第九讲推移质输沙率

1、第九讲 推移质运动黄尔2012年5月9 推移质运动n9.1 概述n9.2 均匀推移质输沙率n9.3 非均匀推移质输沙率n9.4 估算推移质的其他方法9.1 概述n定义：单位时间通过过水断面的推移质数量或质量，称为推移质输沙率。断面上单位宽度上的推移质输沙率又称单宽推移质输沙率。n张瑞瑾：推移质输沙率既表征实际推移质输沙量，又反映水流挟运推移质的能力，及推移质常处于饱和状态（？）。推移质运动特性n推移质通常可分为沙质推移质与卵石推移质，前者多出现在平原冲积河流，后者多出现在山区河流。n天然河道中，推移质通常只在部分断面上运动，称为推移质输移带。n推移质输沙率的具有脉动现象，观测表明，推移质脉动远

2、强于水流脉动（推移质与流速的高次方成比例），卵石推移质脉动强于沙质推移质。推移质输移带推移质采样n压差式采样器n网式采样器n由于采样效率往往远小于1，且不稳定，工程上不得不依靠输沙率公式确定。推移质输沙率研究方法与表达形式n研究方法：1基于实验；2力学分析；3概率论与力学；4量纲分析与经验公式；5基于沙波运动。n表达形式：1拖曳力；2流速；3功率；4概率9.2 均匀沙推移质输沙率n9.2.1 基于拖曳力的公式n梅叶-彼得-穆勒公式n公式：n其中：n代表沙粒阻力对应的曼宁阻力系数nD50至28.65mm的实验数据。gdhJnngssb2/12/32/3125. 0047. 026/6/190dn

3、 有效拖曳力起动拖曳力9.2.2 基于流速的公式n推移质运动速度Ub，运动厚度Kd，则n实验表明：n与底部流速建立：n动密实系数（运动泥沙体积百分比）：KdmugsssbcsUUAumcshdUUBuncsUUmn最后得：n岗恰洛夫：n沙莫夫：式中止动流速mnccsbhdUUUUdg1 . 0308. 2hdUUUUdgccb25. 035 . 095. 0hdUUUUdgccb6/13/183. 32 . 11hdUUcc9.2.3基于功率的公式（拜格诺）n单位床面推移质输移功率：n水流提供功率：（eb为效率系数）n由能量平衡得：gtggtguWWbsssbb0bUeEbssbetggUg0

4、拜格诺基于单科跃移质的公式n运动速度：Ub=Un-Urn能量平衡式：n输沙率公式：n确定、Un、Ur等参数后rnxbUUFUWtanrnssbUUgtan0MDhUUUUUgcssb4 . 0lg75. 5tan*0*9.2.4基于概率的输沙率公式（汉斯爱因斯坦）n床沙与推移质处于不断的交换中；n单颗泥沙运动具有随机性，应研究大量泥沙运动统计特性。n任何泥沙进入运动的概率决定于泥沙形式和附近水流流态，与历史无关；泥沙运动的主要作用力为上举力；n当地水流条件不足维持泥沙运动时，颗粒将沉积下来，床面各处沉积概率相同。n泥沙单次连续运动的距离称为单步距离，取决于泥沙的大小和形状，约为100d。（一）

5、泥沙的沉积率n设p为起动概率，则N颗泥沙运动距离的平均距离：n则单位面积上泥沙的沉降率PdL10dPgLggbbd)1 (10（二）冲刷率n泥沙交换的时间正比于沉降一颗泥沙粒径所需时间：n单位床面的冲刷率：sgdAdAt3gdpAAAgdApdAAgsssss312312单位面积上冲刷的泥沙质量（三）输沙平衡条件n令冲刷率等于沉积率，得：n即：n为推移质输沙强度，表示无量纲输沙率。n改写为：gdpAAAdpgssb3121*2311AgddgAAAppssb*1AAp（四）起动概率P与水流的关系n以0.35d处的流速作为作用流速，并用表示上举力脉动值，假定的均方差为0，则*= / 0为无量纲的

6、上上举力脉动值。nP代表W/FL1的几率：11111)6 .10(lg75. 5178. 021110*20*22120*BBJhdAAs（五）最终表达式n上举力总为正，上式应改为绝对值形式：n极限状态：n上举力的分布服从正常误差定律，可得：*0*01BB0*1B0*0*211*111BBtAAdteP各公式的比较（统一成的关系式）9.3 非均匀推移质输沙率n非均匀沙的运动特性：粗细颗粒间的隐暴作用相当复杂，粗颗粒还要影响水流结构。粒径分布较广时，粗颗粒通常不参与运动。n实际方法：方法一:选用合适的代表粒径来计算。方法二：计算分组粒径的输沙率，再求和。9.3.1 代表粒径的选取n爱因斯坦认为计算非均匀沙总输沙率应该取d35为代表粒径。n梅叶-彼得建议用平均粒径dm为代表粒径。n钱宁认为，对于低强度输沙，dm优于d35.对于高强度输沙，两者并无不同。应为此时，起动拖曳力可以忽略。9.3.2 分组计算输沙率n有时需要计算各级泥沙的输沙率。比如建水库后，库区床沙要细化，坝下床沙要粗化，必须计算床沙组成的变化。n混合沙中各级泥沙的相互影响是一个十分复杂的问题，目前只有一些初步研究的成果，比如爱因斯坦的分级推移质输沙率公式。9.4 估算推移质的其他方法n9.4.1 岩石矿物分析法n如果各支流岩石矿物组成有明显差异，则可以根据干流上各矿物成分百分比，来分析各支流的推移质沙量的比值。知道一条支