推移质运动

推 移 质
（2）跃移质：流速增大,若滚动泥沙处在上举力突然增大处, 会跳跃起来进入流速较大的水流区,挟带一定距 离后，在重力和向下漩涡的作用下重新回到床面。 这是推移质运动的主要形式。 （3）层移质：流速达到一定限度，河床表面泥沙作剪切运动， 泥沙成层的移动或滚动。 （4）悬移质：流速超过一定数值，紊动强度加强，水流中充满 了大小不同的漩涡，漩涡尺寸大于粒径，向上分 速大于沉速，此时，跳跃中的泥沙会进入主流区 随水流同速前进。
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.研究历史源自文库
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
二、泥沙的起动 2.泥沙的起动条件
泥沙起动：河床表面上静止的泥沙颗粒，随着水流的增强，到一定条 件时开始运动的现象 起动条件：河床表面上的泥沙颗粒由静止状态转化为运动状态时的临 界水流条件
起动条件一般用三种方法（参数）表示： Ø起动流速 Ø起动切应力（起动拖曳力） Ø起动功率
二、泥沙的起动
3.泥沙起动的随机性
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——通过交换发生作用 悬移质——连续性
一、泥沙的运动形式
推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
（1）同一水流中：相互转化
泥沙分布具有连续性，悬沙中较粗的颗粒与推移质中 较细的颗粒交错，悬沙时而滚动，底沙也时而悬浮 。
（2）同一泥沙组成：表现不同
水流较强时：悬移质→推移质 水流较弱时：推移质→悬移质
（3）运动泥沙与静止泥沙发生交换
悬沙→底沙→床沙 →底沙→悬沙
一、泥沙的运动形式
推移质与悬移质间的转换过程
悬移区 床面层 河床 （悬移质） （接触质及跃移质） （床沙）
当存在层移运动时，在床面层与河床之间又要通过层移区 作为过渡： 悬移区 床面层 层移区 河床 （悬移质）（接触质及跃移质） （层移区） （床沙）
一、泥沙的运动形式
推移质与悬移质的差别
（1）运动规律不同 推移质：运动取决于泥沙跳离床面时的受力情况 悬移质：运动不仅取决于泥沙跳离床面时的受力情况， 一、 还受悬浮作用的影响 （2）能量来源不同 推移质：直接消耗水流的机械能 悬移质：仅消耗水流的紊动动能（转化为热能） （3）对河床作用不同 推移质：增加了河床表面的压力，加大了河床稳定性 悬移质：增加了水流的单位容重，加大了水体的静水压力
Pc1 P u 0 u 0 c u 0 c 3 u 0 2.11u 0 c 0.00135 Pc 2 P u 0 u 0 c u 0 c 2 u 0 1.74 u 0 c 0.0277
二、泥沙的起动
输沙率标准：
二、泥沙的起动
亚林颗粒数标准：
m At
D
5
s
式中，m为t时间内从床面面积A内冲刷外移的沙粒颗数 缺点： （1）颗粒数m难以得到 （2）作为一个标准，ε应为一常数，但当粒径变化时，如D2=10D1 ， 则需很大的观察面积A或观察时间t方能保证ε为常数
二、泥沙的起动
窦国仁概率标准：
一、泥沙的运动形式
推移质运动： 接触质
Ø滚动或滑动的泥沙 Ø在运动中始终保持与床面接触
跃移质
Ø在床面附近 Ø以跳跃形式前进的泥沙
层移质
Ø河床表层以下的泥沙 Ø将成层移动或滚动
悬移质运动：
Ø悬浮于水中 Ø并在水流方向与水流以同样速 度前进的泥沙
一、泥沙的运动形式
运动形式随水流条件的变化情况
（1）接触质：流速较大但不太大，泥沙发生运动，主要形式 为滑动和滚动，始终与床面保持接触，为数不多。
Ø 泥沙颗粒本身大小、形状、方位、排列均有随机性 Ø 水流本身具有脉动，脉动本身就是随机的 Ø 受力情况的随机性：受其它颗粒掩盖的随机性 Ø 泥沙组成的非均匀性：无明显的临界粒径
二、泥沙的起动
4.泥沙起动的判别标准
泥沙起动的随机性使得起动条件难以确定，目前还没有 一致的起动标准。
Ø 克雷默定性标准 Ø 亚林颗粒数标准 Ø 窦国仁概率标准 Ø 输沙率标准
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
河流动力学
第二章 推移质运动
同济大学水利工程系
本章内容
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泥沙的运动形式
泥沙的起动 沙波运动 冲积河流的阻力 推移质输沙率
一 泥沙的运动形式
一、泥沙的运动形式
泥沙颗粒按其运动形式的不同，可以分为接触质、 跃移质、层移质及悬移质。
推移质（底沙）： 沿河床表面以滑动、滚动、 跳跃方式运动的泥沙。 悬移质（悬沙）： 悬浮在水中，基本上随水流 以相同速度运动的泥沙。 接触质 推移质 跃移质 层移质 悬移质