代由苏联的Μ.Α.韦利卡诺夫提出，认为挟沙水流在运动过程中所做的功,除了阻力功外,还有悬浮功。
据此，也可导出含沙量沿水深分布公式。
对于重力理论目前有不同认识。
单位时间内通过河流任意断面的悬移质质量称为悬移质输沙率(kg/s)。
泥沙运动力学教学文件(1)
泥沙运动力学Sediment Transport Mechanics第一章概述1. 泥沙运动力学—泥沙在流体中，冲刷（scour）、搬运（transport）和沉积（deposition）的运动规律。
二相：固、液运动：河流、渠道、荒漠、水库、海滨、管路中，在流水、风、波浪作用下运动。
2. 著名产沙河流：黄河：16亿吨/年、土壤剥蚀1.6毫米/年。
总沙量和平均含沙量世界第一。
印度、孟加拉国的恒河：14.51亿吨/年，世界第二。
孟加拉国的布拉马普特拉河：7.26亿吨/年，世界第三。
3. 国内外著名泥沙研究机构：（1）国内大学：清华大学、北京大学、河海大学、武汉大学、大连理工大学、四川大学、天津大学、西北农林科技大学、西安理工大学、华东师范大学、郑州大学、华北水电学院、新疆大学、长沙理工大学、重庆交通大学…（各大学研究侧重点不同）（2）国内科研院所：中国水电科学研究院、南京水利科学研究院、黄河水利科学研究院、长江科学研究院、淮河水利委员会水科所、天津水运工程科学研究院、西北水利科学研究所、…（各单位研究侧重点不同）（3）国家重点实验室：四川大学水力学与山区河流开发保护国家重点实验室（1990）、大连理工大学海岸及近海工程国家重点实验室（1990）、华东师范大学河口海岸国家重点实验室（1995）、武汉大学水资源与水电工程国家重点实验室（2003）、清华大学水沙科学与水利水电工程国家重点实验室（2004）、河海大学水文水资源与水利工程国家重点实验室（2007）、天津大学水利工程仿真与安全国家重点实验室（2011）（4）国外：Colorado State University, The University of Iowa, TheUniversity of Mississippi, Dundee university, Birmingham University, The University of Manchester, Karsluhe University, Delft University of Technology, …美国陆军工程师兵团水道实验站美国农业部国家泥沙实验室美国地质调查局海湾海岸水利科学中心荷兰德尔夫特水力实验室印度水资源部水电研究中心日本中央大学水力实验室挪威水工实验室…（5）国际泥沙研究机构：国际泥沙研究培训中心（International Research and Training Center on Erosion and Sedimentation）(IRTCES),北京4. 泥沙学术会议河流泥沙国际学术会议—1980年第一届（北京），1983年第二届（南京），1986年第三届（美国），1989年第四届（美国），1992年第五届（德国），1995年第六届（印度），1998年第七届（香港），2001年第八届（印度），2004年第九届（宜昌），2007年第十届（俄罗斯），2010年第十一届（南非）国际水力学会学术会议—四年一届，已举办30届（2011年31届川大）国际随机水力学会议—三年一届，已举办12届国际水科学与工程学术会议—三年一届，已举办6届亚太地区国际水力学学术会议—三年一届，已举办13届全国泥沙基本理论学术会议—90年第一届，已举办5届5. 泥沙学术期刊《水利学报》，《地理学报》，《泥沙研究》，《水动力学研究与进展》，《水科学进展》，《水力发电学报》，《海洋学报》，《人民长江》，《人民黄河》，各大学学报《Journal of Fluid Mechanics》《Journal of Hydraulics Engineering》《Journal of Geophysics Research》《Journal of Water, Port, Coastal and Ocean Engineering》《Water Resources Research》《International Journal of Sediment Research》6. 我国河流泥沙研究的二大特点：（1）以黄河为代表：颗粒细，含沙量大，级配窄，悬移质（2）以长江为代表：颗粒粗，级配宽，推移质如都江堰实测：D max=510mm, D min=0.15mm,D max/ D min=3400倍7. 泥沙带来的问题（泥沙灾害）（1）水库淤积：全国20座重点水库的观测资料说明，多数水库运行不足20年，总淤积量即达设计库容的18.6%。
