水流条件很弱时,河床上的泥沙颗粒是静止的;随着水流条件逐渐增强,泥沙颗粒由静止转为在床面附近的滚动、滑动或跳跃等运动状态,这时的水流条件称为起动条件。泥沙起动与河床冲刷紧密联系。当河床泥沙较粗时,水流条件不足以使泥沙起动,则河床不发生冲刷。当河床由粗细非均匀沙组成时,一定的水流条件可以使细沙起动,而粗沙不动,随着细沙不断被冲走,逐渐河床粗化,形成覆盖层。待覆盖层达到一定厚度后,可以保护下面的细沙不再被冲走,冲刷停止。当河床由细沙组成时,一定水流条件可以使细沙全部起动,这时冲刷迅速发展,当冲刷发展到一定程度后,水深增加,流速降低,水流强度下降到不足以继续起动细沙时,冲刷停止。
泥沙起动的临界水流条件通常有两种表达方式:一是以流速作为参数,即起动流速;二是以剪切力作为参数,即起动剪切力。典型公式有:
苏联G.I.沙莫夫[注]得到的泥沙起动流速U(垂线平均流速)公式为:
式中和
分别为泥沙和水的密度;d为泥沙粒径;h为水深;g为重力加速度。
苏联B.H.贡恰罗夫得到的泥沙起动流速公式为:
式中d95为质量比95%较之为小的粒径。
中国张瑞瑾得到的泥沙起动流速公式为:
美国A.F.希尔兹[注]得到的泥沙起动的剪切力(𝜏c)公式为:
式中u*为摩阻流速;为水的运动黏滞性系数。H.饶斯根据希尔兹等人的实验成果点绘了希尔兹曲线,根据该曲线,只要知道
就可以计算出泥沙起动时的临界剪切力。