泥沙

[外文]：sediment

天然水流中所挟带的固体颗粒。主要来源于流域内水流对地表物质的侵蚀，包括风蚀，在入海河流的河口段还有沿岸海流涨潮时带入的泥沙。从流域地表冲蚀下来的泥沙数量，通常用侵蚀模数（也称输沙量模数）衡量，单位为吨/平方公里。

河流泥沙的矿物成分依流域地质条件而定。主要是氧化硅，其次为氧化铝、氧化铁。钙、镁、磷的氧化物含量极微。较粗的泥沙颗粒，由于经常沿河底运动，相互碰撞和摩擦，故呈圆形或椭圆形；较细的颗粒，因经常悬浮于水中，其中大多数又是较粗颗粒破碎后的坚硬部分，故常呈不规则的棱角状。

泥沙颗粒的大小，通常用泥沙的直径来表示。但由于泥沙形状不规则，直径不易直接测定，理论上采用等容粒径，即与泥沙颗粒体积相等的球体直径来表示。等容粒径简称粒径，常用单位为毫米，较大的用厘米。单位体积泥沙的重量称为容重，单位为吨/立方米或克/立方厘米。泥沙在静水中下沉到一定程度，泥沙重力等于阻力时，泥沙会匀速下沉。泥沙在静水中的均匀沉降的速度称为泥沙的水力粗度，以厘米／分或厘米／时表示。泥沙的颗粒组成特征可用泥沙的粒配曲线表示。此曲线的横坐标表示泥沙颗粒直径，纵坐标表示小于此种粒径的泥沙在全部泥沙中所占的百分数，常绘在对数概率坐标纸上。

根据泥沙运动情况，可将泥沙区分为推移质、跃移质和悬移质。由于跃移质是推移质和悬移质之间的物质，因此有时把跃移质合并在推移质中，而只将泥沙区分为推移质和悬移质两种。

悬移质是泥沙运动的重要方式，引起泥沙悬浮的主要因素是紊动作用。悬移质运动的形式是随水漂流。悬移质运动时受到两种力的作用：一是重力，使泥沙向河底沉降;另一是水流推动力，使泥沙沿河向下游运动。泥沙向下游运动的速度与水流速度有关，泥沙输送量可间接代表泥沙向下游运动的速度，流量越大，可带走的泥沙量也越多。泥沙的运动常受河底地形和水流内摩擦等的影响产生涡流。悬移质在沉降过程中被涡流带回上层，使泥沙上下漂移，沉降速度变慢，因此细颗粒泥沙往往被带到下游很远的地方。

推移质以沙波形式运动。它的运动可用艾里定律来说明，即河底滚动的推移质的直径与水流速度的平方成正比，推移质重量与水流速度的六次方成正比。河流上游河段的流速变化很大，洪水时常能推动巨大的砾石，洪水稍为退落，推动力迅速减弱，巨砾当即停留不动，故上游河段及其附近河槽，常见巨砾堆积。

含沙量每立方米达到数百以至1000千克以上的高含沙水流，有两种基本的流态：一种是高强度紊流，另一种是湍流。高含沙水流携带大量泥沙，当进入下游河段，比降减小，流速变缓时，就容易大量淤积。在山区，还有一种含沙量极高的突发性高速水流，即泥石流。它挟带大量的泥沙和石块，含沙量常达1300～2300千克/米3，破坏力很强。

水中含有泥沙的多少用含沙量表示，即每立方米水中所含悬沙的重量，以千克/米3计。河流中任一点的瞬时含沙量与瞬时流速一样，都是脉动的，而且变化幅度比流速大得多，越近河底，脉动越剧烈。河流泥沙沿垂线的分布，通常自水面向河底逐渐增加，泥沙颗粒越小，沿垂线的分布越均匀，颗粒越大则越不均匀。断面上含沙量的横向分布一般是靠近主流和局部冲刷处比河流两岸为大。河流含沙量沿河长的变化总趋势是向下游方向逐渐变小，但与多种因素有关，如黄河中游流经水土流失严重的黄土高原地区，含沙量远比其上下游都大。河流含沙量随时间的变化比较复杂，一般随着流量的增加，含沙量也相对增加。我国大部分河流一年中小含沙量和输沙率通常出现在冬季，而较大含沙量和输沙率则出现在夏季。第一次大洪水时，较大沙峰往往出现在较大洪峰之前。河口区由于潮流流速呈周期性变化，含沙量相应也呈周期性变化，情况更加复杂。

单位时间内流过河流某断面的泥沙重量，称输沙率，单位以千克/秒或吨/秒计。一定时段内通过某断面的泥沙总量称输沙量，以吨或千克计。由于输沙率测验工作十分复杂，所以输沙量通常由平均流量通过相关关系求出。

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