粗细泥沙挟沙能力研究(1)

1、    粗细泥沙挟沙能力研究(1)    文中导出了均匀沙、非均匀粗细泥沙平衡和不平衡状态下的挟沙能力公式，反映出含沙量、来沙量、级配和粘性对挟沙能力的影响。 关键词：挟沙能力 非均匀沙 悬移质基金项目 均匀沙挟沙能力以下的探讨以悬沙制紊的观点出发1,2,4，针对黄河下游高含沙水流3及“多来多排，少来少走”的特点，引入浑水粘性等影响，建立均匀泥沙的挟沙能力关系，作为进一步探讨非均匀粗细泥沙挟沙能力关系的基础；同时，导出平衡状态下和不平衡状态的挟沙能力关系。1.1 平衡挟沙能力Es和分别代表在相同水流条件下的浑水和清

2、水在单位时间内的能量损失，而以E代表E和Es的差值，系由悬移质的制紊作用而出现的，则有    E-Es=E    (1)令A代表过水断面面积，Sv代表以体积百分数计的含沙量，U代表断面平均流速，J、JS分别表示清水及浑水的能坡，s、m分别为泥沙及浑水的密度，则    E=m(1-Sv)AUJ sSvAUJ    (2)    Es=m(1-Sv)AUJS sSvAUJS  &#

3、160; (3)E=(s-)AC1Sav* (4)式(2)和原有推导中采用mAUJ略有差异，其原因在于多(s-m)SvAUJ，是表明泥沙的存在对于浑水深液依然有一定的影响。把(2)、(3)、(4)代入(1)式有    (s-m)AC1Sav*=mAU(J-JS) (s-m)SvAU(J-JS)        Sav*=m/C1(s-m)U(J-JS) m-s/mSvU(J-JS)    由J-JS=U2/8gR(f-fS)得S

4、av*=m/C2(s-m)(f-fS)U3/gR1 s-m/mSv(5)而f-fS与含沙量有关，Sv越大，f-fS越大，当Sv=0时，f-fS亦为0。同时，f-fS的值和浑水的粘性亦有关系，用r表征相对粘度，则f-fS应正比于r。因此有    f-fS=C3Sv*r     (6)式中和皆为参数，代入(5)式并整理有    Sv*=k(m/s-mU3/gR)m(1 s-m/mSv)mmr    (7)式中 k为系数(kg/s),m为待定

5、参数均由实验确定，而为浑水沉速，r水的相对粘度。关于和r有许多公式，本文中取3    r=(1-Sv/Svm)    引入水槽和黄河天然实测资料，回归参数m和k得    Sv*=0.211(m/s-mU3/gR)m(1 s-m/mSv)r    (8)式中 Sr表征含沙量（体积百分比）大小对于挟沙能力的影响。式(8)的计算成果与实验水槽和黄河实测资料的对比如图所示，相关系数R=0.935，说明该公式对于黄河挟沙能力计算是符合较好的。&#

6、160;   1.2             摘文中导出了均匀沙、非均匀粗细泥沙平衡和不平衡状态下的挟沙能力公式，反映出含沙量、来沙量、级配和粘性         本篇论文是由3COME文档频道的网友为您在网络上收集整理饼投稿至本站的，论文版权属原作者，请不用于商业用途或者抄袭，仅供参考学习之用，否者后果自负，如果此文侵犯您的合法权益，请联系我们。不平衡状态下的挟沙能

7、力 上述为均匀沙在平衡状况下的挟沙能力推导，由上述结果可知含沙量对于挟沙能力具有一定的影响，因此在上游来沙超饱和或不饱和时，挟沙能力的大小亦会受到某种程度的影响，同时，对于不平衡状况下能否用平衡状况的挟沙能力并无论证，以往均以挟沙能力为平衡时的水流挟沙能力，但是当其上游来沙多或少时，平衡被打破，此时的挟沙能力是否一样，以往并未加以论证，下面仍用上述相同的方法来讨论在不平衡状况的挟沙能力。同样的有         图1 式(8)与实测资料的比较Comparison of Eq.8 and field data

8、0;   E=E-ES    (9)其中    E=m(1-Su)AUJ sSuAUJ        ES=m(1-Sv)AUJS sSvAUJS        E=C1(s-m)ASv*    式中 Su为上游来沙量，Sr为当地含沙量。则有    

9、(s-m)AC1Sav*=mAU(J-JS) (s-m)AU(SuJ-SvJS)        Sav*=1/C1(s-m)mU(J-JS) (s-m)USv(J-JS)    近似地取SuSv或SvSu则和前节一样J-JS=U2/8gR(f-fS)而    f-fs=C2Svr或=C2Sur    不过此时的Sr和r中的Sr均不再是挟沙能力Sv*了，因为不平衡输沙时SvSv*，代入上式后整理有&

