使床面泥沙颗粒从静止状态转入运动状态的临界水流切应力。

颗粒的起动不仅需要水流的瞬时上举力大于颗粒的水下重量，而且还需要它具有一定的持续时间，才能使颗粒运动。瞬时力的大小直接与脉动力相关，所以在研究泥沙的起动时必须考虑脉动力的影响。

水流流经河床床面时，泥沙颗粒受到水流拖曳力、上举力和重力（考虑浮力的有效重力）的作用，当水流作用力与泥沙颗粒的有效重力（或相应支撑点的力矩）相等时，泥沙颗粒处于起动临界状态，据此可导出泥沙起动拖曳力公式的一般形式。起动拖曳力与泥沙容重、泥沙颗粒粒径d、水的运动粘滞性系数、水流摩阻流速有关，一般计算公式为

拖曳力/[(泥沙容重-水容重)*d] = f（水流摩阻流速*d/水的运动粘滞性系数）

函数f的形式需要通过试验来确定，根据A. F. 希尔兹（A. F. Shields）及其他一些学者的试验资料绘制成曲线，即著名的Shields关系曲线，等式左边为Shields数。

Shields起动拖曳力曲线是根据试验资料得出的反映拖曳力公式的曲线。1963年，Shields对各种泥沙颗粒进行了临界起动试验，实测得到了无量纲临界起动剪切应力与颗粒雷诺数的关系曲线，即Shields起动拖曳力曲线。Shields起动拖曳力曲线具有以下特点：

（1）曲线呈马鞍形，颗粒雷诺数Re*=水流摩阻流速*d/水的运动粘滞性系数=10附近，Shields数最小，此时近壁层流层厚度与泥沙粒径相近，泥沙最易起动；

（2）在床面处于光滑区时，泥沙受近壁层流层的掩蔽作用，需要更大的拖曳力才能使之运动，在Re*<2时，曲线成为一条45度的直线，Shields数与泥沙粒径无关；

（3）Re*<10，不易于起动，起动拖曳力随着粒径减小而加大；

（4）在Re*>10以后，随着泥沙粒径增加，泥沙重量增加，加强了泥沙的稳定性，使之起动的临界拖曳力也相应增加；

（5）在Re*>1000以后，Shields数接近于一个常数0.06。

根据其他学者的研究，在Re*<2时，Shields数应该与Re*的0.3次方成反比；在Re*很大时，Shields数可能小于0.06，可以将0.06作为上限，下限为0.04左右。