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悬移质输沙理论2

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悬移质泥沙垂线分布理论(抬高进水口)

悬移质泥沙垂线分布理论(抬高进水口)

参考资料《南桠河三级水电站入渠含沙量和悬移质颗粒级配验证》众所周知，悬移质含沙量沿垂线分布是上部小下部大，颗粒组成则是上细下粗，故在本次引水渠进水闸设计中拟抬高进水闸底槛来引取表层清水；一、已知资料限于基础数据较少，以原引水渠道内淤积物颗粒组成粗略反应河流泥沙含量；由淤积物颗粒组成情况如下粒径小于某粒径的沙重百分数（％）考虑总干渠按设计引水流量32 m3/s 运行有该断面处平均流速v约为0.78m/s二、计算取水口前垂线平均分组含沙量则各粒径组垂线平均砂量为S 0.005= 1.045 kg/m3S 0.01=0.385 kg/m3S 0.02=0.660 kg/m3S 0.05= 1.375 kg/m3S 0.075=0.660 kg/m3S 0.1=0.880 kg/m3S 0.3=0.330 kg/m3S 0.5=0.110 kg/m3S 1=0.055 kg/m3∑ 5.5 kg/m3悬浮指标的理论计算值Z的计算采用谢鉴衡悬浮指标修整公式计算z 1Z0.005=0.000.034800580.03480058e取值 2.718282Z0.01=0.000.0371975160.03719752Z0.02=0.020.0467989970.04679901Z 0.05=0.110.1138874220.11388748三、取水口前垂线各节点分组含沙量计算Z0.075=0.250.2213588210.22135894Z0.1=0.390.3192485650.31924875Z0.3= 1.970.9348137960.93481398Z0.5= 3.62 1.025326426 1.02532646Z1=7.48 1.033973132 1.03397313划分取水口处水深H为 6.30952381等分，间距0.42m，则取y/H=0.1～0.9倍，即取水0.4416670.005 mm粒径组在各分层处的含沙量各层含量kgSy 2.385=0.3601920690.151 kgSy 1.97=0.3748133820.157 kgSy 1.55=0.3843054560.161 kgSy 1.13=0.3929525380.165 kgSy0.71=0.4027912380.169 kgSy0.29=0.418527110.176 kgSy-0.14=#NUM!#NUM!Sy-0.56=#NUM!#NUM!Sy-0.98=#NUM!#NUM!#NUM!0.010 mm粒径组在各分层处的含沙量含量kgSy 2.385=0.1318770570.055 kgSy 1.97=0.1376069720.058 kgSy 1.55=0.1413350890.059 kgSy 1.13=0.1447368560.061 kgSy0.71=0.1486136760.062 kgSy0.29=0.1548277150.065 kgSy-0.14=#NUM!#NUM!Sy-0.56=#NUM!#NUM!Sy-0.98=#NUM!#NUM!#NUM!0.020 mm粒径组在各分层处的含沙量含量kgSy 2.385=0.2204954210.093 kgSy 1.97=0.2326154610.098 kgSy 1.55=0.2405718540.101 kgSy 1.13=0.2478792230.104 kgSy0.71=0.2562612330.108 kgSy0.29=0.2698142010.113 kgSy-0.14=#NUM!#NUM!Sy-0.56=#NUM!#NUM!Sy-0.98=#NUM!#NUM!#NUM!0.050 mm粒径组在各分层处的含沙量含量kgSy 2.385=0.3857678450.162 kgSy 1.97=0.4394193350.185 kgSy 1.55=0.4768964450.200 kgSy 1.13=0.5129189510.215 kgSy0.71=0.5561550740.234 kgSy0.29=0.6304682540.265 kgSy-0.14=#NUM!#NUM!Sy-0.56=#NUM!#NUM!Sy-0.98=#NUM!#NUM!#NUM!0.075 mm粒径组在各分层处的含沙量含量kgSy 2.385=0.1399873240.059 kgSy 1.97=0.1803055010.076 kgSy 1.55=0.2113957950.089 kgSy 1.13=0.243536490.102 kgSy0.71=0.2850219380.120 kgSy0.29=0.3637009440.153 kgSy-0.14=#NUM!#NUM!Sy-0.56=#NUM!#NUM!Sy-0.98=#NUM!#NUM!#NUM!0.100 mm粒径组在各分层处的含沙量含量kgSy 2.385=0.1446702940.061 kgSy 1.97=0.2084053160.088 kgSy 1.55=0.2621489450.110 kgSy 1.13=0.3215127360.135 kgSy0.71=0.4033875520.169 kgSy0.29=0.5733303990.241 kgSy-0.14=#NUM!#NUM!Sy-0.56=#NUM!#NUM!Sy-0.98=#NUM!#NUM!#NUM!0.300 mm粒径组在各分层处的含沙量含量kgSy 2.385=0.010*******.005 kgSy 1.97=0.0318285930.013 kgSy 1.55=0.0623129380.026 kgSy 1.13=0.1132819250.048 kgSy0.71=0.2201184610.092 kgSy0.29=0.6162211290.259 kgSy-0.14=#NUM!