10、#160;   Sv*=k1(m/s-mU3/gR)(1 s-m/mSu)rm1Sum2    (10)式中Su为上游来沙含沙量。其中m1=1/,m=1/-,m2=/。因而有：m1/1-m2=m。m为上述公式(8)中的参数m=0.69。对于系数和，通过实验资料适线得=2.0,=0.55，则相应的m1=0.5,m2=0.275。在不平衡输沙时，上游来沙量对挟沙能力有较大的影响。由式(10)和式(8)对比，可以看出这种差异，把(10)式改写为    Sv*=k(m/s-mU3/gR)(1

11、s-m/mSu)rm(Su/Sv*)m2    (11)式(11)的参数和(8)式相同。如果Su<Sv*则尾项Su/Sv*<1，表明来沙偏小时，挟沙能力亦会相应减小；而Sv>Sv*则挟沙能力相对大一些，这就说明上游来沙量对挟沙能力的影响特点，和黄河下游多来多排，少来少走的特点是一致的。综合上述，黄河下游均匀沙挟沙能力通用式表示为    Sv*=k(m/s-m            

12、;摘文中导出了均匀沙、非均匀粗细泥沙平衡和不平衡状态下的挟沙能力公式，反映出含沙量、来沙量、级配和粘性         本篇论文是由3COME文档频道的网友为您在网络上收集整理饼投稿至本站的，论文版权属原作者，请不用于商业用途或者抄袭，仅供参考学习之用，否者后果自负，如果此文侵犯您的合法权益，请联系我们。U3/gR)(1 s-m/mSu)rm1Sum2     (12)    当其Su=Sv*时Sv*=k(m/s-mU3/gR)(1 s

13、-m/mSu)rm    (13)和平衡状况下的挟沙能力一样。    2 非均匀粗细泥沙挟沙能力上一节主探讨了均匀沙的挟沙能力公式，这一节将探讨非均匀粗细泥沙的挟沙能力计算方法。仍以实验配合理论分析为主体技术路线。对于非均匀粗细泥沙，床沙和来沙分为N组，第i组泥沙的粒径为Di，床沙百分比为bi，来沙百分比为Pui。2.1 总的挟沙能力非均匀混合沙挟沙能力的表达分二类，其一是求总的挟沙能力，不仔细去表达每一级的挟沙能力，其二是分级的挟沙能力，首先探讨第一类，其后探讨第二类挟沙能力。仍采用前述能量法 

14、0;      (14)式中E与前述一样    Esi=m(1-Svi)AUJS sSviAUJS        Ei=C1Sv*i(s-m)Ai    代入(14)式有    C1Sv*i(s-m)Ai=mAU(J-JS) (s-m)SvAU(J-JS)=m/C1(s-m)U3/gRSv*A(1 s-m/mSv)r  

15、;  右边和均匀沙一样，而    左边=由Sv*i=P*iSv*代入上式则    左边=    如果取则    Sv*=km/s-mU3/gR)m(1 s-m/mSu)rm    (15)    (15)式和用均匀沙时导出的结果是一致的，只是,式中P*i为挟沙级配。对于不平衡输沙状况，同理可得    

16、;Sv*=km/s-mU3/gR(1 s-m/mSu)rm1Smu2     (16)    式中 总体来讲非均匀混合沙挟沙能力关系和均匀沙时是一致的，只是2.2 分级挟沙能力天然河道的床沙和来沙均是非均匀，黄河下游河道床沙与来沙总是随水沙异源和冲淤调整而不断变化。而粗细泥沙的冲淤调整规律也不尽相同，这就使得粗细泥沙分级挟沙能力的研究显得尤为重。    Ei=Ei-Esi    (17)    &

17、#160;       摘文中导出了均匀沙、非均匀粗细泥沙平衡和不平衡状态下的挟沙能力公式，反映出含沙量、来沙量、级配和粘性         本篇论文是由3COME文档频道的网友为您在网络上收集整理饼投稿至本站的，论文版权属原作者，请不用于商业用途或者抄袭，仅供参考学习之用，否者后果自负，如果此文侵犯您的合法权益，请联系我们。    Ei=C1A(s-m)iSv*i   

18、60;    Ei=m(Pei-Svi)AUJ sSviAUJ        Esi=m(Pesi-Svi)AUJS sSviAUJS    代入(17)式整理后有    Sv*i=km/s-mU3/gR)r(PeiJ-PesiJS/J-JS) s-m/mSvim     (18)上式中Pei和Pesi为能量分配百分数，即分给i粒级泥沙的能量百分比。关于Pe

19、i和Pesi，可以近似认为其相等：Pei=Pesi并令Pei=Pesi=Pn*i，则上式可写成    Sv*i=k(m/s-mU3/gR)Pn*ir(1 s-m/mSvi/Pn*i)m    (19)通常会认为Pn*i=Pbi，即为床沙级配，上式可写成    Sv*i=kPmbi(m/s-mU3/gRi)r(1 s-m/mSvi/Pbi)mPmbiSiv*    (20)式中Siv*为i粒径组可能挟沙能力。以往的处理中，认为