非均匀推移质级配研究

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1、非均匀推移质级配研究

2、第1　摘要：根据脉动流速服从正态分布和输沙平衡时床沙与推移质泥沙颗粒的交换处于平衡状态的概念，经理论分析得到了适用于宽级配非均匀沙河槽的推移质输沙率及其级配计算，由非均匀推移质输沙率及其级配计算公式的计算值与Davies、Day、Gessler、Little和Mayer等水槽试验值及美国东汊河、Tanana河、Snake河及长江宜昌等河道实测值吻合较好。关键词：非均匀沙；推移质；输沙率；级配1引言天然河流上的泥沙几乎都为非均匀沙，一些河道上的床沙级配很宽，床沙的最大最小粒径相差几百倍，甚至上千倍。非均匀度很

3、大的泥沙，由于粗颗粒对细颗粒的荫蔽作用和运动的细颗粒对粗颗粒的碰撞作用，使其运动规律与均匀沙的运动规律相比更加复杂。目前，国内外对非均匀沙推移质输沙率及其级配的计算远没有均匀沙输沙率及级配计算研究得透彻。所以，对非均匀沙输移规律的研究具有重要的意义。2理论分析对非均匀沙推移质，最简单的办法就是选择非均匀沙的代表粒径，直接用均匀推移质的输沙率公式估计非均匀推移质的输沙率，并把床沙级配作为推移质的级配，但实际上，床沙级配较宽时，推移质级配和床沙级配有很大区别。目前，对非均匀推移质的输沙率及级配的确定方法大致有三种：一种是对输沙率按粒

4、径分组计算，先算出各粒径组泥沙的输沙率，求和得总输沙率，任一粒径组泥沙在推移质中所占重量百分比等于该粒径组的输沙率与总输沙率的比值。二种是在一定水流条件下，选择泥沙的代表粒径，计算总的推移质输沙率；根据非均匀沙的各粒径组的泥沙在水流作用下所具有的起动概率不同，确定推移质级配，再计算推移质中各粒径组泥沙的输沙率。三种是在计算出推移质的总输沙率后，根据水流条件，建立在达到饱和输沙时推移质级配与床沙级配的某种关系，推求推移质级配。本文建议一种新的非均匀沙推移质级配及输沙率的计算方法。计算的具体步骤是：（1）根据泥沙颗粒起动流速公式和已

5、知的水深h，水力坡度J或流速u，确定最大可起动粒径dmax。其中，(1)式是由Shields曲线中与粗颗粒相对应的平直段转换过来的。式中ρs为沙密度，ρ为水密度，g为重力加速度。(2)在床沙质中去掉大于dmax的粒径，把小于dmax的粒径分成N组，第i组的代表粒径为di。(3)用式(1)确定与di相应的起动流速Uci，用下式确定di的起动概率Pi。断面平均流速U是一个随机过程，瞬时断面平均流速可以分解为时均值U-与脉动值u′之和φ(x)是拉普拉斯函数。(4)设粒径为di的组，在去掉大于dmax成分后的床质中的百分比为(ξbi－ξ

6、b,i-1)，其中ξbi是床质中直径小于di颗粒的累计百分比(已去掉大于dmax的颗粒)，则di粒径组进入推移质的相对百分比为(ξbi－ξb,i-1)Pi，因此就是推移质中di粒径组的百分比。(5)令推移质总输沙率为qb(待求)，则di粒径组的输沙率为(6)用均匀粒径推移质的输沙率公式，如梅叶彼得公式，计算与各粒径组di相应的饱和输沙率qbi。(7)写出各粒径组的实际输沙率与该粒径组的饱和输沙率之比为这个比值表示该粒径实际输沙所消耗的水流动力与水流总动力的比值。显然，各粒径组输沙所消耗的水流总动力比值之和等于1，即有3非均匀沙推

7、移质输沙率及级配计算举例举一个例子如下。太平湾电厂下游某河段洪水时水深h=10m，水力坡度J=0.0014，流速u=4m/s,计算输沙率和输沙的级配［1］。先用式(1)计算与h=10m，u=4m/s相应的可起动最大粒径dmax=0.11m。因此在粒径分组时把d=110mm以上的沙粒都去掉。计算结果列于表1。