沙質(zhì)推移質(zhì)斷面輸沙率計(jì)算方式

1、沙質(zhì)推移質(zhì)斷面輸沙率計(jì)算方式            摘要：當(dāng)今眾多推移質(zhì)計(jì)算公式，其成果都與實(shí)際難符。本文對(duì)泥沙統(tǒng)計(jì)理論建立的單寬輸沙率公式、給各符號(hào)的確定方法進(jìn)行了優(yōu)選，只需根據(jù)水文站日常測(cè)驗(yàn)中得到的有關(guān)資料，即可求出單寬輸沙率的沿河寬分布曲線；沿河寬積分，則可求得相應(yīng)斷面推移質(zhì)輸沙率。本方法與各家公式對(duì)比，其成果接近恩格隆公式，經(jīng)長(zhǎng)江三個(gè)站實(shí)測(cè)資料驗(yàn)證，實(shí)際誤差與當(dāng)前測(cè)驗(yàn)精度一致。具有實(shí)用意義。 關(guān)鍵詞：特征粒徑 泥沙統(tǒng)計(jì)理論 特征概率 起動(dòng)流速  1 前言由于

2、推移質(zhì)測(cè)驗(yàn)很困難，迄今為止實(shí)測(cè)資料為數(shù)有限；為滿足實(shí)用需要，一般都致力于計(jì)算方法的研究與選擇。目前經(jīng)驗(yàn) 、半經(jīng)驗(yàn)的推移質(zhì)計(jì)算公式已不下數(shù)十個(gè), 因都未考慮橫向分布上的強(qiáng)烈不均勻性，所以，計(jì)算的成果都與實(shí)際相差較大，難于滿足實(shí)用要求。受泥沙統(tǒng)計(jì)理論的啟示，取各家研究成果之所長(zhǎng)，先對(duì)推移質(zhì)計(jì)算中各因子優(yōu)選，從而優(yōu)化了單寬輸沙率公式。其中推移層厚度隨水力因素確定，水流強(qiáng)度和摩阻流速由實(shí)測(cè)流速參數(shù)決定，使計(jì)算成果更能符合實(shí)際。根據(jù)水文站日常測(cè)驗(yàn)資料中取得的垂線位置、水深、流速、床沙顆粒級(jí)配等資料，就可分別求出各垂線的單寬輸沙率，確定其沿河寬分布曲線。再經(jīng)數(shù)學(xué)方法處理，沿河寬積分，即能算得全斷面推移質(zhì)輸

3、沙率。本方法經(jīng)單線資料與恩格隆、愛(ài)因斯坦、梅葉-彼德等計(jì)算成果對(duì)比，與恩格隆式接近，大于愛(ài)因斯坦與梅葉-彼德兩式。與長(zhǎng)江有關(guān)站斷面實(shí)測(cè)成果對(duì)比，基本接近，具有實(shí)用意義，為間接法測(cè)推移質(zhì)取得了新的經(jīng)驗(yàn)。2 單寬輸沙率公式的選擇泥沙統(tǒng)計(jì)理論，是當(dāng)今有廣闊發(fā)展前景的研究推移質(zhì)運(yùn)動(dòng)的工具2。但在確定輸沙模式時(shí)，彼此還存在較大的差別，有的甚至還涉及到不同的概念3。盡管如此，而在公式的結(jié)構(gòu)上，則可以綜合為以下通用形式qb=Asm0MDP1L/P2t(1)式中P1、P2為特征概率，L為特征長(zhǎng)度，t為時(shí)間，D為特征粒徑，M為沙層運(yùn)動(dòng)高度(以特征粒徑的倍數(shù)計(jì))，m0為面密實(shí)系數(shù)，A為系數(shù)；s為泥沙容重，qb為單

