推移質(zhì)又被稱為床沙載荷、底載荷、推移載荷或牽引載荷,它指的是那些在水流中沿河底滾動(dòng)、移動(dòng)、跳躍或以層移方式運(yùn)動(dòng)的泥沙顆粒,這些顆粒在運(yùn)動(dòng)過程中與床面泥沙(簡(jiǎn)稱床沙)之間經(jīng)常進(jìn)行交換。
推移質(zhì)運(yùn)動(dòng)的強(qiáng)度與水流參數(shù)之間的數(shù)學(xué)關(guān)系,是由漢斯·愛因斯坦(H.A. 阿爾伯特·愛因斯坦)等泥沙學(xué)者通過結(jié)合概率論和力學(xué)的方法推導(dǎo)出來的。他們將推移質(zhì)理論與懸移質(zhì)擴(kuò)散理論相聯(lián)系,這些理論工作對(duì)泥沙研究的發(fā)展產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。
推移質(zhì)在河床地貌的塑造、河道整治、水庫淤積計(jì)算、閘壩設(shè)計(jì)、航道穩(wěn)定等方面起到重要的作用,尤其在山區(qū)河流中,其重要性更為顯著。
推移質(zhì)
水流沿河床流動(dòng)時(shí),床面上的泥沙顆粒受到水流拖曳力和上舉力的作用。當(dāng)水流作用力或其對(duì)某支持點(diǎn)的力矩大于泥沙顆粒在水中有效重量和顆粒間的摩擦力(對(duì)細(xì)顆粒泥沙還有顆粒間的粘結(jié)力)或其對(duì)相應(yīng)支持點(diǎn)的力矩時(shí),泥沙顆粒將從靜止?fàn)顟B(tài)轉(zhuǎn)入運(yùn)動(dòng),稱為泥沙的起動(dòng)。泥沙起動(dòng)時(shí)的水流條件稱為泥沙的起動(dòng)條件,以水流拖曳力、平均流速或水流功率來表示,分別稱為起動(dòng)拖曳力、起動(dòng)流速和起動(dòng)水流功率,可根據(jù)理論公式或經(jīng)驗(yàn)關(guān)系確定。
泥沙顆粒的運(yùn)動(dòng)方式與水流強(qiáng)弱、顆粒大小和形狀及其在床面所處的相對(duì)位置有關(guān)。對(duì)于相同組成的床沙,如流速較小,泥沙顆?;旧献魍埔瀑|(zhì)運(yùn)動(dòng)。流速加大后,一部分泥沙顆粒躍離床面進(jìn)入主流區(qū),懸浮在水中,隨水流運(yùn)動(dòng),成為懸移質(zhì);一部分泥沙顆粒仍在床面附近作推移運(yùn)動(dòng),但推移層厚度增大。水流進(jìn)一步加強(qiáng),轉(zhuǎn)化成懸移質(zhì)的泥沙顆粒越來越多,達(dá)到一定強(qiáng)度后,床面的泥沙顆粒出現(xiàn)成層的運(yùn)動(dòng),也屬于推移質(zhì)范疇。某種泥沙在一定水流條件下是作推移質(zhì)運(yùn)動(dòng)還是作懸移質(zhì)運(yùn)動(dòng),由水流和泥沙特性決定。
推移質(zhì)在運(yùn)動(dòng)過程中與床面泥沙(簡(jiǎn)稱床沙)之間經(jīng)常進(jìn)行交換。當(dāng)存在懸移質(zhì)時(shí),推移質(zhì)與懸移質(zhì)之間也經(jīng)常發(fā)生交換。
泥沙運(yùn)動(dòng)達(dá)到一定強(qiáng)度后,床面會(huì)出現(xiàn)波浪起伏的形態(tài),并隨水流緩慢移動(dòng),稱為沙波。在不同水流條件和床沙組成情況下,沙波具有不同的形態(tài)和尺度。迎水坡長而平,背水坡短而陡,尺寸較?。úǜ?.5~2.0cm,波長1~15cm)且與水深無關(guān)的稱為沙紋;形狀與沙紋相似,但尺寸較大,且與水深有關(guān)的稱為沙壟;兩坡對(duì)稱,猶如水面波浪的稱為沙浪;沙浪運(yùn)動(dòng)方向與流向相反的稱為逆行沙浪(見圖)。沙波形成條件、尺度和運(yùn)動(dòng)速度,可由理論或經(jīng)驗(yàn)關(guān)系確定。單位時(shí)間內(nèi)通過河流任意斷面的推移質(zhì)質(zhì)量稱為推移質(zhì)輸沙率(kg/s),推移質(zhì)輸沙率可以現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量,也可根據(jù)理論或實(shí)驗(yàn)式,用水力、泥沙因子資料來估算。推移質(zhì)輸沙率公式有:①以大量實(shí)驗(yàn)工作為基礎(chǔ)建立起來的經(jīng)驗(yàn)公式,如梅耶-彼得公式;②根據(jù)某些物理學(xué)概念,通過一定力學(xué)分析建立起來的公式,如拜格諾公式;③用力學(xué)分析和統(tǒng)計(jì)理論相結(jié)合的方法建立起來的理論公式,如阿爾伯特·愛因斯坦公式。此外,還有一些用因次分析方法或其他方法建立的經(jīng)驗(yàn)和半經(jīng)驗(yàn)公式。
參考書目
錢寧、萬兆惠:《泥沙運(yùn)動(dòng)力學(xué)》,科學(xué)出版社,北京,1983。
參考資料 >
前言.清華大學(xué)出版社.2024-04-02