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摘要：懸移質泥沙占河流輸沙的大部分，由于泥沙的重力作用及水流的紊動混摻的雙重作用，懸移質沿垂線的分布呈上稀下濃、上細下粗的規律。在水流的不平衡輸沙條件下，超飽和水流中必然有一部分泥沙沉降落淤，其中較粗的泥沙必然率先沉降，較細的泥沙仍隨水流懸浮前進。不同粒徑的泥沙有不同的沉降距離，利用懸移質的這種分選沉降規律，可以預報水庫淤積的形態及位置，渠系沉沙池（條渠）中有害泥沙的排除率。文中舉出了兩個工程應用的例子，其中渦管排沙式沉沙池已正式運用了兩個汛期，排沙效果良好。
關鍵詞：懸移質分選沉降排沙比渦管排沙
1前言江河中的泥沙輸送，懸移質占主要部分。懸移質之所以能在水流中懸浮前進，是與水流的紊動分不開的。流體紊動渦漩的大小和強度與懸移質含沙量的多少有非常密切的關系。尺度大的渦漩能維持大量或較大顆粒泥沙的懸浮，尺度小的渦漩則只能挾帶少量或較細顆粒的泥沙。水流中的紊動作用和泥沙的重力作用共同作用的結果，形成了懸移質含沙量沿垂線的分布。
水流中的來水來沙條件是在變化的，因此，含沙量沿垂線的分布狀況及平均含沙量也隨之改變，形成不平衡輸沙。在沖積河流條件下，由于水流強度的增加或減小，產生河床的沖刷或淤積。含沙水流進入水庫或其他較大水體，也會產生泥沙淤積。泥沙的淤積過程，也就是懸移質沿垂線分布重新調整的過程。較粗的泥沙顆粒率先沉降落淤，較細的顆粒仍保持懸浮狀態繼續隨水流前進。這種現象沿水流是個漸變過程，因此，出現懸移質沉降的分選現象。水庫、沉沙條渠中分選沉降現象最為顯著。即使在渠道、河道等準均勻流條件下，粗細不同的泥沙顆粒，在淤積過程中也會出現分選[1]。泥沙相對較細，紊動相對較強，則分選沉降的距離越長，而且越向下游，河床也會發生細化現象。自然界中這種分選現象很多，人們可以利用不同礦砂的比重進行水力選礦，也可以利用風力，把不飽滿的糧食籽粒或雜質和飽滿籽粒區分開來。2懸移質的分選沉降規律在恒定、均勻流的條件下，泥沙的運動可以達到某種平衡狀態，即，泥沙的輸沙率沿程不變，河床不產生沖刷或淤積，懸移質沿垂線分布也達到某種均衡狀態，稱為平衡輸沙。但這只是一種暫時現象，一旦水流條件發生變化，舊的平衡將被破壞，水流中的含沙量也會增大或減小，最終為新的平衡所代替。在平衡輸沙中，含沙量沿垂線的分布也是不均勻的，小顆粒的泥沙重量小，下沉趨勢弱，因此更容易被紊動水流渦漩托浮到水流上層；大顆粒則偏向下層，并與河床有交換現象。泥沙的來源在河床，下沉的泥沙也朝床面集中，所以沿垂線方向含沙量是上部含沙量濃度低，下層含沙量濃度高。
根據泥沙運動的擴散理論導出的二元恒定均勻流在平衡輸沙情況下，含沙量沿垂線分布的公式為[2]S/Sa={[(h/y)-1]/[(h/a)-1]}z(1)式中Sa為y=a處參考點上的含沙量，Z=ω/κu*稱為懸浮指標，它實質上代表重力作用與水流紊動作用的相對關系。這里重力作用用沉速ω表達，紊動作用用阻力流速u*表達，κ為卡門常數。懸浮指標Z越大，表示重力作用越強，含沙量沿垂線分布越不均勻。反之，懸浮指標越小，含沙量沿垂線分布就越均勻。
如果把懸移質泥沙分成若干粒徑組，每組取其平均沉速ωi，不計泥沙在運動水體中的相互干擾作用，即每組泥沙各以其自己的沉降特性在水體中運動，每組泥沙都有自己沿垂線分布曲線，則在每一相對水深上都可以計算出各粒徑組總的相對含沙濃度。不僅底層水流的含沙量遠大于表層，而且較粗的泥沙只在底層才能出現，利用含沙量沿垂線分布的這種特性，我們就可以認識懸移質沿程分選沉降的規律。
在引水建筑物的下游，由于紊動強度逐漸減弱，流速分布漸趨上大下小的正常分布，含沙量也趨于上稀下濃的分布狀態。如果水流中的含沙量和水流挾沙能力相等，則可達到渠道不沖不淤的平衡狀態。如果上游來水來沙發生變化，則渠道的平衡輸沙遭到破壞，渠道也將發生沖刷和淤積，其淤積規律也將遵循分選沉降的規律，因此，在均勻水流中也會出現懸移質的分選現象。如果水流沿程發生急劇變化，例如，河流進入水庫、湖泊或海洋，或者渠水進入沉沙池，也都會發生沿程分選沉降現象。沉降下來的泥沙形成三角洲或沖積扇。3懸移質泥沙的處理方式懸移質沿垂線的分布規律既是上稀下濃、上細下粗，在引水時便應盡可能地引取表層清水；在處理泥沙時便應盡可能地從底部排沙，這樣可以消耗較少的水排除較多的有害泥沙。例如，大型水利樞紐的擋水建筑物常設有排沙底孔，排沙隧洞的進口也打在較低的高程，排沙渦管更是布置在渠底上。