更新时间:2022-08-25 15:37
推移质又称床沙载荷、底载荷、推移载荷、牵引载荷,是指在水流中沿河底滚动、移动、跳跃或以层移方式运动的泥沙颗粒,在运动过程中与床面泥沙(简称床沙)之间经常进行交换。
推移质(traction load,bed material load)又称床沙载荷(bed load)、底载荷(bottom load)或推移载荷(solid load)牵引载荷(traction load),是指在水流中沿河底滚动、移动、跳跃或以层移方式运动的泥沙颗粒。
通常粗碎屑(如砾、砂)作滚动或滑动搬运,较细碎屑(如细沙、粉沙)则呈跳跃搬运。但搬运方式和碎屑大小之间的关系不是恒定的,随水流强度而变,水流强度大时,跳跃颗粒偏粗,反之则偏细。颗粒的搬运方式可随流动强度变化而相互转化,随着流速增大,滑动或滚动颗粒可变为跳跃,跳跃可变为悬浮;流速降低时则发生相反的转变。
在水流作用下河床表面附近跳跃方式运动的泥沙颗粒。水流沿河床流动时,床面上的泥沙颗粒受到水流拖曳力和上举力的作用。当水流作用力或其对某支持点的力矩大于泥沙颗粒在水中有效重量和颗粒间的摩擦力(对细颗粒泥沙还有颗粒间的粘结力)或其对相应支持点的力矩时,泥沙颗粒将从静止状态转入运动,称为泥沙的起动。泥沙起动时的水流条件称为泥沙的起动条件,以水流拖曳力、平均流速或水流功率来表示,分别称为起动拖曳力、起动流速和起动水流功率,可根据理论公式或经验关系确定。
泥沙颗粒的运动方式与水流强弱、颗粒大小和形状及其在床面所处的相对位置有关。对于相同组成的床沙,如流速较小,泥沙颗粒基本上滑动运动。流速加大后,颗粒较小泥沙颗粒跃离床面进入主流区,悬浮在水中,随水流运动,成为悬移质;稍大的泥沙颗粒越入上层水流后很快回落到床面上,,这部分跳跃的泥沙颗粒是推移质,再大一点的泥沙颗粒则在床面上水平滑动或滚动,称为滑动底沙或床沙。笼统的将这些跳跃的泥沙与滑动的床沙都称为推移质不够科学,它们的运动形式完全不一样。而推移质与悬移质的运动形式却没有严格的划分界限。悬移质是跳跃距离较大的推移质,而推移质是悬浮时间较短悬移质。水流进一步加强,转化成悬移质的泥沙颗粒越来越多,达到一定强度后,床面的泥沙颗粒出现成层的运动。某种泥沙在一定水流条件下是作推移质运动还是作悬移质运动以及床沙滑动,由水流和泥沙特性决定。
推移质在运动过程中与床面泥沙(简称床沙)之间经常进行交换。当存在悬移质时,推移质与悬移质之间也经常发生交换。
泥沙运动达到一定强度后,床面会出现波浪起伏的形态,并随水流缓慢移动,称为沙波。在不同水流条件和床沙组成情况下,沙波具有不同的形态和尺度。迎水坡长而平,背水坡短而陡,尺寸较小(波高0.5~2.0cm,波长1~15cm)且与水深无关的称为沙纹;形状与沙纹相似,但尺寸较大,且与水深有关的称为沙垄;两坡对称,犹如水面波浪的称为沙浪;沙浪运动方向与流向相反的称为逆行沙浪(见图)。沙波形成条件、尺度和运动速度,可由理论或经验关系确定。
单位时间内通过河流任意断面的推移质质量称为推移质输沙率(kg/s),推移质输沙率可以现场测量,也可根据理论或经验公式,用水力、泥沙因子资料来估算。推移质输沙率公式有:①以大量实验工作为基础建立起来的经验公式,如梅耶-彼得公式;②根据某些物理学概念,通过一定力学分析建立起来的公式,如拜格诺公式;③用力学分析和统计理论相结合的方法建立起来的理论公式,如爱因斯坦公式。此外,还有一些用因次分析方法或其他方法建立的经验和半经验公式。