#NUM!Sy-0.56=#NUM!#NUM!Sy-0.98=#NUM!#NUM!#NUM!0.500 mm粒径组在各分层处的含沙量含量kgSy 2.385=0.0028786290.001 kgSy1.97=0.0092967810.004 kg Sy1.55=0.019424190.008 kg Sy1.13=0.0374161560.016 kg Sy0.71=0.0775333250.033 kg Sy0.29=0.239804160.101 kg Sy-0.14=#NUM!#NUM!Sy-0.56=#NUM!#NUM!Sy -0.98=#NUM!#NUM!#NUM!1.000 mm 粒径组在各分层处的含沙量含量kg Sy2.385=0.0014072850.001 kg Sy1.97=0.0045901050.002 kg Sy1.55=0.0096500960.004 kg Sy1.13=0.0186917060.008 kg Sy0.71=0.0389714590.016 kg Sy0.29=0.1216887170.051 kg Sy-0.14=#NUM!#NUM!Sy-0.56=#NUM!#NUM!Sy -0.98=#NUM!#NUM!#NUM!总前所述，认为取表层水不仅泥沙含量较低，况且颗粒均较细，本次设计拟 2.15m 水进水闸设计引用流量32.0 m3/s 已知引水闸前平均水深为2.15m ，闸孔宽度取b 8.00m 则进水闸前平均流速为先计算垂线节点流速各层含量kg/m3节点编号节点流速各节点层含量Vy 2.15m = 2.17 m/s四、引水渠入渠含沙量的颗粒级配计算Vy 1.73m= 2.09 m/s0.1528 kg/m30.15281262Vy 1.31m= 2.00 m/s0.1585 kg/m30.15851474Vy0.89m= 1.87 m/s0.1612 kg/m30.16118852Vy0.47m= 1.68 m/s0.1614 kg/m30.16136845Vy0.05m= 1.16 m/s0.2662 kg/m30.26620246则取水口断面各粒径组含沙量为0.9001 kg/m30.900086790.900 0.005 mm粒径组在各分层处的含沙量Sy 2.39m=0.3601920690.075629812Sy 1.97m=0.3748133820.075135439Sy 1.55m=0.3843054560.072231408Sy 1.13m=0.3929525380.066400946Sy0.71m=0.4027912380.093703585粒径组平均含量0.3831011942.56%0.010 mm粒径组在各分层处的含沙量Sy 2.39m=0.1318770570.02769033Sy 1.97m=0.1376069720.027584822Sy 1.55m=0.1413350890.02656437Sy 1.13m=0.1447368560.02445757Sy0.71m=0.1486136760.034572833粒径组平均含量0.14086992415.65%0.020 mm粒径组在各分层处的含沙量Sy 2.39m=0.2204954210.046297597Sy 1.97m=0.2326154610.046630312Sy 1.55m=0.2405718540.045216229Sy 1.13m=0.2478792230.041886521Sy0.71m=0.2562612330.059615488粒径组平均含量0.23964614826.62%0.300 mm粒径组在各分层处的含沙量Sy 2.39m=0.010*******.002294961Sy 1.97m=0.0318285930.006380389Sy 1.55m=0.0623129380.011711911Sy 1.13m=0.1132819250.01914233Sy0.71m=0.2201184610.051207392粒径组平均含量0.0907 kg/m310.08%0.500 mm粒径组在各分层处的含沙量Sy 2.39m=0.0028786290.000604428Sy 1.97m=0.0092967810.001863641Sy 1.55m=0.019424190.003650837Sy 1.13m=0.0374161560.006322566Sy0.71m=0.0775333250.018037012粒径组平均含量0.0305 kg/m3 3.39% 1.000 mm粒径组在各分层处的含沙量Sy 2.39m=0.0014072850.000295489Sy 1.97m=0.0045901050.000920137Sy 1.55m=0.0096500960.001813766Sy 1.13m=0.0186917060.003158516Sy0.71m=0.0389714590.009066149粒径组平均含量0.0153 kg/m3 1.69%5.50 kg/m3H= 2.65m 1.176361978a= 1.06mSa=S0.4H=si均= 5.50 kg/m3w k u n0.00001670.40.0416087560.020.00006670.0002670.001670.0039550.006120.03080.05670.117=0.1～0.9倍，即取水口深度范围为：0.27m～ 2.39m由于进水闸闸底板抬高，按有坎宽顶堰的流量系数前平均流速为 1.86 m/s0.43试算b7.41计算得v 2.01节制闸闸底高程1940.10m 闸前水位1942.60m 过流面积44.79m2平均流速0.78m/s 闸前水深 2.65m顶堰的流量系数p=1H= 2.65mm=0.355297Q=29.47791。

