水流挾沙能力水利1241匯編資料

1、水利(shul)1241 一組水流(shuli)挾沙能力sediment-carrying capacity of flow組長：魏思雨組員：黃瀟鵬 劉開超 邵先博 宋生成 廖天豪 林則安共二十六頁目錄(ml)概述(i sh) 公式的發(fā)展卡門常數(shù)共二十六頁概述(i sh)在一定的水力條件下水流能夠(nnggu)挾帶一定數(shù)量的造床質(zhì)泥沙而不引起河床沖淤變化，此時(shí)通過斷面單位體積的渾水所挾帶的平均含沙量即平均飽和含沙量，稱為水流的挾沙能力。共二十六頁文本(wnbn)文本(wnbn)文本文本文本本文本文本水流挾沙能力是指在一定水流 泥沙和斷面形態(tài)條件下 河床處于平衡狀態(tài)時(shí) 水流所能挾帶的最大含沙量

2、或稱臨界含沙量 。 共二十六頁當(dāng)來流的含沙量大于臨界值時(shí) 水流處于(chy)超飽和狀態(tài) 河床將發(fā)生淤積。圖為河床淤積斷面。共二十六頁反之當(dāng)?shù)陀谶@個(gè)臨界值時(shí)水流處于次飽和狀態(tài) 轉(zhuǎn)而向河床(hchung)尋求泥沙補(bǔ)給造成河床(hchung)沖刷。共二十六頁格賓籠 為防止河床(hchung)沖刷說明共二十六頁水庫(shuk)放水 為防止(fngzh)河床淤積說明共二十六頁 水流挾帶的泥沙影響水流結(jié)構(gòu)，而水流結(jié)構(gòu)的變化影響水流流速分布、含沙量分布和水流挾沙能力。紊流漩渦(xun w)自床面附近產(chǎn)生，然后向主流區(qū)擴(kuò)散，由此決定了水流流速分布規(guī)律。水體中泥沙顆粒的存在將對(duì)旋渦的產(chǎn)生和擴(kuò)散產(chǎn)生影響，從而影響

3、水流流速分布規(guī)律和能量消耗，反過來又影響含沙量分布和水流挾沙能力?？ㄩT常數(shù)是挾沙水流重要研究內(nèi)容?？ㄩT常數(shù)(chngsh)Karman constant共二十六頁一、泥沙物理(wl)特性 泥沙特性包括含沙量、 泥沙粒徑和級(jí)配以及相對(duì)密度。 分析實(shí)驗(yàn)觀測(cè)資料和野外實(shí)測(cè)資料表明(biomng)，對(duì)于一般挾沙水流，隨著含沙量（或相對(duì)粘滯系數(shù)）增加，流速分布趨于更不均勻，卡門常數(shù)減小，當(dāng)含沙量（或相對(duì)粘滯系數(shù)）超過某一臨界值后，尤其是高含沙水流，隨著含沙量（或相對(duì)粘滯系數(shù)）增加，流速分布變化愈均勻，卡門常數(shù)增大。在同樣含沙量條件下，隨著泥沙粒徑增大，流速分布趨于不均勻，卡門常數(shù)減小 。在含沙量和粒徑均

4、較接近的條件下，隨著相對(duì)密度增大，有效懸浮功增大，水流消耗能量增大，流速分布趨于更不均勻，卡門常數(shù)減小。共二十六頁二、泥沙(n sh)狀態(tài) 水流中泥沙按運(yùn)動(dòng)狀態(tài)可分為懸移質(zhì)、 推移質(zhì)以及與水流密度相等的中性懸浮質(zhì)。 A、錢寧和萬兆惠對(duì)挾沙水流的能量消耗、傳遞(chund)進(jìn)行了研究 ，主要結(jié)論為：(a) 挾沙水流在懸移運(yùn)動(dòng)范圍， 就地消耗的能量比清水水流大， 這是由于挾沙水流的流速梯度較大的緣故； (b) 在懸移質(zhì)運(yùn)動(dòng)范圍，和清水水流相比，挾沙水流能夠提供更多的能量，在推移質(zhì)運(yùn)動(dòng)范圍，情況則正好相反；(c) 挾沙水流的能量自主流區(qū)向近底流區(qū)的傳遞不象清水水流那樣集中。共二十六頁B、推移質(zhì)運(yùn)動(dòng)所

5、需的能量取自一部分的水流時(shí)均能量，致使水流提供(tgng)能量減少，當(dāng)?shù)厮髁魉贉p小，流速分布趨于更不均勻。流速分布愈不均勻，卡門常數(shù)愈小。共二十六頁C、中性懸浮質(zhì)存在不直接消耗水流勢(shì)能和紊動(dòng)能，因此對(duì)水流分布的影響較小。中性懸浮質(zhì)一方面是水流粘滯(zhn zh)系數(shù)增大，當(dāng)?shù)卣承韵脑龃蟆Ａ硪环矫?，它的跟隨性較好，不易變形，有利于能量傳遞擴(kuò)散，因此對(duì)水流分布的影響很小。共二十六頁三、床面形態(tài)(xngti) 平整床面恒定均勻二維明渠挾沙水流(shuli)，流速分布滿足對(duì)數(shù)率，卡門常數(shù)小于 0.4；而存在沙紋、沙壟、逆行沙浪時(shí)，由于水流(shuli)具有較強(qiáng)的三維特征，卡門常數(shù)有可能大于 0.4

