第三章 泥沙的沉速

第一节 泥沙沉降的不同形式

泥沙在静止的清水中等速下沉时的速度，称为泥沙的沉降速度，简称沉速。由于粒径愈粗，沉降速度愈大，因此有些文献上又称为水力粗度。它是泥沙的重要的水力特性之一，在研究泥沙运动问题时，常常要用到。

因为泥沙的重度大于水的重度，在水中的泥沙颗粒将受重力作用下沉。在开始自然下沉的一瞬间，初速度为零，抗拒下沉的阻力也为零，这时只有有效重力起作用，泥沙颗粒的下沉会具有加速度。随着下沉速度的增大，抗拒下沉的阻力也将增大，终于使下沉速度达到某一极限值。此时，泥沙所受的有效重力和阻力恰恰相等，泥沙颗粒的继续下沉便以等速方式进行。

泥沙在静水中下沉时，从加速到等速所经历的时间是十分短暂的。一般泥沙，当d＝3mm时，这一时间常不到1/10s；当d＝1mm时，不到1/20s。粒径愈细，这一加速段时间愈短。因此，在研究泥沙的静水沉降问题时，可不考虑加速段的历时。

实践证明，泥沙颗粒在静水中下沉时的运动状态与沙粒雷诺数Re_d＝有关。式中d及ω分别为泥沙的粒径及沉速，v为水的运动粘滞性系数。当Re_d较小时（约小于0.5），泥沙颗粒基本上沿铅垂线下沉，附近的水体几乎不发生紊乱现象（图3-1），这时的运动状态属于滞性状态。当Re_d较大时（约大于1000），泥沙颗粒脱离铅垂线，以极大的紊动状态下沉，附近的水体产生强烈的绕动和涡动，这时的运动状态属于紊动状态。当Re_d介于0.5到1000之间时，泥沙颗粒下沉时的运动状态为过渡状态。

图3-1 泥沙在静水中下沉时的运动状态