悬移质分选沉降及其在工程上的应用

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1、悬移质分选沉降及其在工程上的应用摘要：悬移质泥沙占河流输沙的大部分，山于泥沙的珉力作用及水流的紊动況掺的双承作用，悬移质沿垂线的分布里上稀下浓、上细下粗的规律。在水流的不平衡输沙条件下，超饱和水流屮必然苻一部分泥沙沉降落淤，其屮较粗的泥沙必然率先沉降，较细的泥沙仍随水流悬浮前进。不同粒径的泥沙有不问的沉降距离，利用悬移质的这种分选沉降规律，可以预报水库淤积的形态及位S，染系沉沙池（条柒）中冇杏泥沙的排除率。文中举出丫两个工程应用的例子，其中涡管排沙式沉沙池己正式运用了两个汛期，排沙效果良好。关键词：总移质分选沉降排沙比涡管排沙1前言江河屮的泥沙输送

2、，悬移质占主迆部分。玆移质之所以能在水流屮玆浮前进，足与水流的紊动分不开的。流体紊动涡漩的火小和强度与悬移质含沙虽的冬少徇非常密切的关系<■尺度大的涡漩能维持大虽或较火颗粒泥沙的恳浮，尺度小的涡漩则只能挟带少虽或较细颗粒的泥沙。水流屮的紊动作用和泥沙的逭力作用共同作用的结泶，形成了娃移质含沙轻沿难线的分布。水流屮的來水來沙条件是在变化的，因此，含沙S沿番线的分布状况及平均含沙虽也随之改变，形成不平衡输沙。在冲积河流条件下，山于水流强度的增加或减小，产生河床的冲刷或淤积，含沙水流进入水庠或其他较大水体，也会产生泥沙淤积。泥沙的淤积过程，也就足姑移质沿

3、垂线分布茧新调整的过程。较粗的泥沙颗粒率先沉降落淤，较细的颗粒仍保持姑浮状态继续随水流前进。这种现象沿水流足个渐变过程，因此，出现蛣移质沉降的分选现象。水库、沉沙条渠屮分选沉降现象敁为砬著。即使在渠道、河道等准均匀流条件下，粗细不同的泥沙颚粒，在淤积过程中也会出现分选tl］。泥沙相对较细.紊动相对较强.则分选沉降的距离越长，而11越向下游.河床也会发生细化现象。自然界中这种分选现象很多，人们可以利用不冋矿砂的比茧进行水力选矿，也可以利用风力，把不饱满的粮食籽粒或汆质和饱满籽粒区分开來。2悬移质的分选沉降规律在怛定、均匀流的条件下，泥沙的运动可以达到

4、某种平衡状态，即，泥沙的输沙率沿程不变，河床不产也冲刷或淤积，赵移质沿萌线分布也达到某种均衡状态，称力平衡输沙，佴这只是一种竹吋现象，一旦水流条件发生变化，旧的平衡将被破坏，水流中的含沙蛍也会增大或减小，鉍终为新的平衡所代荇。在平衡输沙中，含沙蛍沿港线的分布也是不均匀的.小颚粒的泥沙威扇:小.下沉趋势弱，因此更容易被紊动水流涡漩托浮到水流上层：大颗粒则偏向下层，并与河床有交换现象。泥沙的來源在河沐，下沉的泥沙也朝沭而集屮，所以沿垂线方向含沙呈是上部含沙S浓度低，卜‘层含沙最浓度商。根椐泥沙运动的扩散理论导出的二元恒定均匀流在平衡输沙情况下，含沙逭沿

5、垂•线分布的公式为［21S/Sa={『（h/y>-l］/Kh/a）-ll}Z（l试中Sa为y=a处参考点上的含沙毎:，Z=co/Ku*称为祜浮指标，它实质h代衣重力作用与水流紊动作用的相对关系。这里重力作用用沉速o表达，紊动作用用阴力流速U*表达，k为卡门常数。息浮指标Z越大，表示重力作用越强.含沙甭沿垂线分布越不均匀。反之，浮指标越小，含沙M沿垂线分布就越均匀。如果把姑移质泥沙分成若干粒径姐，每纟II取其Y•均沉速o）i，不H•泥沙在运动水体中的相互干扰作用，即每饥泥沙各以其自己的沉降特性在水体中运动，毎绀泥沙郁有自己沿难线分布曲线，则在每-•相

6、对水深上邡可以计筇出各粒径组总的相对什沙浓度。不仅底层水流的穴沙最远大子表层，而K较飢的泥沙只在底居才能出现.利川含沙显沿垂线分布的这种特性.我们就可以汄识息移质沿柷分选沉降的规律。在引水逑筑物的下游，巾于紊动强度逐渐减弱，流速分布渐趋上大下小的正常分布，含沙S也趋于上稀下浓的分布状态。如果水流中的含沙坡和水流挟沙能力相等，则可达到渠道不冲不淤的平衡状态，如果上游來水來沙发生变化，则渠道的平衡输沙遭到破坏，渠道也将发生冲刷和淤积，其淤积规汴也将逬循分选沉降的规汴，因此，在均匀水流屮也会出现悬移质的分选现象。如泶水流沿程发生急剧变化,例如，河流进入水

7、廂、湖泊或海洋，或者柒水进入沉沙池.也都会发生沿程分选沉降现象。沉降下来的泥沙形成三扣洲或冲积娲，3总移质泥沙的处理方式总移质沿垂线的分布规律既足上稀下浓、上细下粗，在引水时便应尽可能地小取表层消水：在处理泥沙吋便应尽可能地从底部排沙，这样可以消耗较少的水排除较多的宵苦泥沙。例如，大堺水利（水利论文）枢纽的挡水逑筑物常设奋排沙歧孔，排沙隧洞的进n也打在较低的商程，排沙涡赞更足布S在渠底上。我们以涡钤排除悬移质泥沙为例［3］.说明应用泥沙分选沉降规律计算分组排沙率的方法。息移质泥沙在引水渠中的分选沉降可分作三部分。访一部分较粗泥沙，在进入沉沙池后逐渐

8、沉降下來，K•沉降距离可按Li=K（uhAoI）i

9、•屏，K•中为某粒径组的沉速，K-为考虑紊动随机性的安全系数，uj収〜