6、，此時(shí)，卡門常數(shù)取決于床面形態(tài)和床面阻力的大小 。共二十六頁公式(gngsh)的發(fā)展從研究歷程來看，水流挾沙能力的研究大致可劃分(hu fn)為以下3個(gè)階段20世紀(jì)50年代以前，初步探索階段50到80年代，半理論半經(jīng)驗(yàn)公式問世80年代中期以來，高含沙水流 共二十六頁階段一20世紀(jì)50年代以前，處于初步(chb)定性和經(jīng)驗(yàn)分析階段。階段二20世紀(jì)50年代到80年代，水流挾沙能力的研究取得長足的進(jìn)展，主要表現(xiàn)在許多半理論半經(jīng)驗(yàn)的水流挾沙能力公式的問世，其中代表性的公式有愛因斯坦公式、前蘇聯(lián)的維利坎諾夫公式、武漢水利學(xué)院公式、楊志達(dá)等等，許多公式至今仍受到比較廣泛的應(yīng)用，但這些公式大多只適用于低含沙

7、水流，在高含沙水流中應(yīng)用受到一定的限制。共二十六頁水動(dòng)力學(xué)泥沙數(shù)學(xué)模型的關(guān)鍵在于如何計(jì)算水流(shuli)挾沙能力, 懸移質(zhì)以及床沙級(jí)配的調(diào)整，特別對(duì)于像黃河下游這樣高含沙水流更是如此。比較有代表的水流挾沙能力公式是1959年武漢水利電力學(xué)院水流挾沙研究組建立的公式。 張瑞瑾等根據(jù)懸移質(zhì)具有制紊作用的觀點(diǎn)，從挾沙水流的能量平衡原理出發(fā)，建立能量平衡方程，導(dǎo)出了水流挾沙能力公式的結(jié)構(gòu)形式共二十六頁 Bagnoid利用懸浮功的概念，推導(dǎo)了具有(jyu)下面形式的懸移質(zhì)挾沙能力公式共二十六頁韓其為從張瑞瑾的挾沙能力公式的基本形式出發(fā),除了充分考慮高含沙水流中的泥沙含量對(duì)渾水容重和泥沙沉降速度的影響外

8、, 同時(shí)認(rèn)識(shí)到當(dāng)含沙量進(jìn)一步增加(zngji)時(shí),必須考慮泥沙顆粒周圍一層難以分離的薄膜水對(duì)泥沙顆粒體積的影響。為此，建立了低含沙水流與高含沙水流統(tǒng)一的挾沙能力公式共二十六頁階段三20世紀(jì)80年代中期以來挾沙能力的研究進(jìn)入了一個(gè)新的發(fā)展階段，許多研究者試圖將一般水流挾沙能力公式向高含沙水流范圍(fnwi)擴(kuò)展，并建立了一些高、低含沙水流挾沙能力公式，例如曹如軒、竇國仁、張紅武等公式具有較好代表性。共二十六頁對(duì)于高含沙水流的挾沙能力(nngl)，曹如軒曾參照一般挾沙水流的概念和公式形式，根據(jù)懸浮功與勢(shì)能關(guān)系，在考慮了含沙量對(duì)沉速和粒徑的影響后，利用有關(guān)實(shí)測(cè)資料，得到了含沙量與水流泥沙因子的關(guān)系式

9、。共二十六頁張紅武等從水流能量消耗應(yīng)為泥沙懸浮功和其他能量耗損之和的關(guān)系，出發(fā)考慮了泥沙存在(cnzi)對(duì)卡曼常數(shù)及沉速等的影響，給出了半經(jīng)驗(yàn)半理論的水流挾沙能力共二十六頁周宜林等以挾沙水流紊動(dòng)能量(nngling)方程為基礎(chǔ)，通過分析水流挾沙的物理模式，得到了紊動(dòng)能產(chǎn)生項(xiàng)與粘性耗散項(xiàng)的關(guān)系，從而推導(dǎo)出了適用于紊流三區(qū)的挾沙能力計(jì)算式共二十六頁 水流挾沙能力問題由來已久，至今人們已經(jīng)經(jīng)歷了近一個(gè)世紀(jì)的研究歷程。盡管各家的研究方法不同、公式種類繁多、結(jié)構(gòu)(jigu)各異、但是目前人們普遍認(rèn)可的挾沙能力同意共識(shí)并不多見。因此，現(xiàn)階段有必要對(duì)眾多的、各式各樣的挾沙能力公式進(jìn)行系統(tǒng)的歸納總結(jié)與對(duì)比分析，獲得大量挾沙能力公式的統(tǒng)一結(jié)構(gòu)(jigu)形式，已解釋水流挾沙能力所表述的水流輸沙共同的物理性質(zhì)。共二十六頁Thanks共二十六頁內(nèi)容摘要水利1241。紊流漩渦自床面附近(fjn)產(chǎn)生，然后向主流區(qū)擴(kuò)散，由此決定了水流流速分布規(guī)律。水流中泥沙按運(yùn)動(dòng)狀態(tài)可分為懸移質(zhì)、 推移質(zhì)以及與水流密度相等的中性懸浮質(zhì)。C、中性懸浮質(zhì)存在不直接消耗水流勢(shì)能和紊動(dòng)能，因此對(duì)水流分布的影響較