沉积物的机械搬运方式和床沙形体

如题所述

沉积物呈床沙方式搬运主要见于牵引流中。随着流体流动强度的变化,在床沙表面会相应出现不同的几何形体,称为床沙形体(bedform)。不同流态可出现不同类型床沙形体,每一类型的床沙形体不是固定不动的,随着水流强度的变化可出现各种类型的床沙形体,通过组成床沙颗粒的滚动、滑动或跳跃移动,床沙还可发生顺流或逆流移动,这种现象在水力学上称作沙波运动。在明渠水流中,随着流动强度的增大,在床面上会依次出现下列床沙形体(图4-1):无颗粒移动的平坦床沙→沙纹(小波痕)→沙丘(大波痕)→受冲刷的沙丘(受冲刷的大波痕)→受冲刷的平坦床沙→逆行沙丘→冲槽和冲坑。

图4-1 在稳定均一的水道底床上各种床沙类型特征与水流强度之关系

(据Simons和Middleton等,1965,转引自曾允孚和夏文杰,1986,略加修改和说明)

颗粒直径0.6mm

无颗粒运动的平坦床沙:水体平静,无颗粒运动,底床平坦,即无沙纹及沙丘迁移。

沙纹(小波痕):波高小于5cm,波长小于30cm,水的流速小,水面平静或具小型波浪现象。

沙丘(大波痕):流速50cm/s,波高10~20cm,波长可达几米,水面出现汹涌的波浪。沙纹和沙丘都属异相波,即水面的波形与床沙波痕表面的位置不一致。

受冲刷的平坦床沙:颗粒的移动平行于水的流动方向,波长几米至几十米,波高大大小于波长。

逆行沙丘:沙丘呈正弧曲线,沙丘是指向上游移动的波浪状床沙形体,表现为向上游一侧进行加积,下游一侧受到侵蚀,其水面波形与底形波痕起伏是一致的,属于同相波。

冲槽和冲坑:流速最大。

沙纹和沙丘都是在Fr<1 的条件下形成的,属低流态(缓流)的产物。受冲刷的平坦床沙、逆行沙丘、冲槽和冲坑都是高流态下的底形,Fr>1。当Fr≈1时的临界水流动态形成受冲刷的沙丘(受冲刷的大波痕)。

据计算表明,在水深10 m的情况下,要达到Fr值等于1,就要求水流速度为9.9m/s,这样高的流速只能在罕见的急流水中见到。在正常河流环境中,流速一般只能达到2m/s。因此在自然界中,急流通常出现在几毫米至几米深的水中。影响床沙形体最重要的因素是流动强度、平均流速、颗粒大小以及水体深度。

Southard,J.B.(1925)以0.10mm、0.50~0.55mm、1.15~1.35mm代表细、中、粗粒级研究了床沙形体与流速、粒度等参数的关系,其结果如表4-1所示。

表4-1 流速和粒度变化与层理(床沙形体)形成关系

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