浅谈河流泥沙的运动规律

浅谈河流泥沙的运动规律

示：
试 中Ｃ 一 与水流挟沙能力相应的断面含沙量 ，ｋ ｇ ／ ｍ ； 断 面平 均 流 速 ，ｍ ／ ｓ ； ｄ 一断面平均水深 ，ｍ； 泥沙沉速 ，ｍ ／ ｓ ，与泥沙粒径大小 和水温有关 ； ｇ一 重 力 加 速 度 ，ｍ／ ｓ ； Ｋ 、ｍ 一 常数 ，有实测资料推算 。 该式属于经验公式且仅适用 于天然泥沙 。 该式结构特点表 明，河流流速大 、泥沙颗粒小 、水深浅 ， 则挟沙能力强 。水流挟沙能力一般指各级颗粒的沙源均为充 足 条件下的平衡含沙量 ，并不代表水流 的实 际含沙量 ，各级颗粒 的沙源不充足会 出现非饱和输沙 ，条件特殊时也会 出现超饱 和 输沙 。但是 ，水流挟沙能力仍是分析 河床 冲淤或平衡 问题的常 用概念 ， 当水流挟带的悬移质 泥沙超过河段的水流挟沙能力 时， 这个河段必将发生淤积 ；反之 ，则会发生冲刷。 ２悬 移质 的 时 空分 布 规 律 ２ ． １ 河流泥沙变化的影响 因素 河流从 流域挟 带泥沙的多少与流域坡 度 、土壤 、植被 、季 节性气候变化 ，降雨强度 以及人类活动等因素有关 。河流泥沙 随时间的变化 ， 也就取决于这些因素随时间的不 同组合和变化。 来源于地 势 、地形 、土壤性质和植被状况等下垫面条件不 同的 地区河流的洪水 ，挟带 的泥沙将会有显著的差别 ，多沙河流 与 少沙河流 与流域下垫面状况紧密相关 。 另外 ， 对于冲积性河流 ， 其承水河床由长期 冲积 的泥沙构成 ，水流流经这样 的河段 ，常 会挟带或沉积大量 泥沙 。季节性 的气候变化对河流泥沙 的变化 也有一定的影响。汛前 由于降水少 ，土壤疏松 、干燥 、抗冲能 布 比较 稳 定 、均 匀 。 力差 ，因此 ，初夏 的暴雨洪水常挟带较多 的泥沙 ，秋末洪水含 ３河流泥沙运动与泥沙测验 的关系 沙量较少。降雨强度对河流泥沙 的影响是 ：雨强大 ，则侵蚀 能 泥沙运动理论可以指导泥沙测验 ，掌握流域泥沙来 源和影 力强 ，从而使河流挟带 的泥沙增 多。河流输沙量集 中在汛期 ， 响因素可 以指导测站布局规划泥沙 的测验工作 ；泥沙季节变化 而且主要集 中在几次大洪水 中 ，其原 因也在于此 。人类活动使 的知识可 以指导年度测验部署 ；泥沙随时间变化的规律可以指 流域产沙条件发生变化 。如修建道路 、毁林垦荒 ，将导致河 流 导合理 的布置泥沙测次和正确掌握测验时机 ，对泥沙在 断面分 泥沙增加 ；而封山育林 、开展水土保持 ，又可减少河流泥沙 ； 布及脉动 的认识有利于选择测验方法和仪器工具等。所 以对泥 修建水库 ，常会沉积泥沙。这种影 响将使河流泥沙发生系统性 沙运动规律的研究 ，在泥沙测验工作中有着 十分重要的意义。 变化 。 ２ ． ２泥 沙 的脉 动 作 者简介 ：李 东颇 （ １ ９ ８ １ 一），女 ，大 专学历 ，工 程师，现从 事 脉动是忽大忽小不停波动变化 的现象 。悬移质泥沙悬浮在 水文水资源管理工作。
悬移质输沙理论2

