洛惠渠高含沙水流的特性分析

《洛惠渠高含沙水流的特性分析》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在应用文档-天天文库。

1、洛惠渠高含沙水流的特性分析摘要：利用洛惠渠近二十年的实测资料，从泥沙颗粒沉速、流变特性等基本概念着手分析洛惠渠高含沙水流的特性。指出水流中含沙量的增大和细颗粒含量的增加，一方面使流体粘度增加；另一方面使流体容重增大，从而导致颗粒的沉速大幅度降低，甚至形成不分选泥浆。文章为进一步研究黄河等多沙河流的高含沙水流输沙提供了科学依据。关键词：洛惠渠高含沙沉速粘性宾汉体1灌区概况　　人民引洛灌区位于陕西关中东部，是河源泥沙干扰比较突出、泥沙含量较大的灌区。灌区平面图见图1，总干渠全长21.5km，沿洛河东岸沟壑区经五号隧洞到达义井，再分为

2、东、中、西三条干渠，呈扇形分布。图1人民引洛渠灌区平面图SketchofRenminYinLuoIrrigationDistrict　　灌区水源为北洛河，它是黄河多沙支流之一，发源于陕北定边县白宇山区。北洛河多年平均平均流量为25.7m3/s；洪水期7～9月，最大洪峰流量为4420m3/s；枯水期5～6月，最小流量为1.2m3/s；一般流量在10m3/s左右。氵状头站多年平均水、沙及各级含沙量(以重量百分比计)情况见表1。表1北洛河氵状头站多年平均水、沙情况统计表(1952～1974)Annualrunoffandsedimen

3、tloadatZhuangtoustation年径流量年沙量最大含沙量(%)各级含沙量出现历时(小时)总量(亿m3)7～9月(%)总量(万t)7～9月(%)　15～25%25～35%>35%小计8.144595009065.0120.470.6159.3350.3　　据前十五年的资料统计，一次洪峰持续高含沙的情况如下：含沙量大于40%、历时超过四天的有三年，超过三天的有九年；洪峰含沙量大于50%的几乎每年都出现，其中持续两天以上的有两年。北洛河洪水一般多出现于7～8月份，最早于6月中、下旬出现。洪峰和沙峰基本相适应，沙峰稍

4、迟于洪峰，洪峰峰型陡瘦，沙峰陡涨缓落。人民引洛渠直接引用北洛河水，水沙关系与北洛河水变化过程基本相同。从1974年至1986年实测资料分析，引洛渠汛期含沙量与悬沙粒径有一定关系，即：含沙量越大，粒径越粗(见图2)；从汛期各次洪峰相比较，由于来水来沙区不同，悬沙粒径也有所不同。一般来说，每年第一次洪峰的悬沙粒径较粗。据1963～1970年资料统计；北洛河悬沙平均粒径为0.0399～0.0437mm，中值粒径为0.0353～0.0420mm。2泥沙颗粒在高含沙水流中的特性颗粒沉速是泥沙运动中的一个重要参数，如沉淀落淤速度、挟沙能力等

5、都与这一参数密切相关。图2东干义井断面洪峰时段S～d50关系图Relationbete已有的研究表明含沙量对泥沙颗粒的沉速有着一定的影响。粘土浆液的含沙量达到一定程度以后，具有非牛顿流体的特性。国内外学者多采用宾汉方程来近似描述其流变特性[1，2]。2.1洛惠渠高含沙水流的流变特性　　1985年费祥刻授[3]以爱因斯坦在球形颗粒的稀悬液条件下，推得的相对粘度理论公式μ液/μ0=(1+2.5Sv)为基础，分析求得不同粒度组成下高浓度悬液的相对粘度表达式，并做了比较系统的粘性试验进行验证，最后得出高浓度泥沙悬液相对粘度的公式μ液/μ

6、0=［1-KSv/Svm］-2.5(1)式中系数K是对固体浓度的修正系数，即考虑了细颗粒表面的薄膜水，又考虑了粒间封闭水对浓度的影响。Sv和Svm分别表示固体体积比浓度及其极限浓度，μ液和μ0则表示泥沙悬液及同温度的清水的粘滞系数。当悬液中固体浓度较高时，已属非牛顿流体，可用宾汉模型来描述其剪切力与切变率关系。宾汉极限剪切力的试验结果可用下列经验式表达[4]τB=9.8×10-2exp(Bε+1.5)(2)式中τB——N/m2,系数B=8.45，ε=Sv-Sv0/Svm这里Sv0为由牛顿体转变到非牛顿体的临界浓度。公式(1)和(

7、2)的特点是除了浓度Sv作为影响悬液流变参数的因素以外，又加入了反映颗粒组成特性的Svm值，使流变参数的应用范围明显扩大。　　根据采集黄河中下游有关水文站的悬沙沙样进行的流变试验[3]，得出如下关系式(3)Svm=0.92-0.2l∑gpi/di(4)K=1+2.0（Sv/Svm）0.3（1-Sv/Svm）4(5)洛惠渠引水是引黄河之水，上述公式可以应用于此。2.2泥沙颗粒在宾汉流体中的受力分析　　下面，我们分析一下作用于流体中下沉颗粒上的力。当泥沙颗粒的水下有效重量与作用于颗粒的阻力平衡时，它便达到其最终沉速ω(γs-γ)πd

8、3/6=CDγπd2/4·ω2/2g(6)式中γs为泥沙颗粒比重，γs=ρsg;γ为流体比重。　　知道了阻力系数如何变化，就可以推得沉速如何变化。作用于泥沙颗粒的阻力等于作用于泥沙颗粒表面的切应力和压应力沿运动方向的合力。泥沙颗粒在牛顿流体中作层流沉降时，作用于