悬移质泥沙

电力科学术语

在水流中悬浮运动的泥沙。悬移质多为细沙和黏土颗粒，是河流输沙量的主要部分，它常给水利水电工程带来一系列问题，如水库淤积、河道演变、引水渠首及渠系的淤积等。研究悬移质沿垂线分布问题有两种理论，即扩散理论与重力理论。按照泥沙相对粗细及来源不同悬移质又分为床沙质与冲泻质。

释义

扩散理论与重力理论

扩散理论认为，泥沙能被悬浮并远距离输送，主要受水流的紊动扩散作用。由床面的剪切作用产生的紊动漩涡在向主流区上升时，能将含沙量较高的下层水流输送到含沙量较低的上层水流中。同时，泥沙由于重力作用而下沉，在两者共同作用下，泥沙以一定的分布形式在水流中悬浮，并能远距离输送。重力理论的主要概念是为使悬移质泥沙在水流中不下沉，水流要付出一部分能量以保持泥沙悬浮，即水流要付出悬浮功。根据能量平衡原理，推导出悬沙沿水深分布规律。

悬移质含沙量的垂线分布

悬移质沿垂线分布是不均匀的，通常接近床面处的含沙量最大，水面附近含沙量最小，其分布可用扩散理论导出的下列方程表示：

式中h为水深;Sy，Sa分别为距床面距离为y和a处的含沙量;z=ω/ku*;ω为泥沙沉速;k为卡门常数;u*为剪力流速。在通常流速条件下，细颗粒泥沙Z值小，下层水流的含沙量远大于上层水流。

床沙质与冲泻质

悬移质粒径是不均匀的，其中较粗的部分在床沙组成中大量存在，称为床沙质，较细的部分是床沙中少见的，称为冲泻质(或分别称作造床质与非造床质)。两者间既相区别又相联系，其界限与水流强度有关。划分床沙质与冲泻质在建立悬移质挟沙能力公式方面有重要意义。因水流中的冲泻质含量决定于河流上游的补给条件，和水流条件无密切关系。水流中的床沙质含量则和水流条件、床沙组成存在较好的力学关系。常采用的划分床沙质与冲泻质的方法是取床沙级配曲线上相应于5%～10%的粒径，作为界限粒径。

特性

悬移质在水流中的运动轨迹很不规则，但它在水流方向的运动速度大致与水流速度相当，维持泥沙悬浮的能量主要来自水流的紊动能。悬移质与推移质之间经常进行交换，泥沙颗粒在一个时刻以悬移质形式运动，在另一个时刻可能以推移质形式运动。悬移质通过推移质与床沙间也存在着交换，当交换处于平衡状态时，河床将保持相对稳定，否则，就要发生相应的冲淤变化。悬移质中较粗的颗粒在床沙中大量存在，有机会与床沙进行充分交换，其含量与水流有明确关系，属于床沙质；较细泥沙颗粒在床沙中很少，主要来自于上游流域来沙量，属于冲泻质。

单位水体中所含的悬移质泥沙数量称为含沙量，也称含沙浓度。水流中含沙量的分布是不均匀的，一般床面附近较大，水面处较小。平衡条件下悬移质含沙量沿水深分布，可由悬移质运动理论（如扩散理论）来确定。单位时间内通过河流某一过水断面的悬移质泥沙数量称为悬移质输沙率。床沙质输沙率可通过悬移质输沙率理论或经验公式，用水力、泥沙因素资料来估算。

大多数平原河流，悬移质数量占总输沙量的绝大部分，即使山区河流，悬移质所占比重也很大。悬移质对水库、渠道及平原河流的冲淤变化有重要作用。

应用

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。

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