悬移质输沙理论2

ω = −9 ν
D +
−3 ⎞ ⎛ ⎛ ν ⎞ γs — γ 10 10 ⎟ + 1 .65 × 9 .8 × 0 .6 × 10 −3 gD = −9 × × ⎜9 × ⎜9 ⎟ + ⎜ γ 0 .6 0 .6 ⎟ ⎝ D⎠ ⎝ ⎠ −3 2 2
=-0.015+0.0996=0.0846m/s
悬浮指标为： Z =
单宽悬移质输沙率：1. 沿垂线积分计算
g s = γ s ∫ U ( y )S v ( y )dy
a h
问题1 ：积分的下限a＝？床面高度a处的含沙量 Sva ＝？ 问题2 : 是否可以从床面积到水面？ 对问题2的回答是“不行”，理由如下： a) 所采用的流速公式当y＝0时没有意义(流速和含沙量趋于正、负无穷 大)；b) 从输沙机理上看，在床面附近运动的泥沙，支持其重量的是河床 床面支持、而不是水流的紊动能量，所以这一层运动的泥沙属于推移质 的范畴。
D
ν
γs − γ 0 .6 × 10−3 −3 0 .1 gD = × 0 . 1 × 1 . 65 × 9 . 8 × 0 . 6 × 10 γ 10 −6
=18.69
河流动力学基础
17
悬移质单宽输沙率的概念 –
垂线积分型:均匀沙的Einstein公式 –
垂线平均型:维利卡诺夫公式 和 Bagnold公式
均匀沙的Einstein悬移质输沙率公式: 例题
[例]
2.3 ⎛ R' χ ⎞ U ⎟ = lg⎜ 12 22 . ⎜ κ ⎝ ks ⎟ U '* ⎠
算沙粒阻力对应的水力半径的过程见下表。
′ 的初值 Rb
1.0 0.5 0.6 0.7 0.67 0.68 0.69 0.685
第三章、悬移质运动

第三章、悬移质运动


g1 S
一、扩散理论
单位时间内因紊动扩散通过该截面 上浮的泥沙数量为g2，则有
dS g 2 y dy
εy 为悬移质扩散系数，与紊动强度有关， 负号表示扩散向含沙量减小的方向进行（递 减，所以 d S 是负值，g2表示扩散的泥沙量应
dy
该是正值，所以方程右边必须加一负号，与 水流流速梯度正好相反）。
dS y S 0 （另外从流 dy
体力学普朗特混合长度概念建立微分方程 式，同样可以得出完全相同的微分方程式）
一、扩散理论
2. 解微分方程（求含沙量沿水深分布的计算式） 解此方程的关键问题是怎样确定悬移质 扩散系数εy和沉速ω，一般ω可视为常数，而 对εy，有三种观点： ① 认为二元均匀流中，从水面到河底的紊动是 均匀分布的，则扩散系数是常数， εy=C。
悬移质和河床质的级配曲线
另外，根据输沙率与流量关系点绘 成图，可以发现当泥沙颗粒较粗时，相
关较好，图形呈直线关系。而当泥沙颗
粒逐渐变细时，点据也就逐渐分散，相
关越来越差，以至很难找出它们之间的
关系。
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悬移质和河床质的级配曲线
③ 悬移质中较细颗粒的泥沙在床沙中很少 或根本没有，这些较细颗粒的泥沙从流 域面上冲刷外移以后，在来到本河段以 前，沿程很少在河槽上停留，基本上都 是一泻千里，保持原来的面目，上游来 的多时通过本河段也多，上游来的少时 通过本河段也少。很少参与造床作用， 称为“冲泻质”。
1 1 kU 1 h ds dy y h y dy s yh y
一、扩散理论
则有
kU h y ln S ln y ln h y ln C y
其中C为积分常数。 给定一条件，设参考点y=a处的含沙 量已知为Sa，则有
悬移质中床沙质输沙率 爱因斯坦公式

