明槽水流的非均匀沙挟沙力研究论文

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1、明槽水流的非均匀沙挟沙力研究论文摘要：本文从床沙、推移质及悬移质互相交换、衔接的物理图形出发，在力学、随机及紊动扩散分析基础上，提出了颗粒跃移及推移质、悬移质和全沙统一的新的非均匀沙挟沙力公式.文中公布了新近试验取得的57组非均匀沙挟沙力水槽资料，分析提出了反映混合沙中粗细颗粒互相影响的系数的关系，提出了悬移层与推移层交界面高度及浓度预报新的初步关系.应用本文提出的挟沙力系列公式计算验证了大量天然河流及水槽实测分组和总挟沙力资料，计算与实际符合较好.关键词：非均匀沙颗粒跃移悬移质挟沙力隐蔽暴露影响水流挟沙

2、力是泥沙研究中的核心问题，是解决水库、河渠等大量泥沙冲淤问题的关键.天然冲积河流中的泥沙一般都是非均匀沙，悬移质、跃移质及床沙通常都是互相交换、密切相关的.freel为平均跃移长度，ub为平均跃移速度，u*为水流摩阻流速，γs、γ分别为颗粒和水的容量，J为能坡，R′为沙粒水力半径，按文献［14］给出公式求得，平整床面时即为水力半径或水深.(3)(4)(5)式中上列颗粒跃移参数公式得到了验证［5］，与其它著名公式相比［9］，数值相近但有二点重要区别，上列公式中的相对跃移参数不仅取决于Θ，还另外随γs/γ而变

3、，同时Θ的幂指数并非常数.对于泥沙，当Θ从0.06增至2.5时，ao/D由1增至11，Lm/D由6增至800，ub/u*由4增至12，尤以跃长变化范围最大，若如Einstein假设为常数100，则对于其它大部分水流强度情况必然产生很大误差.1.2推移质输沙率公式颗粒以跃移形式运动的单宽推移质输沙率qb应等于单位时间、单位宽度内跳跃通过某断面的各种跃长的所有颗粒的总重量，可由下式［4］确定：qb=A*γspubLm(6)式中P为FL/)两大类，各类原始床沙级配及特征粒径列于表1，表中颗粒分散度σ=(D84/

4、D50+D50/D16)/2.试验床沙分散度虽不很大，但与黄河、长江等中下游沙质河流床沙分散度相近.试验共得57组资料，流量Q为0.021～0.126m3/s，水深H为0.094～0.231m，能坡J为(1.7-12.9)×10-3，含沙量C为13.7～229kg/m3.表2、3分别为F及M类沙试验数据.所谓全沙指包括悬移质和推移质的水中全部输沙.表1原始床沙级配及特征值试验类别原始床沙级配(mm)，(%)特征粒径(mm)分散度σ〈0.02〈0.06〈0.01〈0.02〈0.04D35D50D65DmF9

5、.3744.3392.751001000.0500.0650.0780.0641.873aM1.4423.2043.9788.261000.0800.1070.1250.1121.797b0.8921.2845.9184.421000.0800.1050.1260.1231.920c0.3213.2833.141001000.1020.1210.1440.1512.104表2非均匀沙挟沙力试验数据(细沙类)组次NO.流量Q//s水深H/m能坡J/1/1000水温T/℃含沙量C/kg/小于某粒径沙重%(全沙

6、)＜0.02＜0.06＜0.10*10.1260.1632.45024.082.5125.8964.8790.0320.0570.2091.72020.826.5232.6472.2694.2430.1260.2234.74022.396.4023.4357.9690.0540.1030.2193.84023.050.9022.3268.1298.7450.0860.2313.13023.050.6218.0165.4197.1060.0710.1993.87021.554.4827.7870.1297.

7、3670.0530.1892.59022.034.5627.1273.1699.1380.1180.20612.90023.5136.9419.1751.6692.9690.1030.1916.88023.0114.7925.2963.1696.23100.0930.1735.10023.2133.1528.1662.3496.07110.0670.1615.80023.0105.8633.2072.2997.03120.0570.1405.03023.091.8121.3359.3795.80130.0

8、310.1222.16022.839.6730.9376.3997.21140.0260.1161.94022.825.6835.4976.7698.49150.0410.1422.59023.552.2333.2474.9498.31160.0850.1516.25025.0141.3929.2565.3596.77170.1120.1875.60025.5215.7927.9367.8198.06180.0700.1286