泥沙运动力学
2018年博士生入学考试科目《泥沙运动力学》考试大纲一、要求了解和掌握的内容C1、了解泥沙运动力学的研究内容，掌握泥沙问题在生产实践中的重要性。
C2.1、掌握泥沙的来源以及机械分离、化学分解的类型和原因，了解岩石风化的速度及产物。
C2.2、掌握泥沙群体特性、粒配曲线体现的特性以及平均粒径、中值粒径、等容粒径等计算确定方法，了解细颗粒泥沙的物理化学特性、泥沙的分类。
C2.3、了解浑水的一般性质，掌握浑水容重、含沙量的表示方法和计算公式。
C3、掌握泥沙的沉降过程和沉降状态，掌握球体颗粒泥沙在层流、紊流状态下的重力、阻力的计算方法和公式以及沉速的计算公式，了解天然泥沙颗粒沉速的影响因素和计算方法。
C4、掌握紊流的基本性质、紊动切应力的概念、水流切应力的垂线分布，了解紊流经典理论。
C5、掌握无粘性泥沙颗粒主要受力分析及一般表达式、泥沙运动的主要形式、划分推移质和悬移质的意义及其物理本质的区别、床沙质和冲泻质的概念及其划分的意义。
了解粘性泥沙的受力特点。
C6、掌握沙波的概念及其发展消长的阶段和过程、研究沙波运动意义，了解沙波形成的机理和原因、床面形态的判别方法。
C7、掌握近壁流区的重要性、河道阻力的组成单元、河床河岸及综合阻力的划分及计算方法、垂线流速对数分布公式(7.38)、垂线流速指数分布公式(7.38)，了解水流能量及损失特性、沙粒及沙波阻力的确定方法。
C8.1、掌握泥沙起动的基本概念、起动的表达方式，了解泥沙起动的判别标准。
C8.2、掌握希尔兹(Shields)泥沙起动曲线的特点、起动公式及其推导过程，了解斜坡上的泥沙起动C8.3、掌握按滚动和滑动模式的起动流速受力特性和推导过程，掌握沙莫夫起动流速公式，了解其它流速起动公式以及粘性泥沙的起动。
C9.1、掌握推移质输沙规律的流派及其代表、拜格诺提出的推移质运动遵循的规律、爱因斯坦推移质输沙理论的主要认识。
C9.2、掌握拜格诺、爱因斯坦推移质输沙率公式的推导思路和过程，了解以流速为主要参数的推移质输沙率公式推导过程。
悬移质泥沙输移扩散方程适用条件的讨论
悬移质泥沙输移扩散方程适用条件的讨论张磊;关见朝;王友胜;胡智丹;王协康【摘要】悬移质泥沙的输移扩散是泥沙运动力学的基础问题之一,学者们基于不同理论对其运动规律开展了深入研究.基于已有研究,本文主要讨论了不同理论下扩散方程的适用条件.研究结果表明,传统的Rouse扩散方程及其修正式仅适用于泥沙浓度较低、颗粒惯性小至可忽略的条件;两相流理论下的扩散方程由于未考虑颗粒惯性效应,同样只适用于浓度较低、颗粒较小的条件;近期Snehasis Kundul和Koeli Ghoshal基于漂移速度建立的扩散方程由于考虑了升力、颗粒惯性等因素对悬移质分布的影响,使其适用范围相应变大,但在确定泥沙扩散系数上仍然采用的是经验公式,应用上会受到实验资料的限制.基于动理学理论的扩散模型包括基于PDF方程的扩散方程和弥散方程.两个模型中,除了重力沉降和紊流扩散作用外,由于考虑了升力、颗粒紊动、颗粒惯性等影响因素,其在浓度较高、颗粒惯性较大时仍适用,具有普适性.尤其是弥散方程,能够反映颗粒浓度、颗粒紊动、颗粒碰撞等不同机制对泥沙悬浮的影响,全面阐释了悬移质泥沙扩散背后的力学机理.【期刊名称】《水利学报》【年(卷),期】2018(049)006【总页数】9页(P694-702)【关键词】悬移质;扩散方程;泥沙浓度;颗粒惯性【作者】张磊;关见朝;王友胜;胡智丹;王协康【作者单位】中国水利水电科学研究院,流域水循环模拟与调控国家重点实验室,北京100048;中国水利水电科学研究院,流域水循环模拟与调控国家重点实验室,北京100048;中国水利水电科学研究院,流域水循环模拟与调控国家重点实验室,北京100048;水利部水文局,北京100053;四川大学水力学与山区河流开发保护国家重点实验室,四川成都610065【正文语种】中文【中图分类】TV1421 研究背景悬移质泥沙颗粒具有相对较小的颗粒粒径和较大的比表面积，具有更强的吸附能力，因而与水质变化、有机污染物等的输移扩散密切相关，是影响水环境、水生态的重要因素之一［1-3］。