悬移质中床沙质输沙率 爱因斯坦公式

悬移质中床沙质输沙率爱因斯坦公式
悬移质中床沙质输沙率的爱因斯坦公式是基于悬移质运动扩散理论和流速分布公式推导出来的。

该公式表示悬移质单宽输沙率与含沙量、流速、水深、床面层厚度等因素之间的关系。

具体公式如下：
\(E = \frac{2\pi\rho_s u}{\varphi}\sqrt{\frac{g}{\varphi}}\left[A + B
\cdot \frac{\tanh(u\sqrt{\varphi/g})}{u\sqrt{\varphi/g}}\right]\)
其中，\(E\) 表示悬移质单宽输沙率，\(\rho_s\) 表示泥沙密度，\(u\) 表示某一深度处流速，\(g\) 表示重力加速度，\(\varphi\) 表示水流摩阻流速，\(A\) 和 \(B\) 是与泥沙粒径、沉速和卡门常数有关的系数。

这个公式是一个经验公式，用于预测悬移质输沙率，适用于不同的水流条件和泥沙类型。

在实际应用中，需要根据具体情况进行参数调整和修正。

第二章推移质运动

第二章推移质运动

③大量起动：
Pc3 P (u 0 u 0c u 0c 1 u 0c 1.37 u 0c ) 0.159
一般以少量起动作为判断标准
二、无粘性沙的起动流速公式
1、泥沙的受力分析
⑴、水下W 重 力
球体W ： s
D3
6
非球体W： a3s D3 (a3为体积系 ) 数
⑵、拖曳力 F D
表面摩擦力：水流流过
V c 4.6 D 1 / 3 h 1 / 6
冈恰洛夫公式 (采用对数流速分布公式 )：
Vc
1 .07 lg
8.8h D 95
s gD ( m, s制 , D 0 .08 ~ 1 .5 mm )
河海大学公式 (采用对数流速分布公式 )：
Vc
1.28
lg
13 .15 h D 95
gD (天然沙 , m, s制， D 0.5mm )
•代表粒径：如Dm、D50等 •分级计算
2. Vc和τc两种起动 形式的起动条件的 比较
3. 跞石和卵石的起动
4.止动流速、不动流速、扬动流速
1、止动流速VH：泥沙由运动状态到静止状态的流速。
通常采用： VH＝KHVC 计算,沙莫夫：KH＝0.71,列维：KH＝0.83
2、不动流速VB: 泥沙个别起动的水流流速。 通常采用：VB＝KBVC 计算，冈恰洛夫：0.71； 沙莫夫：0.834；克诺罗兹：0.90；窦国仁：0.785~0.875
二、沙波的产生和消亡
1、静平床：V<VC，床面平整。 2、沙纹：V>VC，泥沙起动，少量聚集成沙丘，然后移动加长，
彼此连接形成形状及其规则的沙纹。迎水面长而平，背水面 短而陡，尺度较小，一般Δ=0.5~2.0cm，λ=1~15cm，与河道 几何尺度无关。 3、沙垄：V继续增大，Δ增高，λ增长，变成沙垄，已与河道有关。 4、动平床：V达到一定程度，过峰沙不落在漩涡区，而落在波谷 或下个迎水面，结果是床面逐渐平整，但有大量泥沙运动。
[讲义]《河流动力学》大学教材课件-悬移质运动和水流挟沙力

