浅析流速垂线分布与含沙量垂线分布的关系.pdf

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1、第45卷第5期人民长江Vo1．45．No．52014年3月YangtzeRiverMar．，2014文章编号：1001—4179(2014)O5—0087—05浅析流速垂线分布与含沙量垂线分布的关系丰青2，肖千璐2(1．河海大学海岸灾害及防护教育部重点实验室，江苏南京210098；2．河海大学港I5／海岸与近海工程学院，江苏南京210098)摘要：根据流速垂线分布公式的结构不同，将流速垂线分布公式分为3类，并推导出3类流速公式对应的以垂线坐标为变量的含沙量垂线分布公式。理论研究表明，流速与含沙量的关系主要以流速梯度与舍沙量梯度的关系为基础，基于该关系推导出与每类流速公式对应的以流速为

2、变量的含沙量垂线分布公式，并分别讨论了3类流速分布对含沙量分布的影响，最终得到流速量级对含沙量量级的定量关系为指数倍的变化率。关键词：流速；含沙量；垂线分布；流速对含沙量影响中图法分类号：TV14文献标志码：A含沙量垂线分布理论主要可分为5类：扩散理论、公式在含沙量垂线分布公式推导中均得到了广泛的应混合理论、能量理论、相似理论和随机理论。倪普仁等用。在实际应用中，为了工程计算简便及尽量降低计在综合比较分析上述5类理论后认为，尽管各种理论算中的相对误差，还有一类以垂线平均流速表示的流的出发点不同，但最后都能得到相同或类似于扩散理速垂线分布公式。论推导的方程结构形式，证明了采用扩散理论研

3、究含1．1对数型流速垂线分布沙量垂线分布规律的可行性。扩散理论主要通过在研究明渠紊流流速分布时，Prandtl提出了关于泥沙扩散系数确定含沙量的垂线分布，而泥沙扩散系掺混长度假设的动量传递理论，根据水流底部切应数一般由流速垂线分布推求的动量传递系数构造或近力与流速梯度成线性关系，推导得到对数型流速公式似得到，即采用不同类型的流速分布就会得到不同形式的含沙量垂线分布规律。目前较少有文献直接：ln()(1)／,，cY讨论在以动量传递系数近似替代泥沙扩散系数的前提式中，“为表层最大流速；／／,。为摩阻流速；，c为卡门下，不同的流速垂线分布公式对含沙量计算的影响，以常数；h为水深；y为垂线坐

4、标。及流速量级对含沙量量级的影响。本文针对各类流速1．2指数型流速垂线分布分布和含沙量分布的关系进行讨论，并推导得到以流指数型流速垂线分布公式为经验公式，根据H．速为变量的含沙量分布公式，指出流速对含沙量的量Blasius管道阻力实验得到。级影响整体上呈指数倍的关系。M=M⋯(TY)(2)1流速垂线分布，式中，m为不定参数，一般取1／5～1／10。从结构上看，流速垂线分布公式一般分为两类，一类为应用Prandtl掺混理论得出的对数型流速垂线分1．3采用平均流速的流速垂线分布布公式，一类为根据实验数据及现场实测数据得到的在实际工程应用中，表层最大流速为仪器所测最经验流速公式——指数型流

5、速垂线分布公式。此两类上层流速值，与最大流速有一定的误差。为了降低仪收稿日期：2013—11—17基金项目：江苏省2012年度普通高校研究生科研创新计划项目(CXZZ12—0225)作者简介：丰青，男，博士研究生，主要从事海岸泥沙运动及泥沙基础理论方面研究。E—mail：jamesfq@126．com88人民长江器操作等不稳定因素造成的误差，工程计算时常采用垂线平均流速作为流速的特征量，下式为李瑞杰等由垂线平均流速为参量推导得到的流速垂线分布公式u=(y)1(3)^，式中，u表示垂线平均流速。1．4流速垂线分布公式的验证与比较3类流速分布公式各有优劣，其实际使用验证与普适性检测在诸多

6、文献中均有所涉及，使用时可按照侧重点进行选择。对数型流速分布公式理论依据明确，但是其表层流速梯度不为零，与实测流速不符；指数型流速分布公式虽与实测流速吻合较好，但仍存在表层流速梯度的问题，且缺乏理论推导；垂线平均流速表示的流速垂线分布公式结构上属于指数形式，其普适性尚待进一步验证。鉴于以上3类流速垂线分布公式曾在含沙量较低的河流进行过大量实测验证与应用，例如第3类公式图13类流速垂线分布公式计算值与买测值对比在文献[5]中曾采用近海不同海域不同潮时的实测资泥沙扩散系数处理往往是推导含沙量垂线分布公料进行了验证，此处主要对3类公式在高含沙水流中式的关键。Rouse采用对数型流速垂线分布

7、公式中的的适用性进行检验。采用黄河中游三门峡库区1号和动量传递系数来代替泥沙扩散系数得到了著名的2号特征站2004年实测流速资料进行验证，结果如图Rouse方程。VanRijn采用改进动量传递系数，并引入1所示。选用的流速测点距坝区较远，可减少大坝等修正系数得到了应用广泛的VanRijn公式。Peter近岸因素的干扰。由图可见，3类公式的计算值与实Nielsen提出通过有限掺混长度原理得到不同的泥沙测数据的相关系数均达到0．98以上，基本可以客观地扩散系数