泥沙特性
第二节 细颗粒泥沙的物理化学特性
一、电化学性质
1、比表面积
颗粒比表面积间接反映了颗粒受到的物理化学作用与重 力作用的相对大小。 比表面积越大，颗粒表面的物理化学作用越突出。
• 均带同号负电荷→相斥 • 分子引力(范德华力)→相吸 • 一般情况： 扩散层薄，粒间力=净引力 扩散层厚，粒间力=净斥力
二、压密过程与物理性质的变化
絮团
絮团聚合体
网架结构
颗粒密集
聚合体破坏
网架破坏
u沙、砾石、卵石类粗颗粒泥沙一旦沉积到河底，不再压密 u细颗粒泥沙，特别是粘土颗粒在沉积时会连结成絮团， 在 自重或其他外力的作用下沉积固结
2、粒配曲线反应的特征
（1）可反映沙样颗粒的总体大小(粒径范围) （2）可反映沙样组成的均匀程度(级配状况) a、b曲线较陡，表示粒 径变化范围窄，组成较 均匀，但a 泥沙颗粒较 粗，b泥沙颗粒较细 C曲线很缓，表 示粒径变化范围 大，各组粒径含 量接近，组成不 均匀，级配良好 d曲线很陡，表 示粒径变化范围 小，组成均匀
粘结水的引力可达到1万个 大气压，密度可达1.2-2.4g/cm3， 等同于固体，具有很大的粘滞 性、弹性和抗剪强度，不能传 递静水压力。 粘滞水的密度可达1.3-1.7 g/cm 3 ，具有较大的粘滞性和抗 剪强度，不能传递静水压力。 束缚水的厚度一般0.1mm， 最厚可达2mm
4、絮团和絮凝现象 分散细颗粒相互吸引，聚合成结构松散、类似棉花团的较 大团粒或团块，称为絮团，絮团形成的过程即称絮凝。 两粘土颗粒相互接近时， 会形成公共的双电层。 颗粒间受力：
泥沙运动力学
泥沙运动力学
一、泥沙运动基本概念，泥沙粒径和密度。
1、泥沙粒径泥沙粒径可以通过测定颗粒沉积时的平均半径来计算。
通常采用沉积岩的颗粒级配曲线求得。
其中石英等长石大多呈悬浮状态，比重较小，其沉积物粒径一般较小，即颗粒密度较小，而粘土和粉砂粒径一般较大，比重较大，沉积物粒径一般较大，即颗粒密度较大。
二、泥沙运动数学模型，浮体的形成。
(1)粘性土的水下堆积，若颗粒具有很高的稳定性(含水量不变)，则会在其中形成粘性土块，使得水流动力增大，从而形成淤塞；(2)不具备这种稳定性的颗粒，在重力作用下就会脱离母体，发生絮凝，使得水流动力降低，最终沉积，并在沉积的地方堆积下来。
三、泥沙运动分析方法，求得泥沙质点密度ρ和运动速度v，以及颗粒形状和级配类型。
四、求解沙波阻力与泥沙相对运动速度之间关系的几种典型模型，求解圆弧和抛物线相交时的沙波阻力，通常采用圆心在圆弧顶点处取向外微偏，可得圆弧两侧沙波阻力。
五、通过试验求解渗透系数和孔隙比，六、描述泥沙运动状态的几种常见的力学参数，泥沙运动的动力。
- 1 -。
地质地形知识：研究地球上的河流泥沙运动
地质地形知识：研究地球上的河流泥沙运动地球上的河流泥沙运动是地质地形学中的一个重要研究领域。
河流泥沙运动是指河水中含有的泥沙、砂石等颗粒物质，在河道中通过水力和重力的作用下进行的多种运动形式。
这种运动不仅对于河流的形态和地貌的形成具有关键影响，同时也在生态环境和土地利用等方面产生了广泛的影响。
河流泥沙运动的机理和影响因素河流泥沙运动是由河水流动力学和水体粒子稳定原理联合作用的结果。
流动力学方面，泥沙颗粒在河道中的运动是由河水流速的差异和水力扰动的作用下产生的。
水体粒子稳定原理是指泥沙颗粒在水体中能保持相对稳定的位置，越小的颗粒越难保持稳定。
河流泥沙运动受多种因素的影响，主要包括河水流速、河道坡度、泥沙颗粒大小和砂粒度。
其中河水流速是决定泥沙颗粒在流体中移动的关键因素，速度越快，颗粒的移动越迅速。
河道坡度是泥沙颗粒始终在向下流动的重要原因，坡度越大，流速越快，泥沙颗粒的运动越迅速。
泥沙颗粒大小也会影响其在河水中的运动性质，由于机械力的不同，不同大小的泥沙颗粒具有不同的特点。