[讲义]《河流动力学》大学教材课件-悬移质运动和水流挟沙力

紊动扩散作用：由于紊动扩散将悬移质从高浓 度区向低浓度区扩散的作用。
重力＞紊扩作用，泥沙下沉，表现为淤积； 重力＜紊扩作用，泥沙悬移，表现为冲刷； 重力＝紊扩作用，平衡（S↑），不冲不淤。 悬移质运动过程——重力与紊动扩散作用抗衡
的过程。
§5-1 悬移质概述
★ 影响悬浮的因子？ ⑴ 泥沙粒径、重率、ω 重力作用 ⑵ 水流的紊动强度υ′
§5-1 悬移质概述
※ 说明：推移质是河床组成中大量存在的，即在河
床组成中大量存在的这一部分悬移质（床沙质）和整 个推移质的运动状态与河床变化发展息息相关。在考 虑河道演变过程时常把二者作为重要分析对象。
§5-2 悬移质含沙量的垂线分布
﹡ 泥沙的重力沉降使得含沙水流中沿垂线形 成上清下浑的浓度分布。紊流中沿水深不同高 度处各层水体之间存在水团的紊动交换，同时 引起各水层间泥沙的交换，但上清下浑的浓度 分布使得向上运动的水团所挟带的泥沙量大于 向下运动水团所挟带的沙量，故紊动交换的结 果使泥沙向上运动；又因泥沙比水重而势必往 下沉降。当因紊动作用而上移的沙量恰好等于 因重力作用而下沉的沙量时，含沙量沿垂线分 布达到平衡状态。本节讲述平衡后的含沙量垂 线分布规律。
本质上归结于这两种作用的矛盾统一关系。
§5-1 悬移质概述
★ 紊动作用如何抗拒重力作用托起泥沙？
在挟带悬移质的水流中，含沙量沿垂线分 布不均匀：愈接近底部含沙量愈大，愈接近表 面含沙量↓，即沿垂线向存在含沙量的梯度。
在一个较长时段中，由于紊动作用上浮的 泥沙量多于由于紊动作用下沉的泥沙总量，即 在垂向上紊动起着上托泥沙的作用。故含沙量 沿垂线的梯度是重力作用与垂向上的紊动作用 的产物。
§5-1 悬移质概述
二、床沙质和冲泻质﹤仅限于悬移质﹥ 3、联系 ⑴ 同属于悬移质，二者在悬浮运动的过程中，对水
悬移质泥沙输移扩散方程适用条件的讨论

悬移质泥沙输移扩散方程适用条件的讨论

悬移质泥沙输移扩散方程适用条件的讨论张磊;关见朝;王友胜;胡智丹;王协康【摘要】悬移质泥沙的输移扩散是泥沙运动力学的基础问题之一,学者们基于不同理论对其运动规律开展了深入研究.基于已有研究,本文主要讨论了不同理论下扩散方程的适用条件.研究结果表明,传统的Rouse扩散方程及其修正式仅适用于泥沙浓度较低、颗粒惯性小至可忽略的条件;两相流理论下的扩散方程由于未考虑颗粒惯性效应,同样只适用于浓度较低、颗粒较小的条件;近期Snehasis Kundul和Koeli Ghoshal基于漂移速度建立的扩散方程由于考虑了升力、颗粒惯性等因素对悬移质分布的影响,使其适用范围相应变大,但在确定泥沙扩散系数上仍然采用的是经验公式,应用上会受到实验资料的限制.基于动理学理论的扩散模型包括基于PDF方程的扩散方程和弥散方程.两个模型中,除了重力沉降和紊流扩散作用外,由于考虑了升力、颗粒紊动、颗粒惯性等影响因素,其在浓度较高、颗粒惯性较大时仍适用,具有普适性.尤其是弥散方程,能够反映颗粒浓度、颗粒紊动、颗粒碰撞等不同机制对泥沙悬浮的影响,全面阐释了悬移质泥沙扩散背后的力学机理.【期刊名称】《水利学报》【年(卷),期】2018(049)006【总页数】9页(P694-702)【关键词】悬移质;扩散方程;泥沙浓度;颗粒惯性【作者】张磊;关见朝;王友胜;胡智丹;王协康【作者单位】中国水利水电科学研究院,流域水循环模拟与调控国家重点实验室,北京100048;中国水利水电科学研究院,流域水循环模拟与调控国家重点实验室,北京100048;中国水利水电科学研究院,流域水循环模拟与调控国家重点实验室,北京100048;水利部水文局,北京100053;四川大学水力学与山区河流开发保护国家重点实验室,四川成都610065【正文语种】中文【中图分类】TV1421 研究背景悬移质泥沙颗粒具有相对较小的颗粒粒径和较大的比表面积，具有更强的吸附能力，因而与水质变化、有机污染物等的输移扩散密切相关，是影响水环境、水生态的重要因素之一［1-3］。

