对悬移质的认识及国内外研究现状

对悬移质的认识及国内外研究现状一、悬移质泥沙的定义从河流泥沙的基本存在形式上划分，有部分在河流中处于运动状态的泥沙，这些泥沙又因为运动形式的不同分为推移质和悬移质两类。悬移质泥沙是其中远离河床表面，悬浮于水中，随水流浮游前进的泥沙，又被称作悬沙。悬移质泥沙被水流挟带向前，运动是连续的，运动的速度基本与水流的速度保持一致。二、悬移质泥沙的特性（一）、悬移质运动特点河流中随水流浮游前进的是悬移质泥沙，它们的运动轨迹是紊乱的，时而浮至水面，甚至和底沙发生置换，但总体上仍是与水流同步运移的。河流挟带的悬移质泥沙在输移过程中不断地变换着“角色”。随着水流强度与河床边界条件的沿程变化，有时挟沙水流要将一部滤懿福清精积到床面上；有时挟沙水流又从床面上扬起一部分泥沙，使悬移质得到补充。正是这种变换产生了河床的冲淤变化，并决定着河床演变的强度和方向。（1）、河流蚀山造原的过程中，悬移质至少在数量上起着更为重要的作用。例如，寸滩站年均悬沙输沙量4.6亿吨，底沙600万吨，悬沙占98.7%；嘉陵江北碚站年均悬沙量1.18亿吨，底沙5~8万吨，悬沙99.3%。（2）天然河流中床沙、推移质和悬移质泥沙中，悬移质泥沙最细，非均匀性最大。（3）与推移质泥沙运动规律不同，悬移质泥沙在水中悬浮前进，时而上浮，时而下沉，留下只有统计学机遇性质而无力学必然规律的迹线。（4）推移质泥沙运动的间断性强，而悬移质泥沙运动的持续性一般是相当大的。（二）、泥沙悬浮机理比水重的悬移质泥沙之所以能悬浮、长距离输移而不沉落，是因为悬移质泥沙除了受重力作用外，还受水流的浮托挟带作用。确切地说，是悬移质泥沙受水流的紊动扩散作用*，使其抗拒重力作用而悬浮。紊动扩散作用来源于水流自身的紊动，即河道中紊流流速的脉动，使各层水流间发生强烈的混掺。以混掺涡体为载体悬浮于水中的泥沙也参与流层间的混掺，向上混掺的涡体自然会使泥沙向上悬浮。就恒定流时均情况而言，根据脉动水流的连续性原理，流层间混掺的上浮量应总是等于下沉量。但是，由于悬移质含沙浓度通常总是河底高，沿水深向水面递减，这种含沙量沿垂线不均匀分布称为含沙量梯度。所以，上浮水体中的泥沙含量总多于下沉水体中的泥沙含量，从而产生了悬移质泥沙上升悬浮的效果。*紊动扩散现象：含沙量浓度的不均匀性引起泥沙从高浓度区（河底）向低浓度区（水面）的扩散现象。悬移质运动取决于紊动扩散和重力沉降这两种作用的对比关系，它影响着河床演变的过程和方向。当重力作用强于紊动扩散作用时，下沉胜过上浮，结果水体中的悬移质含沙量逐渐减小，垂向分布趋于不均匀，表现为河流泥沙的一个沉降淤积过程。当紊动扩散作用超过重力沉降作用时，上浮胜过下沉，水体中的含沙量便逐渐增加，垂向分布趋于均匀，表现为河流泥沙的一个上扬冲刷过程。如果紊动扩散作用与重力沉降作用处于动态平衡时，则水流中的悬移质泥沙分布也呈动态稳定。各流层含沙量基本保持不变，河流表现为不冲不淤的相对平衡状态。含沙量梯度的大小取决于紊动扩散和重力沉降两者相互制约关系。在同一水流条件下，如果悬移质粒径较粗，重力作用较强就需要较大的紊动扩散与之抗衡，这样必然导致含沙量梯度增大，使悬沙分布趋于不均匀。反之，若是粒径较细，则必然使含沙量梯度减小悬沙分布趋于均匀。（三）、床沙质与冲泻质定义：床沙质：悬移质中可以与床沙相互交换的这一部分泥沙。冲泻质：悬移质中较细的、与河床基本不发生关系的那—部分泥沙。划分床沙质与冲泻质的意义：（1）床沙质的输沙率可用水流挟沙能力公式计算，冲泻质的输沙率只能采用水文测验或流域产沙计算方法来估算。（2）在研究一般河床冲淤变化时，主要考虑床沙质，在分析水库和渠道淤积时，必须考虑冲泻质。床沙质与冲泻质的划分：床沙质与冲泻质的划分关系到理论上和生产实践上一系列问题的处理,一般可分为3类:理论方法、半经验半理论方法、经验方法.（1）理论方法.主要有:沈学汶方法,他认为对于特定的河流和一定的水流条件来说,可以绘出不同粒径泥沙的挟沙能力曲线和流域来沙量曲线,与两条曲线交点相应的泥沙粒径就是床沙质与冲泻质的分界粒径.王尚毅方法认为,如果由于悬沙的存在而消耗的紊动能可从悬沙提供给水流的势能中取得补偿而有余,这样的悬沙就是冲泻质。（2）半经验半理论方法：不少泥沙工作者根据某种考虑或假设建立起分界粒径与水流泥沙因子的关系式,再针对某具体河流或河段的实测资料确定公式中的待定系数和指数.这样的计算方法，往往因由实测资料去率定公式中的待定系数和指数,使得公式的理论性在一定程度上有所失真,其实用性也难免受到限制。（3）经验方法：目前习惯用的是一些较为简单的经验处理方法.主要有:公切线法、拐点法、固定粒径百分比法、及固定粒径法等。