均匀流条件下沙卵双峰型推移质输移特性试验研究.pdf

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1、泥沙研究2014年6月JournalofSedimentResearch第3期均匀流条件下沙卵双峰型推移质输移特性试验研究罗宏，付旭辉，龚久南(1重庆交通大学水利水运工程教育部重点试验室，重庆400074；2．长江重庆航道工程局，重庆4000113．浙江华东安全技术有限责任公司，浙江杭州310014)摘要：根据长江上游宽级配不连续床沙结构，概化为沙卵双峰泥沙。通过推移质输移特性水槽试验，体现_r沙粒和卵粒的相互隐暴作用。对比分析了采用王兴奎公式和孙志林非均匀沙分级输沙率公式计算沙卵双峰泥沙输沙率的方法。在王兴

2、奎公式的基础上引人考虑隐暴系数的水流参数来计算沙卵双峰泥沙输沙率，通过误差对比分析说明修正后的王兴奎公式计算结果与实验数据更加吻合。关键词：沙卵双峰型泥沙；推移质；输移特性；水槽试验中图分类号：TV148文献标识码：A文章编号：0468—155X(2014)03—0064—071前言在绝大多数山区河流，推移质均为非均匀沙。三峡水库蓄水后，重庆主城区河段位于水库变动回水区上段，推移质中值粒径悬殊较大。王渺林⋯2004年对长江上游重庆河段开采的泥沙进行统计分析后，发现粒径小于1mm沙的开采量占总开采量的57％～6

3、4％，粒径大于2mm卵砾石的开采量占总开采量的36％～43％，该比例从一定程度上说明了该河段的床沙由沙和卵砾石组成。在2005—2011年间，作者又多次在重庆主城区河段的占碛子、三角碛、九堆子、铜元局、珊瑚坝、廖家凼等边滩或心滩现场踏勘取样，发现低水位期的出露床面主要为50～120mm的卵石和夹杂其间的0．2～0．8mm的沙，粒径介于二者之间的泥沙含量很少。由此可见，三峡变动回水区上段的推移质组成可以概化为沙卵双峰型非均匀沙。对于非均匀沙输沙率的研究，Wilcock分析了沙的不同比例对卵石和沙输沙率的影响及河

4、床表面的粒径变化。Wilcock将沙和卵石分开单独分析的方法，得到沙的含量和卵石输沙率的非线性关系。Almedeij用无量纲切应力作为参数来计算输沙率，还进一步提出将沙与卵石分开计算的模式，来分析床沙粒径具有双峰特性时的输沙率计算公式。长江科学院徐海涛。。通过水槽试验，研究了不连续宽级配泥沙的起动及输移规律，结合理论分析，探索性的研究了在不连续宽级配床沙大小颗粒问的隐蔽与暴露作用及其对床沙起动及输移的影响。郭亚昆川采用拜格诺水流功率的概念，由量纲分析得出双峰型床沙推移质输沙率的函数关系。董永华对宽级配非均匀推

5、移质输沙率进行了实验研究，讨论了床沙不动百分数和补给条件对输沙率的影响。本文在已有研究成果的基础上，在28m长的变坡水槽中进行了3组模型沙的试验，旨在结合=二_峡变动回水区上段推移质的特点，进一步研究双峰型推移质泥沙的输移特性。收稿日期：2013_07—25基金项目：“十二五”国家科技支撑计划资助项目“_二峡水库变动回水区末端段航道治理研究”(2O12BAB05B03)；蘑庆市科委自然科学基金资助项目“三峡库区卵砾石推移质输沙率研究”(CSTC2011JJA30002)作者简介：罗宏(1969一)，男，重庆人

6、，教授级高]_，主要从事航道工程专业。E—mail：luohongcq@163．13011通讯作者：付旭辉。E—mail：fuxuhui@hotrnail．COB642水槽试验布置2．1试验设备试验水槽长28m，宽0．56m，高0．7m。其中，侧面和底面均由长3．2m的玻璃构成，玻璃安装误差小于±0．2mm，水槽全长误差小于±0．5mm，水槽结构的变形小于±0．3mm。玻璃水槽的供回水系统配备有水泵、变频器、流量计组成的两套水循环系统。水槽沿程布置了8个超声水位计探头。变坡水槽坡度调节依靠电机传动装置自动变坡

7、。水槽构造如图1所示。图1高精度水槽设备布置示意图Fig．1Schematicdiagramoflaboratoryflume2．2流量控制系统流量控制采用计算机将所需流量转换为频率信号发给变频器，再由变频器发出信号给水泵控制其转速，从而得到不同的流量过程。水槽进口安装可设定频率的推移质自动加沙机，在出口上游3．0m处设置接沙漏斗，用于测量推移质输沙量。试验的各种仪器设备均由计算机控制并进行信号采集。2．3泥沙测量和分析设备水槽试验段尾部布置接沙称量系统，由接沙漏斗、电子天平、天平支架、吊篮等组成。其中电子天

8、平量程为30kg，测量误差为±0．1g，能够以1Hz的频率连续自动测量称量对象的质量变化并记录成dat文件。电子天平下挂接沙吊篮，可实时测量进入的泥沙重量。当接沙量超过量程时，打开排沙翻板和接沙漏斗的排沙阀门，排空泥沙。布置图如图2所示。图2试验水槽接沙称量系统布置示意图Fig．2Schematicdiagramofsedimentmeasuring试验中主要用激光衍射式粒度分布测定装置system