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(dǎo)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(guān)鍵詞：挾沙能力 非均勻沙 懸移質(zhì)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(guān)系，作為進一步探討非均勻粗細泥沙挾沙能力關(guān)系的基礎(chǔ)；同時，導(dǎo)出平衡狀態(tài)下和不平衡狀態(tài)的挾沙能力關(guān)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(nèi)的能量損失，而以E代表E和E

2、s的差值，系由懸移質(zhì)的制紊作用而出現(xiàn)的，則有    E-Es=E    (1)令A(yù)代表過水斷面面積，Sv代表以體積百分數(shù)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(dǎo)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(guān)，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(guān)系，用r表征相對粘度，則f-fS應(yīng)正比于r。因此有    f-fS=C3Sv*r     (6)式中和皆為參數(shù)，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(shù)(kg/s),m為待定參數(shù)均由實驗確定，而為渾水沉速，r水的相對

5、粘度。關(guān)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(shù)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(guān)系數(shù)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(wǎng)友為您在網(wǎng)絡(luò)上收集整理餅投稿至本站的，論文版權(quán)屬原作者，請不要用于商業(yè)用途或者抄襲，僅供參考學(xué)習(xí)之用，否者后果自負，如果此文侵犯您的合法權(quán)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(dǎo)，由上述結(jié)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?shù)睾沉?。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(shù)m=0.69。對于系數(shù)和，通過實驗資料適線得=2.0,=0.55，則相應(yīng)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(shù)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(yīng)減小；而Sv>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(wǎng)友為您在網(wǎng)絡(luò)上收集整理餅投稿至本站的，論文版權(quán)屬原作者，請不要用于商業(yè)用途或者抄襲，僅供參考學(xué)習(xí)之用，否者后果自負，如果此文侵犯您的合法權(quán)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(shù)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(dǎo)出的結(jié)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(guān)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(diào)整而不斷變化。而粗細泥沙的沖淤調(diào)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(wǎng)友為您在網(wǎng)絡(luò)上收集整理餅投稿至本站的，論文版權(quán)屬原作者，請不要用于商業(yè)用途或者抄襲，僅供參考學(xué)習(xí)之用，否者后果自負，

16、如果此文侵犯您的合法權(quán)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(shù)，即分給i粒級泥沙的能量百分比。關(guān)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(dǎo)出的結(jié)果顯然與原有的假設(shè)是不一樣的。事實上假設(shè)Sv*i=PbiSiv*并無理論和實驗依據(jù)，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(jié)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(dǎo)出公式(20)比假設(shè)公式(21)更接近實驗資料。 3 結(jié)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