寬級配推移質(zhì)輸移特性研究

1、寬級配推移質(zhì)輸移特性研究            摘要：針對寬級配卵石河道粗細(xì)顆粒泥沙的輸移特點(diǎn)，提出一種反映粗化細(xì)化過程的特征參數(shù)粗化細(xì)化程度的概念和計(jì)算方法，來描述河道粗化細(xì)化過程中輸沙能力的不同特點(diǎn)。同時(shí)，在對床沙位置進(jìn)行實(shí)測的基礎(chǔ)上，把粗化過程和床沙位置特征參數(shù)聯(lián)系起來，用床沙位置特征參數(shù)來反映，刻化粗化細(xì)化過程中的程度；由此而對非均勻粗細(xì)泥沙輸移中粗化細(xì)化程度對輸沙率的影響規(guī)律進(jìn)行深入探討，獲得粗化細(xì)化程度對粗顆粒泥沙推移質(zhì)輸沙率影響的計(jì)算方法。 關(guān)鍵詞：泥沙輸移 推

2、移質(zhì) 粗化過程  1 前言長江三峽庫尾河段，其沖淤變幅較大，當(dāng)蓄水發(fā)電時(shí)，河床發(fā)生淤積床沙細(xì)化，提高了輸沙能力，當(dāng)消落拉沙時(shí)，河床會(huì)發(fā)生沖刷使床沙逐漸粗化，降低河道的輸沙能力1，3。因此，在一定的邊界條件下，要加大河道的輸沙能力，可進(jìn)行水沙調(diào)節(jié)，使水沙相匹配，讓河道朝有利的方向發(fā)展，減少減緩河道的淤積。粗化細(xì)化過程中粗化細(xì)化是如何影響輸沙能力，可以用下述例子來簡要說明：在水槽上鋪一定厚度的粗細(xì)泥沙，施放清水進(jìn)行沖刷使其完全粗化穩(wěn)定，此時(shí)粗化程度達(dá)到最大，輸沙率為零。此時(shí)，取下粗化層級配，并按此級配重新配沙并鋪并水槽中，施放與前述粗化穩(wěn)定時(shí)同樣的水流，則輸沙率顯然不為零，粗化程度則為零

3、。兩者的主要差異在于粗化細(xì)化程度不一樣，前者粗化程度最高，后者則反之。這就反映出，粗化程度的不同導(dǎo)致不同的輸沙強(qiáng)度(或輸沙率)。反過來講，作為粗化過程的反過程細(xì)化過程，在水流相同條件下，細(xì)化程度越大，則輸沙強(qiáng)度亦較高。沖刷粗化過程的輸沙強(qiáng)度明顯小于淤積（細(xì)化過程）的挾沙強(qiáng)度。另一方面，粗化細(xì)化是一連續(xù)過程，沖刷中有著不同的粗化程度，細(xì)化中亦存在不同的細(xì)化程度，不同程度的粗化細(xì)化，其輸沙規(guī)律也不一樣。 粗化細(xì)化程度概念粗化細(xì)化過程是天然河道沖淤交替的反映，反映粗化細(xì)化強(qiáng)烈的量稱為粗化細(xì)化程度。如何進(jìn)行粗化細(xì)化程度的量測、計(jì)算是解決非均勻粗細(xì)泥沙輸移規(guī)律中的關(guān)鍵問題之一。粗化細(xì)化程度的定量描述有著

4、不同的方法，用床沙位置特性（粗沙實(shí)測資料）和前期累計(jì)沖淤量描述。2.1 床沙位置特征參數(shù)確定床沙粗化程度床沙粗化伴隨河床床面粗糙加大，伴隨細(xì)化來的是床面光滑。粗化過程的最終狀況是粗化穩(wěn)定層的形成，此時(shí)粗化程度系數(shù)亦定義為。當(dāng)然粗化也許不形成粗化穩(wěn)定層。粗化開始時(shí)的粗化程度則認(rèn)為是零。作為粗化過程(沖刷)的逆過程細(xì)化過程，淤積細(xì)化開始作為細(xì)化程度為零。用d(Armoring Degree)表示粗化程度。非均勻沙顆粒的運(yùn)動(dòng)，存在著大小顆粒間的相互影響，造成大小顆粒間相互影響的原因是非均勻沙顆粒在床面上的位置關(guān)系，因而要研究非均勻沙的運(yùn)動(dòng)就必須先研究非均勻沙顆粒在床面上的位置關(guān)系，這也是深入研究非均

5、勻沙運(yùn)動(dòng)特性的基礎(chǔ)。顆粒處在床面上的位置不同，則顆粒所受水流力也不同，從顆粒的受力大小，顆粒的跳躍運(yùn)動(dòng)及其實(shí)際測量等方面考慮，引入如圖所示的暴露高度的概念。由圖可見，暴露高度就是基線0-0到顆粒頂點(diǎn)的豎向距離。基線0-0為床面表層泥沙平均暴露高度面，即平均床面。這樣，位于平均床面上的顆粒的暴露高度也剛好為零；暴露高度也可是正，也可為負(fù)，為正時(shí)表示突起于平均床面之上，為負(fù)時(shí)表示低于平均床面。由圖1可知，這種暴露高度，不僅反映了某一顆泥沙在床面上的位置，也反映了與該顆泥沙相鄰顆粒在床面上的位置，相鄰顆粒間的相對位置關(guān)系正好反映了非均勻沙大小顆粒間的相互影響關(guān)系，因而反映了非均勻沙顆粒在床面上的位置

6、特性；同時(shí)，這種暴露高度也是能夠?qū)嶋H測量的。以往，韓其為3，Paintal等人也曾涉及暴露度問題，但只是對暴露度及其分布作了許多假設(shè)，并無實(shí)際資料難驗(yàn)證，這正是暴露度研究上欠缺的。本文提出了一種實(shí)測暴露高度的方法，并對暴露高度進(jìn)行了實(shí)測，填補(bǔ)了暴露高度資料方面的不足，并為深入了解非均勻沙大小顆粒間的相互影響打下了基礎(chǔ)。圖2 床沙暴露高度與粒徑的關(guān)系Relationship between the particle exposure and diameter圖2(a)所對應(yīng)的是床沙全動(dòng)時(shí)的暴露高度和粒徑的關(guān)系，由圖知：暴露高度隨粒徑線性增長，即圖2(b)所對應(yīng)的是床沙部分可動(dòng)時(shí)的暴露高度和粒徑的

7、關(guān)系，由圖2可知iA(D*c-Da) (DiDc)(3) 其中    2007-04-23        (7) 其中 P*=P×P  P為躍過下游顆粒的概率。*=(s-)Di/0(1+ADa-Di/Di) *=gbi/Pis(/s-)1/2(1+ADa-Di/Di)1/2 gbi為i粒徑組推移質(zhì)輸沙率；Pi為i粒徑組床百分?jǐn)?shù)。由實(shí)驗(yàn)資料適線得：B=0.046，A*=1.6，粗化程度影響參數(shù)=（1+ADa-Di/Di）(1