沙质推移质断面输沙率计算方法

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1、沙质推移质断面输沙率计算方法摘要：当今众多推移质计算公式，其成果都与实际难符。本文对泥沙统计理论建立的单宽输沙率公式、给各符号的确定方法进行了优选，只需根据水文站日常测验中得到的有关资料，即可求出单宽输沙率的沿河宽分布曲线；沿河宽积分，则可求得相应断面推移质输沙率。本方法与各家公式对比，其成果接近恩格隆公式，经长江三个站实测资料验证，实际误差与当前测验精度一致。具有实用意义。关键词：特征粒径泥沙统计理论特征概率起动流速1前言　　由于推移质测验很困难，迄今为止实测资料为数有限；为满足实用需要，一般都致力于计算方法的研究与选择。目前经验、半经

2、验的推移质计算公式已不下数十个,因都未考虑横向分布上的强烈不均匀性，所以，计算的成果都与实际相差较大，难于满足实用要求。　　受泥沙统计理论的启示，取各家研究成果之所长，先对推移质计算中各因子优选，从而优化了单宽输沙率公式。其中推移层厚度随水力因素确定，水流强度和摩阻流速由实测流速参数决定，使计算成果更能符合实际。根据水文站日常测验资料中取得的垂线位置、水深、流速、床沙颗粒级配等资料，就可分别求出各垂线的单宽输沙率，确定其沿河宽分布曲线。再经数学方法处理，沿河宽积分，即能算得全断面推移质输沙率。　　本方法经单线资料与恩格隆、爱因斯坦、梅叶-

3、彼德等计算成果对比，与恩格隆式接近，大于爱因斯坦与梅叶-彼德两式。与长江有关站断面实测成果对比，基本接近，具有实用意义，为间接法测推移质取得了新的经验。2单宽输沙率公式的选择　　泥沙统计理论，是当今有广阔发展前景的研究推移质运动的工具[2]。但在确定输沙模式时，彼此还存在较大的差别，有的甚至还涉及到不同的概念[3]。尽管如此，而在公式的结构上，则可以综合为以下通用形式qb=Aγsm0MDP1L/P2t(1)式中P1、P2为特征概率，L为特征长度，t为时间，D为特征粒径，M为沙层运动高度(以特征粒径的倍数计)，m0为面密实系数，A为系数；γ

4、s为泥沙容重，qb为单宽输沙率。3特征参数的确定　　式(1)中，A是体积系数π/6与面积系数π/4之比，等于2/3。窦国仁试验结果，面密实系数m0=0.4。γs一般沙质河床可取2650kg/m3。对非均匀沙选用床沙组成中哪一级粒径为代表粒径，各家标准不一致。根据沙质河床的特性及试算的反复研究验证，确定取床沙的D80作为特征粒径D。其他几个参数是经过以下讨论后确定的。3.1速度L/t的确定　　L/t是泥沙运动的特征速度，仍采用简化后一般通用的颗粒平均滚动速度公式Vs=Vb-Vbc(2)式中Vs推移质平均运动速度,Vb河底流速,Vbc时均颗粒

5、起动流速。关于Vb及Vbc的确定，则采用窦国仁公式[2]Ｖb=8.5/6+2.5lnd/KsV(3)Ｖbc=1.09[γs-γ/γgD+0.19(gdδ+εK/D)]1/2(4)式中Ks按以下方法确定；当D≤0.5mm,Ks=0.5mm,当D>0.5mm时Ks=Dδ=0.213×10-4cm,εk=2.56cm3/s2,γs=2650kg/m3;γ=1000kg/m3Ｖbc=1.09[16.1865Ｄ+0.000000397d+0.0000004864/D]1/2(5)式中均以m为单位，d为垂线水深，V为垂线平均流速。3.2u*及θ

6、的确定　　摩阻流速u*及水流强度θ可通过实测值计算，但在平原河流上，使用实测比降J值很不理想，水尺间距短了精度低，长了又缺乏代表性，很多站都没有比降观测项目，进行横比降观测的站就更少，为此用实测流速反算的方法来解决此问题。　　勃兰特流速分布公式为：V=5.75u*lg(30.2d/Δ)+5.75u*lgη,　　令a′=5.75u*lg(30.2d/Δ)，b′=5.75u*，则可简化为：V=a′+b′lgη，即u*=b′/5.75(6)式中a′，b′为简化流速参数，Vi为测点流速，η为从河底起算的测点相对水深，Δ为河底糙度。因为θ=γals

7、tyle="TEXT-ALIGN:left"align=left>式中γ/s2,换算后得J=0.00308b′2/dθ=0.0019b′2/D(7)a′和b′可根据实测垂线各点流速用最小二乘法求得。3.3特征概率的确定　　式(1)的P1可解释为起动概率，P2为止动概率；爱因斯坦和韩其为对此尽管在说法上不尽相同，但形式上都可用P=P1/(1-P2)表示，可见P2=1-P1。根据4计算方法4.1需要的实测资料4.1.1各垂线位置、水深、测点流速、平均流速、相应床沙颗粒级配,水面宽度、水位、流量。4.1.2没有二点以上测点流速时，要提供水面或浮

8、标流速系数。4.2计算步骤　　计算工作分测点计算和全断面计算二大步。4.2.1测点计算　　(1)拟合垂线测点流速分布公式求a′，b′值[4]；当流速用二点法以上测时，用Vη=a′+b′lgη进