而砂粒度影响泥沙颗粒的堆积和运动，砂粒度主要是指沉积在河床下方的砂粒的大小，影响着泥沙颗粒在河床中的沉积、侵蚀和运动。
泥沙颗粒的运动形式河流泥沙运动的形式主要包括切向流动和横向作用两种。
切向流动是指泥沙颗粒在水流方向上进行的运动，其中包括泥沙颗粒的输运、悬移和底部载荷沉积。
而横向作用指的是横向的水流动力对泥沙颗粒的作用，泥沙颗粒会随着水流的横向变化而发生运动，产生的结果包括点滴侵蚀和岸边侵蚀等。
此外，泥沙颗粒的运动还会形成塑性形变和碎屑磨损等。
这些形成的特征在不同环境下展现出不同的特点。
河流泥沙运动对生态环境和土地利用的影响河流泥沙运动对生态环境和土地利用产生了广泛的影响。
在河流生态系统中，泥沙颗粒的输运对于水生动植物和生态环境的平衡性具有关键影响，对于鱼类和其他水生生物的生长和繁殖环境也有着重要的影响。
此外，泥沙颗粒的沉积也对流域土地利用的产生了影响。
工程泥沙问题研究综述
工程泥沙问题研究综述工程泥沙问题可以简单的定义为受人类活动影响而发生河床或海床变形及有别于自然情况下的泥沙问题。
在实际工程中对泥沙研究目的主要是认识水流中的泥沙运动规律、河床演变规律,进而解决水利工程中的泥沙问题。
研究方向主要分为河流航道工程泥沙问题和海岸工程泥沙问题两大类，其中河流泥沙研究起步较早，而海岸工程泥沙问题是由前者衍生而来的一门新的分支学科，早在公元前256 年的战国末期,当时李冰父子在修建都江堰工程时巧妙地利用了水流泥沙运动规律,工程布局完全符合现代泥沙运动力学原理,使都江堰工程至今已经成功运行至今。
泥沙运动涉及侵蚀、输运、沉积等地貌过程，各种过程涉及的时空尺度变化范围极大。
在一些情况下必须考虑地质构造的上升、下降等大尺度、长时期的过程，有时又必须考虑泥沙起动、悬移等微尺度和瞬时的过程。
正是由于这些特点，河流泥沙研究包含了从宏观到微观多方面的物理现象，因而尽管国内外在河道治理方面不乏成功的例子,但是泥沙学科体系的建立还是20世纪的事情。
19世纪末期，法国的DuBoys第一次提出推移质运动的拖曳力理论。
泥沙学科研究初期，Gilbert 在20 世纪初通过水槽试验研究推移质泥沙的运动规律,最早建立了推移质运动的模式和计算公式。
Rouse等在20世纪30年代初类比分子扩散理论，导出了著名的悬移质泥沙浓度分布公式，至今还在广泛应用。
而后Einstein、Bagnold、Engelund 等人奠定了泥沙学科的基石Einstein 首创用统计方法研究悬移质输沙率和推移质输沙率，导出泥沙挟沙力的计算公式。
特别突出的是能进行非均匀输沙的计算。
此外，Einstein 还定义了冲泻质和床沙质的概念，提出了冲积河流阻力划分与计算方法。
Bagnold 注重泥沙运动的物理本质，用基本物理概念和物理过程描述方法来研究泥沙运动规律，所建立的推移质输沙率、悬移质输沙率计算公式，物理概念明确、理论分析合理，具有较好的计算精度。
泥沙运动力学
1）给出 的初始试算值；
2）用 的试算值计算平均流速。 ，为了查出，需要用到粘性底层 的值
故
3）求出 ，与给定流量值比较。其中 。
重复试算，直至求出正确的 。试算过程如下：
试算值（ ）
（ ）
（ ）
1
0.000131
6.87
1.02
2.11
37.97
1.1
0.000125
7.21
1.01
2.23
40.18
1.05
0.000128
7.04
1.01
2.17
39.07
1.08
0.000126
7.14
1.01
2.21
39.74
1.09
0.000125
7.17
1.01
2.22
39.96
1.095
0.000125
7.19
1.01
2.23
40.07
1.092
0.000125
7.18
4、写出紊动扩散方程推导过程中的各种条件和假定。
答：理论基础是液体的紊动扩散理论，通过把泥沙颗粒或液体微团的运动与分子热运动相比拟得到的，基本方法是用梯度型扩散来描述颗粒随机运动的宏观结果。
1）对于紊动水流，流速和浓度均具有脉动分量，可将流速和含沙浓度的瞬时值分解为时均值和脉动值
2）脉动值的长时间平均为0，分子扩散系数常数。对于二维水流，垂向时均流速为零V=0。均匀流
（2）取 ， 。由 代入数据可得
求得 即取水口高度应大于0.19m.