实测流量悬移质输沙率计算

实测流量悬移质输沙率计算

实测流量悬移质输沙率计算实测流量悬移质输沙率计算是水力学中的一种重要计算方法，用于研究河流、湖泊等水体中的沙质物质在水流中的运移情况，对于水资源的合理利用和环境保护具有重要意义。

下面将详细介绍实测流量悬移质输沙率的计算方法。

1.测定水流的流量：实测流量悬移质输沙率的计算首先需要测定水流的流量。

流量的测量方法有多种，常见的有水位流速法、流速积分法等。

根据实际情况选择适当的流量测量方法，并在测量过程中注意准确、精密。

2.测定沉积物的质量和体积：在水流中，悬移质是以颗粒的形式存在的，因此需要测定沉积物的质量和体积。

质量的测定可以通过称重的方法进行，体积的测定可以通过容积计等仪器进行。

3.计算悬移质的输沙率：根据测得的水流流量、沉积物的质量和体积，可以计算出悬移质的输沙率。

输沙率的计算一般采用下面的公式：输沙率（t/km²·a）= 沉积物质量（t）/ 沉积物体积（km³）/ 流域面积（km²）/ 测量时间（a）其中，沉积物质量是指沉积物的总质量，沉积物体积是指沉积物的总体积，流域面积是指河流或湖泊对应的流域面积，测量时间是指实测流量和沉积物质量的时间跨度。

4.数据处理和分析：得到悬移质的输沙率数据后，还需要进行数据处理和分析。

可以通过统计学方法对数据进行处理，计算平均值、标准差等参数，以评估数据的可靠性和稳定性。

对于实测流量悬移质输沙率计算的结果，需要根据实际情况进行分析和应用。

输沙率的大小反映了水流中沉积物的运动情况，对于水土保持、防洪减灾等工程设计和管理具有重要意义。

此外，还可以通过输沙率的计算结果评估河流、湖泊等水体的水质状况，对水环境保护和管理提供参考。

需要注意的是，实测流量悬移质输沙率的计算结果可能存在一定的误差，因此在实际应用中需要结合其他测量方法和监测数据进行综合分析和判断。

总之，实测流量悬移质输沙率的计算方法对于研究水流中沙质物质的运移规律和水体的水质状况具有重要意义。

悬移质水流挟沙能力与输沙特性

悬移质水流挟沙能力与输沙特性

悬移质水流挟沙能力与输沙特性费祥俊( 清华大学 )摘要：悬移质水流挟沙能力与输沙特性对于冲积河流泥沙冲淤、河床演变影响很大。

作者在对我国广泛应用的悬移质挟沙力半经验性公式进行分析基础上，指出了这类公式应用的局限性，并通过试验研究提出了悬移质水流挟沙能力的新关系式，同时对输沙平衡时的临界不淤流速及临界坡降等表达式进行了探讨，文中结论的应用限于S＝２～４０kg/m3中低含沙量的情况。

关键词：悬移质；挟沙能力；不淤流速；临界坡降1 引言悬移质单宽的垂线平均悬移质输沙率一般表达式应是（1）式(1)中h为水深，a为离床面距离，s y，u y分别是垂线上y处的含沙量及流速。

含沙量垂线分布的确定已有扩散理论及重力理论，还有最新的倪晋仁等［１］的研究成果，流速垂线分布也有不同的观点，主要是对数流速分布规律在主流区是否也有效及对数分布式中的卡门常数与含沙量关系等问题。

前人在这方面作了大量研究，这里不赘。

由于按式(1)来计算悬移质输沙率存在上述复杂问题，为避开上述含沙量及流速分布细节，人们采用另一途径，即能量平衡原理来推求悬移质输沙能力，认为悬移质输沙消耗的是水流的紊动动能中的一小部分，其他大部分的动能通过沿程阻力转化为热能而消耗掉，而水流紊动动能又是水流势能扣除当地粘性消耗后取得的。

