搬运作用

（四）水流流动强度——急流、缓流与福劳德数
急流——水流在障碍物处形成浪花，迅速越过，上部水面略有升高， 不向上游传播，影响范围较小。
缓流——水流在障碍物前形成跌落，在障碍物后形成壅高，向上游传 播能力强，影响范围较大。
临界流——介于上述两者之间。
急流
缓流
急流（a）缓流（b）遇到障碍物时的流动特点
2） Px与 Py形成合力＞ W与Pf形成合力，则以滚动方式，如砾石；
3） Py与W反复无常变化时，则以跳跃方式，如砂粒；
4） Py始终大于 W时，则以悬浮方式，如粉砂、粘土。
跳跃方式搬运理想模型
伯诺利方程： p/ρ+gy+v2/2=常数
p --- 压力
ρ---水密度
y --- 距床沙底面的高度 v --- 流速
摩擦力 和粘结力
推移力
①浮力 ②紊流产生的上升涡力
合力
重力
河床底部
③压力差产生的上举力
4）底部摩擦力（Pf）
5）颗粒间的粘结力（Pc）
Px、 Py增大有利于颗粒搬运，而W、Pc、Pf增
大则不利于颗粒搬运。 若：
水流对碎屑颗粒的三种搬运方式 （R.C.Selly，1982）
1） Px＞（ W+ Pc+ Pf）－ Py ，则以滑动方式，如砾石；
（华东水利学院，1979）
福劳德数（Fr）与地质意义
水流强度判断依据——福劳德数（Fr），（无量纲）。 Fr=惯性力/重力
= v / gh
v——流速 g——重力加速度 h——水深
分类与地质意义：
1. Fr >1， 水流强度为急流，也称高流态，对 床砂形体破坏大。
2. Fr <1， 水流强度为缓流，也称低流态，对 床砂形体破坏小。
ρ——密度 v——平均流速 d——管道直径 υ（η）——粘滞系数 对于管道流，Re＜2000为层流，Re＞2000为紊流，Re=2000为临界流。粘滞力大时水体 易为层流，惯性力大时水体易为紊流。
地质意义：
1.任何水体都存在层流和紊流两种流动状态。层流的深度与雷诺数为反相关关 系。
2.层流有利于沉积物沉积。 3.紊流有利于沉积物搬运。
3. 生物搬运与沉积作用（后者大于前者） 对象：岩石、水、大气中的元素。 方式：光合作用、新陈代谢等形式。 机理：受生物物理、生物化学、生物生理定理支配。
（三）流体类型
风和水都是流体，也是搬运和沉积的主要介质。 分为：牵引流、沉积物重力流。 1. 牵引流
介质里含有少量沉积物质，在介质的推动下运动，沉积物处于被动状态，大 多情况下沉积物由高处向低处运移，有时也可以由低处向高处运移。例如风流、 河流、湖流、海流、波浪流、潮汐流、等深流等。 搬运力：
牵引力（推力）——与流体的流速呈正相关关系。如山区河流或洪流，流速 高、牵引力大，搬运的砾石大，但搬运的数量不一定多。
载荷力（负荷力）——与流体的流量呈正相关关系。如平原河流，流量大、载 荷力大，搬运的碎屑数量大，但搬运的颗粒小。
注：牵引力大不一定载荷力也大，反之亦然。 2. 沉积物重力流
介质里含有大量沉积物质，呈悬浮态高密度混合一起，在重力下运动，沉积 物处于主动状态，沉积物都是沿斜坡由高处向低处运移。例如泥石流、浊流等。 搬运力——重力。 注： 随着密度降低，沉积物重力流逐渐转变为牵引流。
第十五章 搬运、沉积作用与碎屑物
一、概述
风化产物及其他沉积物除部分残留原地外，大部分将被搬运到沉 积盆地沉积下来。据统计，河流每年约搬运165亿吨物质，海洋中每 年新生成的岩石圈物质约300亿吨 (黄润秋，1997)。
沉积物的搬运作用和沉积作用常交替进行，并且在过程中也继续 发生着风化作用，如化学分解、机械破碎等。三个作用阶段密切联系、 又相互独立。
流速梯度 dv dz
水流方向
河道底部 0
流速
（二）内摩擦定律
F=ηA dv
dz
τ=η dv
dz
F ——内摩擦力（牛）
η ——动力粘滞系数（Pa.S）（与流体和温度有关）
A ——接触面积（m2）
dv ——单位层内上下流速差
dz ——单位层厚度
dv dz
——流速梯度（秒-1）
τ——剪切应力（F/A）
应用：凡符合于牛顿内摩擦定律的流体，称为 牛顿流体，如牵引流。 凡不符合于牛顿内摩擦定律的流体，称 为非牛顿流体，如沉积物重力流。
雷诺（Reynolds Number ，英国物理学家，1883）提出实验室的临界流速计算公式。
紊流
层流
紊流层流Βιβλιοθήκη 管道和明渠流条件下层流（A）与紊流（B）关系示意图（曾允孚和夏文杰，1986）
雷诺数与地质意义
水流状态判断依据——雷诺数（Re ），（无量纲）。 Re =惯性力/粘滞力 =v dρ/η = v d/υ
3. Fr ≈1， 水流强度为临界流，也称过渡流态。
实验室水道沙床上各种床沙类型特征与水流强度的关系 （曾允孚和夏文杰，1986）
三、机械搬运与沉积作用
（一）牵引流搬运与沉积作用 1.水的机械搬运与沉积作用
（1）沉积物受力分析与搬运方式
水流对底载荷施加的力包括：
浮力和上举力
合力
1）有效重力（W）=重力－浮力 2）水平推移力（Px） 3）垂直上举力（Py）
（三）水流流动状态——层流、紊流与雷诺数
自然界的水流流动状态分为： 层流——流速缓慢，各质点的流速、方向不变，呈平行线状，分层流动。 紊流——流速湍急，各质点的流速、方向随时间而变，运动轨迹不规则，
质点混乱、呈漩涡状。 临界流——介于上述两者之间。 注： 随着水流的粘度、密度、管道直径因素改变，流动状态可以转化。转 变时的流速称为临界流速。
二、与沉积学相关的流体力学基本原理
（一）内摩擦力（F）
河水流动中，水流受河道摩擦影响，流速由河床底部的零值开始， 向上逐渐增大，各微层水流速不同，产生相对运动，快层对慢层沿流 向产生拖力，慢层对快层反流向产生阻滞力。 内摩擦力（F ）——作用在流体内部两微层接触面上，大小相同、方
向相反的一对力。
河流表面
（一）搬运介质 水（河、湖、海、地下水等） 空气（风） 冰川 生物
（二）搬运与沉积方式
1. 机械搬运与沉积作用 对象：碎屑、粘土以及内源颗粒（鲕粒、生物碎屑等） 。 方式：滑动式、滚动式、跳跃式和悬浮式。 机理：受流体力学定理支配。
2. 化学搬运与沉积作用 对象：化学溶解物（真溶液、胶体）。 方式：真溶液、胶体或络合物形式。 机理：受化学、物理化学定理支配。