（2）对于床沙质来说，当它的来量发生永久性变化时，水流对河床发生分选，河床逐渐粗化或细化，使河道的挟沙能力也随而减小或增大；对于冲泻质来说，一般只要床沙组成中的相应部分有小的变化，就可以和来沙的变化相适应，不需要河槽本身作出急剧的改变，正因为如此，所以也把床沙质成为“造床质”，把冲泻质称为“非造床质”的。
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泥沙运动力学水力学基础连续介质：流体是由连续分布的流体质点组成的介质。
粘性力：由于存在内摩擦，一层流体对相对运动的另一层流体产生阻力。
牛顿内摩擦定律：牛顿流体粘性切应力与流体切边率成正比关系。
拉格朗日法：着眼于流体质点，跟随流体质点一起运动，记录流体质点在运动过程中各种物理量随所到位置和时间的变化和规律。
欧拉法：着眼于空间点，把流体物理量表示为时空位置和时间的函数。
流体无力量在不同时刻的时空分布。
迹线：流体质点在空间运动时所描绘出来的曲线叫做轨迹。
流线：流线是这样的曲线, 于某一固定时刻，该曲线上各点的速度方向与该点的切线方向一致。
理想流体：不可压缩的、没有粘滞性流体称为理想流体。
连续方程： 不可压缩流体：密度为常数，那么和时间无关。
那么可压缩定常流：变量与时间无关。
那么雷诺数：Re=惯性力/粘性力弗洛伊德数：Fr=惯性力/重力伯努利方程：由于有粘滞力所以总能量一定是逐渐减少的。
泥沙特性1.泥沙来源泥沙：在流体中运动或受水流，风力，波浪，冰川以及重力作用移动后沉积下来的固体颗粒碎屑。
泥沙的来源：岩石的风化是泥沙的重要的来源。
它包括机械的分离和化学的分解两个方面。
2.泥沙的基本性质泥沙矿质的组成：长石，石英，云母石，高岭土，氧化铁泥沙特性 有泥沙颗粒的特性和泥沙群体的特性两种。
泥沙颗粒的特性主要有：①重度，单位体积泥沙颗粒的重量，以千克/米3表示，其数值随泥沙的岩性不同而异，矿物成分主要是石英和长石，泥沙的重度一般约2650千克/米3。
②粒径，泥沙颗粒大小的一种量度，有不同方法表示。
常用的有等容粒径即体积与泥沙颗粒相等的球体的直径；筛径,即用具有不同孔径的标准筛,对泥沙进行分筛求出的粒径；沉降粒径，即根据粒径与沉降速度的关系算出的粒径等。
③沉速，指泥沙颗粒在无边界静水内的沉降速度，以米/秒或毫米/秒表示。
它也可作为泥沙颗粒大小的一种量度，故又称泥沙的水力粗度。
沉速综合反映颗粒和水的特性，因而是泥沙运动的一个重要参数。
④细粒泥沙表面的物理化学性质，主要决定于颗粒表面双电层和吸附水膜的性质。
细颗粒泥沙的絮凝（见河口泥沙运动）和分散等现象都与双电层和吸附水膜的结构有关。
0=⋅∇+v dt d ρρ0v =⋅∇ const p q =++π22泥沙群体的特性，泥沙总是由无数大小不同、形状不同和矿质不同的颗粒混合而成，呈群体形式存在。
这种泥沙群体主要的统计特性有：①粒径分布，一般颗粒大小差异较大,很离散,常用泥沙颗粒级配曲线表示(图1)。
②泥沙颗粒粒径的算术平均值称算术平均粒径。
③中值粒径，即在泥沙颗粒级配曲线上与纵坐标50％相应的粒径，在全部沙群中，大于或小于这一粒径的泥沙在重量上刚好相等。
用中值粒径概括泥沙群体的粒径能较小受极端值（最大及最小粒径）的影响。
④泥沙群体的干容重和孔隙率，干容重指单位体积泥沙群体内干燥泥沙的重量，以吨/米3计。
