粗細泥沙挾沙能力研究

1、粗細泥沙挾沙能力研究(1)    摘要：文中導出了均勻沙、非均勻粗細泥沙平衡和不平衡狀態(tài)下的挾沙能力公式，反映出含沙量、來沙量、級配和粘性對挾沙能力的影響。 關鍵詞：挾沙能力 非均勻沙 懸移質基金項目 均勻沙挾沙能力以下的探討以懸沙制紊的觀點出發(fā)1,2,4，針對黃河下游高含沙水流3及“多來多排，少來少走”的特點，引入渾水粘性等影響，建立均勻泥沙的挾沙能力關系，作為進一步探討非均勻粗細泥沙挾沙能力關系的基礎；同時，導出平衡狀態(tài)下和不平衡狀態(tài)的挾沙能力關系。1.1 平衡挾沙能力Es和分別代表在相同水流條件下的渾水和清水在單位時間內的能量損失，而以E代表E和E

2、s的差值，系由懸移質的制紊作用而出現的，則有    E-Es=E    (1)令A代表過水斷面面積，Sv代表以體積百分數計的含沙量，U代表斷面平均流速，J、JS分別表示清水及渾水的能坡，s、m分別為泥沙及渾水的密度，則    E=m(1-Sv)AUJ sSvAUJ    (2)    Es=m(1-Sv)AUJS sSvAUJS    (3)E=(s-)AC

3、1Sav* (4)式(2)和原有推導中采用mAUJ略有差異，其原因在于多(s-m)SvAUJ，是表明泥沙的存在對于渾水深液依然有一定的影響。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Sav*=m/C2(s-m)(f-fS)U3

4、/gR1 s-m/mSv(5)而f-fS與含沙量有關，Sv越大，f-fS越大，當Sv=0時，f-fS亦為0。同時，f-fS的值和渾水的粘性亦有關系，用r表征相對粘度，則f-fS應正比于r。因此有    f-fS=C3Sv*r     (6)式中和皆為參數，代入(5)式并整理有    Sv*=k(m/s-mU3/gR)m(1 s-m/mSv)mmr    (7)式中 k為系數(kg/s),m為待定參數均由實驗確定，而為渾水沉速，r水的相對

5、粘度。關于和r有許多公式，本文中取3    r=(1-Sv/Svm)-2.5    引入水槽和黃河天然實測資料，回歸參數m和k得    Sv*=0.211(m/s-mU3/gR)m(1 s-m/mSv)r0.69    (8)式中 Sr表征含沙量（體積百分比）大小對于挾沙能力的影響。式(8)的計算成果與實驗水槽和黃河實測資料的對比如圖所示，相關系數R=0.935，說明該公式對于黃河挾沙能力計算是符合較好的。  

6、60; 1.2 本篇論文是由3COME文檔頻道的網友為您在網絡上收集整理餅投稿至本站的，論文版權屬原作者，請不要用于商業(yè)用途或者抄襲，僅供參考學習之用，否者后果自負，如果此文侵犯您的合法權益，請聯(lián)系我們。不平衡狀態(tài)下的挾沙能力 上述為均勻沙在平衡狀況下的挾沙能力推導，由上述結果可知含沙量對于挾沙能力具有一定的影響，因此在上游來沙超飽和或不飽和時，挾沙能力的大小亦會受到某種程度的影響，同時，對于不平衡狀況下能否用平衡狀況的挾沙能力并無論證，以往均以挾沙能力為平衡時的水流挾沙能力，但是當其上游來沙多或少時，平衡被打破，此時的挾沙能力是否一樣，以往并未加以論證，下面仍用上述相同的方法來討論

7、在不平衡狀況的挾沙能力。同樣的有         圖1 式(8)與實測資料的比較Comparison of Eq.8 and field data    E=E-ES    (9)其中    E=m(1-Su)AUJ sSuAUJ        ES=m(1-Sv)AUJS sSvAUJS  

8、60;     E=C1(s-m)ASv*    式中 Su為上游來沙量，Sr為當地含沙量。則有    (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則和前節(jié)一樣J-JS=U2/8gR(f-f

9、S)而    f-fs=C2Svr或=C2Sur    不過此時的Sr和r中的Sr均不再是挾沙能力Sv*了，因為不平衡輸沙時SvSv*，代入上式后整理有    Sv*=k1(m/s-mU3/gR)(1 s-m/mSu)rm1Sum2    (10)式中Su為上游來沙含沙量。其中m1=1/,m=1/-,m2=/。因而有：m1/1-m2=m。m為上述公式(8)中的參數m=0.69。對于系數和，通過實驗資料適線得=2.0,=0.55，則相應的

