懸移質泥沙

在水流中懸浮運動的泥沙。懸移質多為細沙和黏土顆粒，是河流輸沙量的主要部分，它常給水利水電工程帶來一系列問題，如水庫淤積、河道演變、引水渠首及渠系的淤積等。研究懸移質沿垂線分佈問題有兩種理論，即擴散理論與重力理論。按照泥沙相對粗細及來源不同懸移質又分為牀沙質與沖瀉質。 ^[1] 

擴散理論認為，泥沙能被懸浮並遠距離輸送，主要受水流的紊動擴散作用。由牀面的剪切作用產生的紊動漩渦在向主流區上升時，能將含沙量較高的下層水流輸送到含沙量較低的上層水流中。同時，泥沙由於重力作用而下沉，在兩者共同作用下，泥沙以一定的分佈形式在水流中懸浮，並能遠距離輸送。重力理論的主要概念是為使懸移質泥沙在水流中不下沉，水流要付出一部分能量以保持泥沙懸浮，即水流要付出懸浮功。根據能量平衡原理，推導出懸沙沿水深分佈規律。

懸移質沿垂線分佈是不均勻的，通常接近牀面處的含沙量最大，水面附近含沙量最小，其分佈可用擴散理論導出的下列方程表示：

式中h為水深;S_y，S_a分別為距牀面距離為y和a處的含沙量;z=ω/ku*;ω為泥沙沉速;k為卡門常數;u*為剪力流速。在通常流速條件下，細顆粒泥沙Z值小，下層水流的含沙量遠大於上層水流。

懸移質粒徑是不均勻的，其中較粗的部分在牀沙組成中大量存在，稱為牀沙質，較細的部分是牀沙中少見的，稱為沖瀉質(或分別稱作造牀質與非造牀質)。兩者間既相區別又相聯繫，其界限與水流強度有關。劃分牀沙質與沖瀉質在建立懸移質挾沙能力公式方面有重要意義。因水流中的沖瀉質含量決定於河流上游的補給條件，和水流條件無密切關係。水流中的牀沙質含量則和水流條件、牀沙組成存在較好的力學關係。常採用的劃分牀沙質與沖瀉質的方法是取牀沙級配曲線上相應於5%～10%的粒徑，作為界限粒徑。 ^[2] 

懸移質在水流中的運動軌跡很不規則，但它在水流方向的運動速度大致與水流速度相當，維持泥沙懸浮的能量主要來自水流的紊動能。懸移質與推移質之間經常進行交換，泥沙顆粒在一個時刻以懸移質形式運動，在另一個時刻可能以推移質形式運動。懸移質通過推移質與牀沙間也存在着交換，當交換處於平衡狀態時，河牀將保持相對穩定，否則，就要發生相應的衝淤變化。懸移質中較粗的顆粒在牀沙中大量存在，有機會與牀沙進行充分交換，其含量與水流有明確關係，屬於牀沙質；較細泥沙顆粒在牀沙中很少，主要來自於上游流域來沙量，屬於沖瀉質。

單位水體中所含的懸移質泥沙數量稱為含沙量，也稱含沙濃度。水流中含沙量的分佈是不均勻的，一般牀面附近較大，水面處較小。平衡條件下懸移質含沙量沿水深分佈，可由懸移質運動理論（如擴散理論）來確定。單位時間內通過河流某一過水斷面的懸移質泥沙數量稱為懸移質輸沙率。牀沙質輸沙率可通過懸移質輸沙率理論或經驗公式，用水力、泥沙因素資料來估算。

大多數平原河流，懸移質數量佔總輸沙量的絕大部分，即使山區河流，懸移質所佔比重也很大。懸移質對水庫、渠道及平原河流的衝淤變化有重要作用。 ^[3] 

懸移質在運動過程中與推移質和牀面泥沙（簡稱牀沙）之間經常發生交換。其中較粗的顆粒在牀沙中大量存在，有機會進行充分地交換，使其含量與水流挾沙能力相等，稱為牀沙質；較細的顆粒在牀沙中很少，當來量不足時不能從牀面得到補充，其含量常小於水流挾沙能力，取決於流域來沙量，稱為沖瀉質。通常將牀沙組成中5%～10%的細顆粒段泥沙視作沖瀉質。