孔隙率指单位体积泥沙群体内空隙所占的体积。
⑤均匀沙的群体沉速，当大小相同的沙粒群体的含沙量大于2％左右时，颗粒将相互牵连，混为一体，全部颗粒以同一速度下沉，这种沉速称为均匀沙的群体沉速。
细颗粒泥沙表面的物理化学作用泥沙颗粒愈细，单位体积泥沙颗粒所具有的表面面积（比表面积）愈大。
这时，颗粒表面的物理化学作用常对它的冲刷，输移和沉积起着十分重要的作用。
泥沙颗粒在含有电解质的水中，使得泥沙表面带有一定符号的电荷。
一般泥沙颗粒表面总有负电荷。
由于电荷在静电的吸引作用下，异号离子分布在颗粒周围的水中。
颗粒表面的电荷不仅吸引异号离子，也吸引水分子。
在泥沙表面负电荷的作用下，使靠近颗粒表面的水分子失去了自由活动的能力而整齐的，紧密的排列起来，形成了黏结水。
密度平均是2.0g/cm3。
有强大的黏滞性，弹性，抗剪强度。
这样这些水也就失去了传递静水压力的能力。
围绕在黏结水外面的水分子虽然受到静电引力的作用，但是由于距离颗粒表面的距离远了，所以强度也小了，那么水分子所失去的活力的能力也小了，这部份水称为是黏滞水。
黏滞水和黏结水总称束缚水。
束缚水以外的水体就是自由水。
黏结水和它所含有的离子与颗粒表面组成了双电层的内层，吸附层。
黏滞水和它所含有的离子组成了双电层的外层，扩散层。
决定双电层厚度和电动电位变化的因素有1.泥沙颗粒的矿物质2.水的化学成分。
当水中电解质的离子浓度增大时，反离子向固相表面挤缩，更多的离子从扩散层转移到吸附层，双电层的厚度减少，扩散层的电位也降落。
相反则不同。
絮凝和分散吸引力的强弱与扩散层的厚薄有密切的关系。
加强泥沙颗粒的沉降，就要加强絮凝，那么就要加强水中电解质的离子浓度。
但有一个临界值。
浑水的性质泥沙的沉速沉速的定义：一个孤立的圆球，在无限静止的水体中作等速沉降运动。
受到重力和阻力作用。
绕流：流体绕过置于无限流体中的物体的流动，或物体在无限流体中运动绕流阻力：流体绕过固体时，流体对固体的作用力。
总阻力F D 包括流体的摩擦阻力Ｄ和压差阻力F P 。
流体的摩擦阻力Ｄ是指物体表面切应力在来流方向的总和。
又称肤面阻力。
压差阻力F P 是由物体表面上的压力所引起的合力在来流方向上的分量。
压差阻力取决于物体表面形状，故又称为形状阻力。
单颗粒泥沙的沉降速度泥沙下降的三种状态：滞性状态R ed <0.5，过渡状态0.5<R ed <1000，紊动状态R ed >1000 （沙粒雷诺数R ed ）沉速公式：ω = d C 34gd s γγγ- R ed =ωd/ν 沙粒雷诺数很小的时候。
过渡区的泥沙沉降速度：由上式可以看出:如温度不变,当粒径增大时,属于滞性阻力作用的影响会逐渐减小,并当粒径d 趋于临界值后,滞性因素的作用可以忽略不计,这时只有紊动阻力的因素起着决定作用。
当粒径d 减小时,两种阻力的作用关系与上述情况正好相反。
群体泥沙的沉降速度影响泥沙沉降速度的因子河流与河口的不同1.动力机制不同，即受到径流的影响，也受到潮汐的作用。
2.河口受到潮汐的影响，会有盐水入侵的影响。
会促进絮凝有利于沉降。