10、m1=0.5,m2=0.275。在不平衡輸沙時，上游來沙量對挾沙能力有較大的影響。由式(10)和式(8)對比，可以看出這種差異，把(10)式改寫為    Sv*=k(m/s-mU3/gR)(1 s-m/mSu)rm(Su/Sv*)m2    (11)式(11)的參數和(8)式相同。如果Su<Sv*則尾項Su/Sv*<1，表明來沙偏小時，挾沙能力亦會相應減?。欢鳶v>Sv*則挾沙能力相對大一些，這就說明上游來沙量對挾沙能力的影響特點，和黃河下游多來多排，少來少走的特點是一致的。綜合上述，黃河下游均勻

11、沙挾沙能力通用式表示為    Sv*=k(m/s-m 本篇論文是由3COME文檔頻道的網友為您在網絡上收集整理餅投稿至本站的，論文版權屬原作者，請不要用于商業(yè)用途或者抄襲，僅供參考學習之用，否者后果自負，如果此文侵犯您的合法權益，請聯(lián)系我們。U3/gR)(1 s-m/mSu)rm1Sum2     (12)    當其Su=Sv*時Sv*=k(m/s-mU3/gR)(1 s-m/mSu)rm    (13)和平衡狀況下的挾沙能力一樣。&

12、#160;   2 非均勻粗細泥沙挾沙能力上一節(jié)主要探討了均勻沙的挾沙能力公式，這一節(jié)將探討非均勻粗細泥沙的挾沙能力計算方法。仍以實驗配合理論分析為主體技術路線。對于非均勻粗細泥沙，床沙和來沙分為N組，第i組泥沙的粒徑為Di，床沙百分比為bi，來沙百分比為Pui。2.1 總的挾沙能力非均勻混合沙挾沙能力的表達分二類，其一是求總的挾沙能力，不仔細去表達每一級的挾沙能力，其二是分級的挾沙能力，首先探討第一類，其后探討第二類挾沙能力。仍采用前述能量法        (14)式中E與前述一樣&

13、#160;   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    右邊和均勻沙一樣，而    左邊=由

14、Sv*i=P*iSv*代入上式則    左邊=    如果取則    Sv*=km/s-mU3/gR)m(1 s-m/mSu)rm    (15)    (15)式和用均勻沙時導出的結果是一致的，只是,式中P*i為挾沙級配。對于不平衡輸沙狀況，同理可得    Sv*=km/s-mU3/gR(1 s-m/mSu)rm1Smu2   

15、0; (16)    式中 總體來講非均勻混合沙挾沙能力關系和均勻沙時是一致的，只是2.2 分級挾沙能力天然河道的床沙和來沙均是非均勻，黃河下游河道床沙與來沙總是隨水沙異源和沖淤調整而不斷變化。而粗細泥沙的沖淤調整規(guī)律也不盡相同，這就使得粗細泥沙分級挾沙能力的研究顯得尤為重要。    Ei=Ei-Esi    (17)本篇論文是由3COME文檔頻道的網友為您在網絡上收集整理餅投稿至本站的，論文版權屬原作者，請不要用于商業(yè)用途或者抄襲，僅供參考學習之用，否者后果自負，

16、如果此文侵犯您的合法權益，請聯(lián)系我們。    Ei=C1A(s-m)iSv*i        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-J

17、S) s-m/mSvim     (18)上式中Pei和Pesi為能量分配百分數，即分給i粒級泥沙的能量百分比。關于Pei和Pesi，可以近似認為其相等：Pei=Pesi并令Pei=Pesi=Pn*i，則上式可寫成    Sv*i=k(m/s-mU3/gR)Pn*ir(1 s-m/mSvi/Pn*i)m    (19)通常會認為Pn*i=Pbi，即為床沙級配，上式可寫成    Sv*i=kPmbi(m/s-mU3/gRi)r(1 s-m

18、/mSvi/Pbi)mPmbiSiv*    (20)式中Siv*為i粒徑組可能挾沙能力。以往的處理中，認為    Sv*i=PbiSiv*    (21)    而上述推導出的結果顯然與原有的假設是不一樣的。事實上假設Sv*i=PbiSiv*并無理論和實驗依據，只是一種可能的假說。圖2中點繪了上述以Pbi的(20)和(21)式與實測結果的對比情況，由圖可以看出用床沙級配Pbi來代替Pn*i，和實際存在一定的差距。而文中導出公式(20)比假設公式(21)更接近實驗資料。 3 結論1. 河道在平衡和非平衡狀態(tài)下的挾沙能力不盡相同。         圖2 挾沙級配對