第九講推移質(zhì)輸沙率

第九講推移質(zhì)運(yùn)動(dòng)黃爾2012年5月9推移質(zhì)運(yùn)動(dòng)9.1概述9.2均勻推移質(zhì)輸沙率9.3非均勻推移質(zhì)輸沙率9.4估算推移質(zhì)的其他方法9.1概述定義：?jiǎn)挝粫r(shí)間通過(guò)過(guò)水?dāng)嗝娴耐埔瀑|(zhì)數(shù)量或質(zhì)量，稱為推移質(zhì)輸沙率。斷面上單位寬度上的推移質(zhì)輸沙率又稱單寬推移質(zhì)輸沙率。張瑞瑾：推移質(zhì)輸沙率既表征實(shí)際推移質(zhì)輸沙量，又反映水流挾運(yùn)推移質(zhì)的能力，及推移質(zhì)常處于飽和狀態(tài)（？）。推移質(zhì)運(yùn)動(dòng)特性推移質(zhì)通?？煞譃樯迟|(zhì)推移質(zhì)與卵石推移質(zhì)，前者多出現(xiàn)在平原沖積河流，后者多出現(xiàn)在山區(qū)河流。天然河道中，推移質(zhì)通常只在部分?jǐn)嗝嫔线\(yùn)動(dòng)，稱為推移質(zhì)輸移帶。推移質(zhì)輸沙率的具有脈動(dòng)現(xiàn)象，觀測(cè)表明，推移質(zhì)脈動(dòng)遠(yuǎn)強(qiáng)于水流脈動(dòng)（推移質(zhì)與流速的高次方成比例），卵石推移質(zhì)脈動(dòng)強(qiáng)于沙質(zhì)推移質(zhì)。推移質(zhì)輸移帶推移質(zhì)采樣壓差式采樣器網(wǎng)式采樣器由于采樣效率往往遠(yuǎn)小于1，且不穩(wěn)定，工程上不得不依靠輸沙率公式確定。推移質(zhì)輸沙率研究方法與表達(dá)形式研究方法：1基于實(shí)驗(yàn)；2力學(xué)分析；3概率論與力學(xué)；4量綱分析與經(jīng)驗(yàn)公式；5基于沙波運(yùn)動(dòng)。表達(dá)形式：1拖曳力；2流速；3功率；4概率9.2均勻沙推移質(zhì)輸沙率

9.2.1基于拖曳力的公式梅葉-彼得-穆勒公式公式：其中：n’代表沙粒阻力對(duì)應(yīng)的曼寧阻力系數(shù)D50至28.65mm的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。有效拖曳力起動(dòng)拖曳力9.2.2基于流速的公式推移質(zhì)運(yùn)動(dòng)速度Ub，運(yùn)動(dòng)厚度Kd，則實(shí)驗(yàn)表明：與底部流速建立：動(dòng)密實(shí)系數(shù)（運(yùn)動(dòng)泥沙體積百分比）：最后得：崗恰洛夫：沙莫夫：式中止動(dòng)流速9.2.3基于功率的公式（拜格諾）單位床面推移質(zhì)輸移功率：水流提供功率：（eb為效率系數(shù)）由能量平衡得：拜格諾基于單科躍移質(zhì)的公式運(yùn)動(dòng)速度：Ub=Un-Ur能量平衡式：輸沙率公式：確定β、Un、Ur等參數(shù)后9.2.4基于概率的輸沙率公式（漢斯·愛(ài)因斯坦）床沙與推移質(zhì)處于不斷的交換中；單顆泥沙運(yùn)動(dòng)具有隨機(jī)性，應(yīng)研究大量泥沙運(yùn)動(dòng)統(tǒng)計(jì)特性。任何泥沙進(jìn)入運(yùn)動(dòng)的概率決定于泥沙形式和附近水流流態(tài)，與歷史無(wú)關(guān)；泥沙運(yùn)動(dòng)的主要作用力為上舉力；當(dāng)?shù)厮鳁l件不足維持泥沙運(yùn)動(dòng)時(shí)，顆粒將沉積下來(lái)，床面各處沉積概率相同。泥沙單次連續(xù)運(yùn)動(dòng)的距離稱為單步距離，取決于泥沙的大小和形狀，約為100d。（一）泥沙的沉積率設(shè)p為起動(dòng)概率，則N顆泥沙運(yùn)動(dòng)距離的平均距離：則單位面積上泥沙的沉降率（二）沖刷率泥沙交換的時(shí)間正比于沉降一顆泥沙粒徑所需時(shí)間：?jiǎn)挝淮裁娴臎_刷率：?jiǎn)挝幻娣e上沖刷的泥沙質(zhì)量（三）輸沙平衡條件令沖刷率等于沉積率，得：即：Ф為推移質(zhì)輸沙強(qiáng)度，表示無(wú)量綱輸沙率。改寫(xiě)為：（四）起動(dòng)概率P與水流的關(guān)系以0.35d處的流速作為作用流速，并用η表示上舉力脈動(dòng)值，假定η的均方差為η0，則η*=η/η0為無(wú)量綱的上上舉力脈動(dòng)值。P代表W’/FL<1的幾率：（五）最終表達(dá)式上舉力總為正，上式應(yīng)改為絕對(duì)值形式：極限狀態(tài)：上舉力的分布服從正常誤差定律，可得：各公式的比較（統(tǒng)一成Φ~Θ的關(guān)系式）9.3非均勻推移質(zhì)輸沙率非均勻沙的運(yùn)動(dòng)特性：粗細(xì)顆粒間的隱暴作用相當(dāng)復(fù)雜，粗顆粒還要影響水流結(jié)構(gòu)。粒徑分布較廣時(shí)，粗顆粒通常不參與運(yùn)動(dòng)。實(shí)際方法：方法一:選用合適的代表粒徑來(lái)計(jì)算。方法二：計(jì)算分組粒徑的輸沙率，再求和。9.3.1代表粒徑的選取愛(ài)因斯坦認(rèn)為計(jì)算非均勻沙總輸沙率應(yīng)該取d35為代表粒徑。梅葉-彼得建議用平均粒徑dm為代表粒徑。錢寧認(rèn)為，對(duì)于低強(qiáng)度輸沙，dm優(yōu)于d35.對(duì)于高強(qiáng)度輸沙，兩者并無(wú)不同。應(yīng)為此時(shí)，起動(dòng)拖曳力可以忽略。9.3.2分組計(jì)算輸沙率有時(shí)需要計(jì)算各級(jí)泥沙的輸沙率。比如建水庫(kù)后，庫(kù)區(qū)床沙要細(xì)化，壩下床沙要粗化，必須計(jì)算床沙組成的變化?；旌仙持懈骷?jí)泥沙的相互影響是一個(gè)十分復(fù)雜的問(wèn)題，目前只有一些初步研究的成果，比如愛(ài)因斯坦的分級(jí)推移質(zhì)輸沙率公式。9.4估算推移質(zhì)的其他方法9.4.1巖石礦物分析法如果各支流巖石礦物組成有明顯差異，則可以根據(jù)干流上各礦物成分百分比，來(lái)分析各支流的推移質(zhì)沙量的比值。知道一條支流，可以推算其他的支流。9.