颗粒形状对沉速的影响 d<0.01-0.02mm 为临界值边界条件对沉速的影响p D F D F +=含沙浓度对沉降的影响含沙量高：粗颗粒1.向上补充水流，W变小2.引起水流紊动，W变小3.浑水r m 变大，浮力变大，W变小细颗粒1.2.3.4.絮凝，W变大5.粘滞系数变大，W变大水流紊动对沉降的影响絮凝和分散对沉降的影响含沙量影响下的沉速ωs/ω0=(1-S v)m 上式中指数m与沙粒雷诺数(Re d=ω0d/ν)有关介质影响下的沉速ωs/ω0=（V/V m）形状影响下的沉速ωs/ω0=[1-S v/2][1- S v]2/(1+(r s-r)/r*S v)悬移质运动悬移质的产生主要是由于水流的紊动，带起了在作跃移质的泥沙。
悬移质的定义：悬浮在水流中随水流运动的泥沙颗粒。
天然河流大都属紊流，其中存在着许多尺度不等、具有不同运动速度和旋转方向的涡体。
从床面上掀起的泥沙颗粒进入主流区后，如果遇到向上的紊动涡体，就会被带入更高层的水流中去，并随水流一起运动，成为悬移质。
推移质及悬移质的相对重要性1.流速较低时，泥沙基本以滑动，滚动或跃移的形式运动，运动的范围仅限于河床表层以上相当于1-3倍泥沙粒径的区域内，这一区域称为床面层。
2.流速加大后，一部分泥沙进入主流区以悬移的形式运动，一部分泥沙则仍在床面层内以推移的形式运动。
3.随着流速的继续加大，悬移质的相对重要性日益超过推移质。
4.流速超过某一限度后，河床表层一下的层移运动开始出现。
推移质运动和悬移质运动的不同1.运动规律的不同。
2.能量来源的不同。
能量的来源：1.水流的势能 2.水流内部紊动的动能3.泥沙颗粒的势能悬移质运动：水流紊动的动能推移质运动：水流的能量3.对河床作用的不同。
（1）. 悬移质增加了水流的单位容重，加大了水体的静水压力，使的河床稳定性下降（2）.悬移质影响了河床颗粒间的水体。
推移质直接影响了河床颗粒本身。
床沙质与冲泻质的区别床沙质：粗颗粒泥沙可以看成直接自上游河床，是从床沙中带起进入运动的泥沙。
冲泻质：细颗粒泥沙从流域面上冲刷外移以后，在来到河段以前，沿程很少在河槽中停留，基本是一泻千里，保持本来面目。
冲泻质主要以细沙为主，所以主要以悬移的形式运动。
悬移质对水流结构的影响1.悬移质可以在水流上部的主流区提供更多的能量。
2.挟沙水流的流速梯度较大，消耗的能量比较多。
3.悬移质限制了紊动，主要是使紊动尺度减少。
4.挟沙水流的主流区的流速分布遵循对手公式，卡门数变小了。
扩散理论高浓度向低浓度扩散与梯度，浓度有关等于浓度梯度与扩散系数的乘积二度恒定均匀流不冲不淤相对平衡情况下时均含沙量沿垂线分布的方程式：H-Rouse 公式*]1)1([KU W Z ah y h S S Za =--=水流挟沙力在一定的水流及边界条件下，能够通过河段下泄的沙量称为水流的挟沙力。
水流的挟沙包括 推移质和悬移质在内的所有沙量。
影响挟沙力的因素1.水流条件：流速，水深，比降，重力作用2.水的物理性质：容重，黏性3.泥沙的物理性质：容重，沉速，粒径4.边界条件：河床物质，河宽由于悬移质占输沙的主体，推移质一般忽略不计。
Q G S zm =G z 悬移质中床沙的全断面饱和输沙率 Q 流量武汉水利电力学院的公式：m m gR U K S )(3ω=这是一个临界值，>S m 淤积 < S m 则冲刷沙波运动沙波的定义：当泥沙输移时，推移质颗粒还在河床表面作各种不同形式的集体运动，使河床形态面形态也随输沙强度的不同而时时都有改变。
沙波不同发展阶段：平整——沙纹——沙垄——过渡，沙垄消失——平整——沙浪——碎浪——急潭和深潭泥沙扩散方程。