泥沙运动力学
水力学基础
连续介质：流体是由连续分布的流体质点组成的介质。
粘性力：由于存在内摩擦，一层流体对相对运动的另一层流体产生阻力。
牛顿内摩擦定律：牛顿流体粘性切应力与流体切边率成正比关系。
拉格朗日法：着眼于流体质点，跟随流体质点一起运动，记录流体质点在运动过程中各种物理量随所到位置和时间的变化和规律。
欧拉法：着眼于空间点，把流体物理量表示为时空位置和时间的函数。流体无力量在不同时刻的时空分布。
迹线：流体质点在空间运动时所描绘出来的曲线叫做轨迹。
流线：流线是这样的曲线, 于某一固定时刻，该曲线上各点的速度方向与该点的切线方向一致。
理想流体：不可压缩的、没有粘滞性流体称为理想流体。
连续方程： 不可压缩流体：密度为常数，那么和时间无关。那么
可压缩定常流：变量与时间无关。那么
雷诺数：Re=惯性力/粘性力
弗洛伊德数：Fr=惯性力/重力
伯努利方程：
由于有粘滞力所以总能量一定是逐渐减少的。
泥沙特性
1.泥沙来源
泥沙：在流体中运动或受水流，风力，波浪，冰川以及重力作用移动后沉积下来的固体颗粒碎屑。
泥沙的来源：岩石的风化是泥沙的重要的来源。它包括机械的分离和化学的分解两个方面。
2.泥沙的基本性质
泥沙矿质的组成：长石，石英，云母石，高岭土，氧化铁
泥沙特性 有泥沙颗粒的特性和泥沙群体的特性两种。
泥沙颗粒的特性主要有：①重度，单位体积泥沙颗粒的重量，以千克/米3表示，其数值随泥沙的岩性不同而异，矿物成分主要是石英和长石，泥沙的重度一般约2650千克/米3。②粒径，泥沙颗粒大小的一种量度，有不同方法表示。常用的有等容粒径即体积与泥沙颗粒相等的球体的直径；筛径,即用具有不同孔径的标准筛,对泥沙进行分筛求出的粒径；沉降粒径，即根据粒径与沉降速度的关系算出的粒径等。③沉速，指泥沙颗粒在无边界静水内的沉降速度，以米/秒或毫米/秒表示。它也可作为泥沙颗粒大小的一种量度，故又称泥沙的水力粗度。沉速综合反映颗粒和水的特性，因而是泥沙运动的一个重要参数。④细粒泥沙表面的物理化学性质，主要决定于颗粒表面双电层和吸附水膜的性质。细颗粒泥沙的絮凝（见河口泥沙运动）和分散等现象都与双电层和吸附水膜的结构有关。
0=⋅∇+v dt d ρρ0v =⋅∇ const p q =++π22
泥沙群体的特性，泥沙总是由无数大小不同、形状不同和矿质不同的颗粒混合而成，呈群体形式存在。这种泥沙群体主要的统计特性有：①粒径分布，一般颗粒大小差异较大,很离散,常用泥沙颗粒级配曲线表示(图1)。②泥沙颗粒粒径的算术平均值称算术平均粒径。
③中值粒径，即在泥沙颗粒级配曲线上与纵坐标50％相应的粒径，在全部沙群中，大于或小于这一粒径的泥沙在重量上刚好相等。用中值粒径概括泥沙群体的粒径能较小受极端值（最大及最小粒径）的影响。④泥沙群体的干容重和孔隙率，干容重指单位体积泥沙群体内干燥泥沙的重量，以吨/米3计。孔隙率指单位体积泥沙群体内空隙所占的体积。⑤均匀沙的群体沉速，当大小相同的沙粒群体的含沙量大于2％左右时，颗粒将相互牵连，混为一体，全部颗粒以同一速度下沉，这种沉速称为均匀沙的群体沉速。
细颗粒泥沙表面的物理化学作用
泥沙颗粒愈细，单位体积泥沙颗粒所具有的表面面积（比表面积）愈大。这时，颗粒表面的物理化学作用常对它的冲刷，输移和沉积起着十分重要的作用。
泥沙颗粒在含有电解质的水中，使得泥沙表面带有一定符号的电荷。一般泥沙颗粒表面总有负电荷。由于电荷在静电的吸引作用下，异号离子分布在颗粒周围的水中。
颗粒表面的电荷不仅吸引异号离子，也吸引水分子。
在泥沙表面负电荷的作用下，使靠近颗粒表面的水分子失去了自由活动的能力而整齐的，紧密的排列起来，形成了黏结水。密度平均是2.0g/cm3。有强大的黏滞性，弹性，抗剪强度。这样这些水也就失去了传递静水压力的能力。
围绕在黏结水外面的水分子虽然受到静电引力的作用，但是由于距离颗粒表面的距离远了，所以强度也小了，那么水分子所失去的活力的能力也小了，这部份水称为是黏滞水。
黏滞水和黏结水总称束缚水。束缚水以外的水体就是自由水。
黏结水和它所含有的离子与颗粒表面组成了双电层的内层，吸附层。
黏滞水和它所含有的离子组成了双电层的外层，扩散层。
决定双电层厚度和电动电位变化的因素有1.泥沙颗粒的矿物质2.水的化学成分。
当水中电解质的离子浓度增大时，反离子向固相表面挤缩，更多的离子从扩散层转移到吸附层，双电层的厚度减少，扩散层的电位也降落。相反则不同。
絮凝和分散
吸引力的强弱与扩散层的厚薄有密切的关系。
加强泥沙颗粒的沉降，就要加强絮凝，那么就要加强水中电解质的离子浓度。但有一个临界值。
浑水的性质
泥沙的沉速
沉速的定义：一个孤立的圆球，在无限静止的水体中作等速沉降运动。
受到重力和阻力作用。
绕流：流体绕过置于无限流体中的物体的流动，或物体在无限流体中运动
绕流阻力：
流体绕过固体时，流体对固体的作用力。
总阻力F D 包括流体的摩擦阻力Ｄ和压差阻力F P 。
流体的摩擦阻力Ｄ是指物体表面切应力在来流方向的总和。又称肤面阻力。
压差阻力F P 是由物体表面上的压力所引起的合力在来流方向上的分量。压差阻力取决于物体表面形状，故又称为形状阻力。
单颗粒泥沙的沉降速度
泥沙下降的三种状态：滞性状态R ed <0.5，
过渡状态0.5紊动状态R ed >1000 （沙粒雷诺数R ed ）
沉速公式：ω = d C 34
gd s γ
γγ- R ed =ωd/ν 沙粒雷诺数很小的时候。
过渡区的泥沙沉降速度：
由上式可以看出:如温度不变,当粒径增大时,属于滞性阻力作用的影响会逐渐减小,并当粒径d 趋于临界值后,滞性因素的作用可以忽略不计,这时只有紊动阻力的因素起着决定作用。当粒径d 减小时,两种阻力的作用关系与上述情况正好相反。
群体泥沙的沉降速度
影响泥沙沉降速度的因子
河流与河口的不同
1.动力机制不同，即受到径流的影响，也受到潮汐的作用。
2.河口受到潮汐的影响，会有盐水入侵的影响。会促进絮凝有利于沉降。
颗粒形状对沉速的影响 d<0.01-0.02mm 为临界值
边界条件对沉速的影响
p D F D F +=
