受泥石流入汇影响主河床冲刷粗化稳定试验研究

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1、受泥石流入汇影响主河床冲刷粗化稳定试验研究摘要：受泥石流入汇影响，主河床随不同河段级配常呈显著差别。特设计了10组床沙分段组成的粗化模式进行试验，认为清水冲刷只有在该段上游没有泥沙起动输移至研究区域时，才是严格意义上的清水冲刷粗化，否则应研究上游区段冲刷输移量及其沿程沉积量和对下游区域的影响程度。此外，还研究了受分段影响区域的初始和粗化稳定后床面高度统计量变化幅度以及稳定后沙粒阻力的表示方法，得出了利用床面高度变化统计量均方差σ比用床面糙度尺寸Ks选取的代表粒径更能体现综合糙率曼宁系数n值。关键词：泥石流沙粒阻力床面糙度代表粒径1引言　　天然河流床沙粒径由于河床坡降沿程变缓，通过分选，磨损及

2、水沙条件等影响，一般认为是非均匀性床沙。不均匀床沙在水流作用下分选而粗化，一般有两种情况。其一是没有输沙补给的粗化；其二是有输沙补给的粗化[1]。对于这两种性质不同的粗化形式，大多数研究者常采用铺设某一种床沙级配清水冲刷模拟前者[2，3]，而利用加沙粗化实验来研究后者[4，5]。而在实际的天然河流中，河流各区域的来沙组成及水流条件不可能完全一样，尤其是具有多支流的河段，当左右各相邻支流及坡面来沙组成相差较大时，由此导致了河床泥沙的组成更接近于分段组成[6]，而泥石流入汇引起主河床床沙组成差异更为突出。为了更清楚地了解这种河流粗化的形式，本文就分段组成河床粗化问题进行试验研究，分析了不同床沙粗

3、化受分段影响后泥沙输移量的变化程度，并对床面初始及粗化后的地形高度变化进行统计分析，研究粗化前后床面地形的变化程度，并探讨分段组成床沙粗化稳定后沙粒阻力的表示方法和目前采取的糙率尺寸Ks的差别及其优劣性。2试验方法2.1试验设备及试验沙　　试验是在四川大学泥沙研究室长16m、宽0.3m、深0.5m的变坡水槽中进行。槽首设置阀门及静水池，小流量时采用三角堰，大流量时采用矩形堰，槽尾设置漏斗用于接沙，在水槽导轨上安置4根测针等分槽宽测量床面高度。试验用沙为天然砾石夹沙，比重为2.65t/m3,粒径为0.25～15mm,并通过不同筛分组成4种基本床沙级配，各种基本级配沙重量恒定，此后利用不同组合可

4、产生其它级配形式，以用于分段铺设不同级配的床沙，本次实验用沙级配特性见图1所示。2.2试验方法　　将混合均匀的试验沙（已选定好级配）小心放入水槽，尽量使级配不变，铺沙厚度为0.050m,长度由该级配泥沙总量控制(其中0.25～1mm，1～3mm，3～6mm，6～10mm及10～15mm总重量分别为44,37.5，38.7,39.7,20.5kg，混合沙由它们配合组成)，按选定好的底坡(固定坡降J=0.5%)铺成。从水槽两端灌水尽可能使样沙不动，用水压密实后，将水慢慢泄空，然后进行初始床面地形高度测量，纵向间距为10cm,横向间距为6cm,再从水槽两端放水使水位高出床面5cm以上，至此，放水前

5、的准备工作完成。图1实验用沙床沙级配示意图(纵坐标为床沙级配百分数%，横坐标为床沙粒径mm)Sketchofbedmaterialsdistribution　　逐渐打开进水阀门，调节入槽流量，并调节尾水门开度，在这一过程中逐渐调整水面比降，使床面泥沙保持滚动推移向下游运动，并使实验段水流条件成为均匀流为止。在试验过程中，观察床面泥沙运动变化情况，当床面在这一水流条件下输沙率为零时，认为此时粗化层已经形成且稳定，并记录输沙总量和粗化运行时间。然后将水放空，待床面沙样较干后，进行粗化层床面地形高度测量，方法如初始床面地形的测定。对于分段铺设不同级配的床沙实验时，实验结束后，应用网筛分离成4种基本

6、床沙级配，并记录不同级配床沙在床面各段沉积量和出口的输沙总量。3受泥石流影响分段组成河床冲刷粗化稳定机理　　本次实验共进行了10组不同分段组成河床粗化实验，铺设概况见图示2。粗化稳定后水力因子,实验初始及粗化床面地形高度统计参数见表1。表1粗化稳定后水力因子、床面地形高度统计参数ThestatisticalparametersofhydraulicfactorsandbedtopographylevelinarmoringstabilityRunQ(10-3m3/s)H(10-2m)V(m/s)Fr粗化时间（h）出口沙量(kg)曼宁糙率n床面地形高度均方差σ(初始及粗化后)cm出口沙沉积沙1

7、1.602.00.2670.6091.504.800.0180.070.1824.374.50.3240.4931.507.700.02320.120.50317.88.00.7420.8471.01.120.01290.080.13443.014.01.0240.8831.05.750.01200.060.13517.88.00.7420.8471.5024.20.01290.060.10617.88.00