[科普中國]-沙波運(yùn)動

沙波運(yùn)動是推移質(zhì)集體輸移的表現(xiàn)形式。沙波是在水流作用下形成的, 與水流強(qiáng)度息息相關(guān)。

沙波從天然河道及實(shí)驗(yàn)室的水槽中均可發(fā)現(xiàn)，當(dāng)推移質(zhì)泥沙運(yùn)動到一定程度時(shí)，河床表面就會出現(xiàn)起伏不平但又比較規(guī)則的波狀起伏就叫沙波。

簡介推移質(zhì)泥沙顆粒在河床床面的群體運(yùn)動形式。

影響因素室內(nèi)試驗(yàn)和室外觀測均表明，隨著水流 強(qiáng)度的變化，沙波有其產(chǎn)生、發(fā)展和消失的過程。一般隨著水流強(qiáng)度的加強(qiáng)，河床有平整、沙紋、沙壟、動床平整、沙浪及急灘與深潭等幾個階段。見圖。

(1)沙紋(ripples)。沙紋具有三角形的縱剖面，長度一般不超過30～40 cm，高度不超過3～4 cm。見圖(b)。

(2)沙壟(dunes)。剖面形狀與沙紋類似，但尺寸較沙紋大。見圖(c)。

(3)過渡(transition)。隨著水流強(qiáng)度的增大，沙壟趨于衰微，波長逐漸加長，波高逐漸減小。見圖(d)。

(4)平整(flat bed)。床面恢復(fù)平整，但有較強(qiáng)的泥沙運(yùn)動。見圖(e)。1

沙波不同發(fā)展階段示意圖

(5)沙浪(antidunes)。隨著流速再次加大，接近或處于急流狀態(tài)時(shí)，床面再次產(chǎn)生起伏的沙浪。見圖(g)。

(6)急灘與深潭(chutes and pools)。流速再增加時(shí)，床面的起伏劇烈，急灘與深潭相間，急灘段水流屬急流，深潭段水流屬緩流，兩者間通過水躍過渡。見圖(h)。

應(yīng)用沙波形成后產(chǎn)生的形態(tài)阻力是沖積河流阻力的主要組成部分。隨著沙波的發(fā)展消長，沙波阻力也相應(yīng)發(fā)生很大變化。根據(jù)水流及泥沙條件，可以預(yù)報(bào)床面出現(xiàn)的沙波形態(tài)及其阻力。也可以利用沙波的尺寸和運(yùn)動速度來推算推移質(zhì)輸沙率。其次，沙波運(yùn)動與水流阻力和床面形態(tài)有密切的關(guān)系，正確預(yù)報(bào)沙波運(yùn)動的發(fā)展階段、沙波形態(tài)及沙波阻力對于防洪、航運(yùn)、給水等部門都很重要。2

研究意義沙波運(yùn)動在研究河流運(yùn)動方面有著重要而深刻的意義，因?yàn)樯巢ㄟ\(yùn)動對河流所產(chǎn)生的影響是很直接很深刻的：

1. 沙波運(yùn)動是推移質(zhì)運(yùn)動的主要方式。凡是推移質(zhì)運(yùn)動達(dá)到一定規(guī)模的地方必然會出現(xiàn)沙波。因此對于一個河段如果知道了其沙波運(yùn)動的性質(zhì)，規(guī)模和發(fā)展趨勢，則推移質(zhì)運(yùn)動的規(guī)律便隨之明確了。

2. 沙波的消長對河流阻力損失有很大的影響。觀測資料表明：沙波對糙率系數(shù)的影響遠(yuǎn)較河床組成的粗細(xì)對糙率系數(shù)的影響大。

3. 沙波的消長對航道的水深有一定的影響。特別是較大的沙波經(jīng)過淺灘灘脊時(shí) ，便有可能為航行帶來一定的困難。

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

曹慧慧 - 副教授 - 中國礦業(yè)大學(xué)