河流泥沙

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。

泥沙群體的特性，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。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）。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。

參考書目

V.A.范諾尼主編，黃河水利委員會水利科學研究所、長江水利水電科學研究院等譯：《泥沙工程》，水利版社，北京，1981。(V.A.Vanoni，ed.，SedimentationEngineering，American Society of Civil Engineers，New York，1975.)