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河流泥沙(river sediment),河水挾帶的岩土顆粒。

1基本介紹

河水挾帶的岩土顆粒。泥沙輸運是河流中重要的水文現象,它對於河流的變遷有重大的影響(見河床演變)。中國黃河是世界著名的多沙河流,《漢書·溝洫志》記:「河水重濁,號為一石水而六斗泥」,表明中國古時對黃河泥沙已有定量的認識。

2泥沙特性

有泥沙顆粒的特性和泥沙群體的特性兩種。泥沙顆粒的特性主要有:
①重度,單位體積泥沙顆粒的重量,以千克/米3表示,其數值隨泥沙的岩性不同而異,礦物成分主要是石英和長石,泥沙的重度一般約2650千克/米3。
②粒徑,泥沙顆粒大小的一種量度,有不同方法表示。常用的有等容粒徑即體積與泥沙顆粒相等的球體的直徑;篩徑,即用具有不同孔徑的標準篩,對泥沙進行分篩求出的粒徑;沉降粒徑,即根據粒徑與沉降速度的關係算出的粒徑等。
③沉速,指泥沙顆粒在無邊界靜水內的沉降速度,以米/秒或毫米/秒表示。它也可作為泥沙顆粒大小的一種量度,故又稱泥沙的水力粗度。沉速綜合反映顆粒和水的特性,因
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而是泥沙運動的一個重要參數。
④細粒泥沙表面的物理化學性質,主要決定於顆粒表面雙電層和吸附水膜的性質。細顆粒泥沙的絮凝(見河口泥沙運動)和分散等現象都與雙電層和吸附水膜的結構有關。

3群體特性

群體特性,泥沙總是由無數大小不同、形狀不同和礦質不同的顆粒混合而成,呈群體形式存在。這種泥沙群體主要的統計特性有:
①粒徑分佈,一般顆粒大小差異較大,很離散,常用泥沙顆粒級配曲線表示(圖1)。
②泥沙顆粒粒徑的算術平均值稱算術平均粒徑。
③中值粒徑,即在泥沙顆粒級配曲線上與縱坐標50%相應的粒徑,在全部沙群中,大於或小於這一粒徑的泥沙在重量上剛好相等。用中值粒徑概括泥沙群體的粒徑能較小受極端值(最大及最小粒徑)的影響。
④泥沙群體的干容重和孔隙率,干容重指單位體積泥沙群體內乾燥泥沙的重量,以噸/米3計。孔隙率指單位體積泥沙群體內空隙所佔的體積。
⑤均勻沙的群體沉速,當大小相同的沙粒群體的含沙量大於 2%左右時,顆粒將相互牽連,混為一體,全部顆粒以同一速度下沉,這種沉速稱為均勻沙的群體沉速。

4泥沙分類

泥沙按粒徑特性和輸移特性分類。按粒徑特性分類較著名的有:阿特爾貝里分類,創於19世紀初期,1927年為國際土壤學會所採納,在歐洲廣泛應用;溫特沃思分類,1947年美國地球物理學會制訂的新分類標準與溫特沃思分類基本相同。
按泥沙輸移特性分為推移質和懸移質(見河流泥沙運動)。在懸移質泥沙中,部分細顆粒泥沙隨水流一瀉千里,不在河槽中沉降,不參與河床泥沙的交換,稱沖瀉質或非造床質;其餘較粗顆粒則參與河床泥沙的交換和沖淤變化,稱為床沙質或造床質。推移質一般僅占懸移質泥沙的5~10%,在山區河流,有時可佔10~20%或更多。
中國沙玉清於1947年研究泥沙分類,在傳統分類的基礎上提出了比較全面的泥沙分類(表1)。

5含沙量和輸沙量

單位體積渾水中所含泥沙的數量稱含沙量,單位為千克/米3。一定時段內通過河道某斷面的泥沙數量稱為該時段的輸沙量,單位為千克或噸。表2為中國某些河流多年平均含沙量和輸沙量。  輸移泥沙的時空分佈  河流含沙量隨時間而變化。一年中最大含沙量出現在汛期,最小含沙量在枯水期。在一次洪水過程中,最大含沙量稱沙峰。沙峰不一定與洪峰同時出現,一年中首場大洪水的沙峰常比洪峰出現早,以後則可能同時出現,也可能沙峰滯後於洪峰(圖2)
含沙量沿水深的分佈,通常在水面處最小,河底處最大。懸移質中粗粒泥沙含量近河底很大。自河底向上則急劇減小。較細的顆粒,如粉砂和粘土,沿水深的分佈則較均勻。含沙量沿水深基本呈某種指數曲線分佈,指數值與泥沙顆粒的大小和水流條件有關。由於水內各種副流的影響,最大的含沙量也可能不在靠近河底,而是在河底以上的某一位置。
含沙量在河流橫斷面上的分佈隨斷面上水流情況不同而異。如水流在斷面上的分佈比較均勻,含沙量的橫向分佈較均勻。如水流情況較複雜,則含沙量的橫向分佈往往很不均勻。含沙量沿河長的分佈,一般從上游向下游遞減,也取決於流域產沙特性、河道特性和支流匯入等因素的影響程度。黃河中游流經黃土高原,沿途有高含沙量的支流匯入,因而含沙量反而沿程增加,下遊河床開闊,大量泥沙落淤,含沙量才趨向減小。

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