4、寬輸沙率。3 特征參數(shù)的確定式(1)中，A是體積系數(shù)/6與面積系數(shù)/4之比，等于2/3。竇國(guó)仁試驗(yàn)結(jié)果，面密實(shí)系數(shù)m0=0.4。s一般沙質(zhì)河床可取2650kg/m3。對(duì)非均勻沙選用床沙組成中哪一級(jí)粒徑為代表粒徑，各家標(biāo)準(zhǔn)不一致。根據(jù)沙質(zhì)河床的特性及試算的反復(fù)研究驗(yàn)證，確定取床沙的D80作為特征粒徑D。其他幾個(gè)參數(shù)是經(jīng)過(guò)以下討論后確定的。3.1 速度L/t的確定L/t 是泥沙運(yùn)動(dòng)的特征速度，仍采用簡(jiǎn)化后一般通用的顆粒平均滾動(dòng)速度公式Vs=Vb-Vbc(2)    2007-04-23      &

5、#160; 式中Vs推移質(zhì)平均運(yùn)動(dòng)速度, Vb河底流速, Vbc時(shí)均顆粒起動(dòng)流速。關(guān)于Vb及Vbc的確定，則采用竇國(guó)仁公式2b=8.5/6+2.5lnd/KsV(3)bc=1.09s-/gD+0.19(gd+K/D)1/2(4)式中 Ks按以下方法確定；當(dāng) D0.5mm,Ks=0.5mm,當(dāng)D>0.5mm時(shí)Ks=D =0.213×10-4cm,k=2.56cm3/s2, s=2650kg/m3; =1000kg/m3bc=1.0916.1865+0.000000397d+0.0000004864/D1/2(5)式中 均以m為單位，d為垂線水深， V為垂線平均流速。3.

6、2 u*及的確定摩阻流速u*及水流強(qiáng)度可通過(guò)實(shí)測(cè)值計(jì)算，但在平原河流上，使用實(shí)測(cè)比降J值很不理想，水尺間距短了精度低，長(zhǎng)了又缺乏代表性，很多站都沒(méi)有比降觀測(cè)項(xiàng)目，進(jìn)行橫比降觀測(cè)的站就更少，為此用實(shí)測(cè)流速反算的方法來(lái)解決此問(wèn)題。勃蘭特流速分布公式為：V=5.75u*lg(30.2d/)+5.75u*lg,令a=5.75u*lg(30.2d/)，b=5.75u*，則可簡(jiǎn)化為：V=a+blg，即u*=b/5.75(6)式中a，b為簡(jiǎn)化流速參數(shù)，Vi為測(cè)點(diǎn)流速，為從河底起算的測(cè)點(diǎn)相對(duì)水深，為河底糙度。因?yàn)?wdJ/(s-w)D=dJ/1.65D式中w為水的容重，s為泥沙容重，以u(píng)*=與式(1)進(jìn)行對(duì)比

7、，其中。為此恩格隆曾將P=6/B(-c)/P(一)式，改為P=1+/6B/-c4-1/4 P(二)式。前文提到P=P1/P2=P1/1-P1,由于P是P1的組合值故認(rèn)為P值可大于1。文獻(xiàn)1指出，P(一)式的恩氏成果與其他幾家公式比較一致。 而用P(二)式的成果，在高輸沙時(shí)，偏小甚多，明顯不合理。這也旁證了P大于1的合理性。再一個(gè)問(wèn)題是，P 的表達(dá)式是什么？根據(jù)文獻(xiàn)1提供的如圖1的資料作進(jìn)一步的研究后， 發(fā)現(xiàn)恩氏的表達(dá)式與資料不盡相符。 P(一)式上部分太偏大，P(二)式受P不能大于1這個(gè)概念的束縛，上部又有點(diǎn)偏小。為此，將P（二）修正為    2007-04-23        P=1.18(-0.19)0.22(8)當(dāng)0.1942 時(shí) P=6/B(-c)=2.3873(-0.046)(9) 式中B=0.8，c=0.046，其余符號(hào)意義同前，適線情況如圖1。 3.4 泥沙運(yùn)動(dòng)層高度M的確定對(duì)推移層厚度，各家都以代表粒徑的倍數(shù)表示，已有公式中，多用一個(gè)固定值。我們認(rèn)為它是一個(gè)隨水流條件而變的函數(shù)，表達(dá)式為