水文学概论：泥沙特征表述方法

河流泥沙的特征，一般可以用密度、干容重、粒径、级配和水力粗度等方式来描述。

1.河流泥沙的密度γs

河流泥沙密度γs是指取自河流的沙样中各种颗粒实际重量之和Ws与各个颗粒实际占有体积V的比值，即

河流泥沙的密度因沙粒成分不同而略有差异，但变化范围较小，在2.60～2.70g/cm3之间，一般估算时可取2.65g/cm3。

2.河流泥沙的干容重γ0

河流泥沙的干容重γ0是指沙样烘干后的重量与原状沙样的体积的比值，它与河流泥沙密度γs之间存在下述关系

式中　e——孔隙比，即沉积泥沙中孔隙体积与沙粒体积的比值。

3.河流泥沙的粒径D

泥沙的粒径是指泥沙颗粒的大小。河流泥沙是由大小不一，形状各异的众多颗粒组成的。较粗泥沙颗粒因常沿河底滚动，由于相互碰撞及摩擦而呈圆形或椭圆形；较细泥沙颗粒则多属于粗颗粒破碎后的较坚硬成分，又常悬浮于水中运动，碰撞摩擦少，而呈极不规则棱角形状。由于中等以上泥沙颗粒近似于球体，故采用容积与泥沙颗粒容积相等的球体直径来表征泥沙粒径。如果沙粒容积为V，其等容粒径D为

实际分析中常采用泥沙颗粒的长轴a，中轴b和短轴c的均值计算D，即

一般而言，河流上游因比降大，水流湍急而挟带泥沙颗粒较大，下游比降小，水流较缓，挟带泥沙颗粒也较小。

4.河流泥沙的颗粒级配(www.xing528.com)

常用泥沙颗粒级配曲线来表征河流泥沙颗粒组成特征。这一曲线的横坐标为泥沙颗粒的直径，以mm计；纵坐标为小于这一直径泥沙在全部沙样中所占的重量百分数，如图9.1所示。从图中可以看出，曲线Ⅰ的斜率陡而曲线Ⅱ较缓，表明曲线Ⅱ代表的沙样粒径较细，但其粒径分布比较分散，而曲线Ⅰ代表的沙样粒径比较均匀，但是粒径分布比较集中；还可以看出，曲线Ⅰ代表的沙样中，粒径小于0.15mm的沙粒占全部沙重的77%。

5.河流泥沙的水力粗度

由于泥沙的密度大于水，泥沙颗粒在静水中将向下沉降并遇到水流阻力。初始时刻，重力大于阻力，泥沙颗粒下沉具有加速度，随着下沉速度加大阻力也加大，到某一特定时刻阻力将等于重力而使泥沙颗粒以匀速下沉，这时的速度称为泥沙的沉降速度。由于沉降速度的大小也可以表明泥沙粒径的大小，又称为泥沙的水力粗度，以cm/s计。

6.泥沙的分类

（1）按粒径大小分类。按粒径大小可分为块石、卵石、砾石、砂、粉粒和黏土等级别。有些地区规定，砂的粒径是2～0.02mm；粉粒是0.02～0.002mm；小于0.002mm的是黏土。

图9.1　河流泥沙颗粒级配曲线示意图

（2）按泥沙运动状态分类。按泥沙运动状态可分为悬移质和推移质两大类。

1）悬移质（简称悬沙）。指悬浮在水中的泥沙，颗粒微小，其沉速经常小于水流内部垂直方向的脉动分流速，因此它可以悬浮在水流中，随着水流向前运动，在运动过程中，其中较粗部分的泥沙，也常与底沙交换。

2）推移质（又称底沙）。指在离河床面不远的范围内运动的泥沙。一般粒径较粗，其沉速大于水流内部垂直方向的脉动分流速，因此不能在水中悬浮。底沙和床沙不同，床沙是组成河床的泥沙，它在河床上静止不动，它的颗粒要比底沙更粗一些，如果床沙能被水流推动，就称为底沙。

（3）按河床冲淤情况分类。按河床冲淤情况可分为冲泻质（非造床泥沙）和床沙质（造床泥沙）两大类。

悬移质、推移质、河床质（床沙）3者，就其平均粒径来说是有粗细之别的，就其组成来说，彼此有所交错。悬移质比河床质细得多，例如黄河龙门站（1973年6月16日）的资料表明，悬移质中粒径小于0.025mm的泥沙，在床沙中几乎不存在，即这部分泥沙不参与悬沙和底沙及床沙的交换，因而也不参与造床活动，人们称悬沙中的这部分泥沙为冲泻质。悬移质中粒径大于0.025mm的泥沙在床沙中大量存在。即这部分泥沙参与悬沙和底沙以及床沙的交换，也参与了造床运动，人们称悬沙中的这部分泥沙为床沙质。由于悬沙中的床沙质在床沙中大量存在，因此它在本河段中可以得到大量的补给，因此参与了造床运动，与河床演变关系密切。

床沙质与冲泻质的划分，是人们从生产实践中推论出来的，它们之间既有区别，但也不是在任何条件下都不可逾越的。例如，河床的冲淤与流速的大小有关。如果河床不断的冲刷，会使河床逐渐粗化，悬沙中的一部分泥沙，原来在河段床沙中大量存在，属床沙质，而此时却很少或者几乎没有，因而转化为冲泻质。如果河床不断淤积，使河床组成逐渐细化，悬沙中的一部分泥沙，原来在本河段床沙中少有或几乎没有的，属冲泻质，现在却大量存在，因而转化为床沙质。

悬沙中的床沙质既然在本河段床沙中大量存在，那么底沙在本河段也会大量存在，因此床沙质和底沙的运动状态与河床的变化发展是息息相关的。在研究河床演变过程中，常将底沙与床沙质的运动状态作为重要的分析对象。由于冲泻质在一定条件下可以转化为床沙质，它就有可能直接参与河床变化的发展，因此，对冲泻质也不能认为在任何条件下都与河床演变无关。

因此，悬沙中的冲泻质与床沙质要严格划分是不容易的，只能从相对的意义去理解。