如在水流中含沙量较小时，水流能量表示为E1=γU J（2）消耗于悬浮泥沙运动作功的能量表示为E s=(γs-γ)S vω（3）式(2)、(3)中，γsγ分别为泥沙及清水的容重，S v为含沙量浓度的体积百分比计，U，ω，分别为水流速度及颗粒沉速。

J为能坡，这样根据能量平衡原理有E s=e s k t E1 （4）式中k t为动能的转换系数，e s为泥沙悬浮能量占水流动能之比值，又称悬移效率系数。

这样由以上关系式可得悬移质输沙浓度为（5）或（6）这里困难问题是系数e s,k t如何取值，尤其是e s，其绝对值很小，对于S v的相对误差必然很大。

悬移质泥沙输移模型研究

悬移质泥沙输移模型研究


1 1/ 6 h n
εs 为泥沙扩散系数(m2/s)，γ为泥沙干容重(kg/m3)， ω为颗粒沉速(m/s)
s和s*分别为垂线平均含沙量和水流挟沙力(kg/m3) α为恢复饱和系数， 为冲刷判别系数，其作用将在后面介绍。 c _______________________________________________
•
研究目标——探讨悬移质泥沙模型的特征有限元解法
内容包括：
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 对流项的处理 河床地形的动态修正 特征点的寻找及其在边界上的处理方法 长系列水沙计算问题 关于冲淤临界条件的讨论 动态干湿判别问题 算例分析 结论
2 水流泥沙基本控制方程
• 水流控制方程：
连续方程：
Tn t =
时刻
1
M V D K
3)边界节点：
a 存储边界上相邻节点的关系， b 若不在相邻节点附近，沿边界双向查找 c 判别条件：曲线距离
LDK V t
• 3.4 关于冲淤条件的讨论
– 散粒体
• 挟沙力公式： • 泥沙源项：
V3 S* k gh
假设1：悬移质为较均质细沙、床沙质为粘性土或相同的均质细沙。
假设2：泥沙扩散系数εs为一常数；恢复饱和系数在冲刷时为1.0，淤积时 为0.25。 假设3：挟沙力采用一维挟沙力公式：
U3 , k 0.025 , m 0.75 s* k gh
m
3 特征有限元方法
3.1 对流项的处理
传统的有限元方法相当于中心差分，因缺乏足够的耗散，往往导致数 值振荡。解决方法—高分辨率格式、质量集中方法＋预报-校正-迭代方 法、迎风方法、特征线方法。 本文方法——特征差分格式：

对悬移质的认识及国内外研究现状

对悬移质的认识及国内外研究现状一、悬移质泥沙的定义从河流泥沙的基本存在形式上划分，有部分在河流中处于运动状态的泥沙，这些泥沙又因为运动形式的不同分为推移质和悬移质两类。

悬移质泥沙是其中远离河床表面，悬浮于水中，随水流浮游前进的泥沙，又被称作悬沙。

悬移质泥沙被水流挟带向前，运动是连续的，运动的速度基本与水流的速度保持一致。

二、悬移质泥沙的特性（一）、悬移质运动特点河流中随水流浮游前进的是悬移质泥沙，它们的运动轨迹是紊乱的，时而浮至水面，甚至和底沙发生置换，但总体上仍是与水流同步运移的。

河流挟带的悬移质泥沙在输移过程中不断地变换着“角色”。

随着水流强度与河床边界条件的沿程变化，有时挟沙水流要将一部滤懿福清精积到床面上；有时挟沙水流又从床面上扬起一部分泥沙，使悬移质得到补充。

正是这种变换产生了河床的冲淤变化，并决定着河床演变的强度和方向。

（1）、河流蚀山造原的过程中，悬移质至少在数量上起着更为重要的作用。

例如，寸滩站年均悬沙输沙量4.6亿吨，底沙600万吨，悬沙占98.7%；嘉陵江北碚站年均悬沙量1.18亿吨，底沙5~8万吨，悬沙>99.3%。

（2）天然河流中床沙、推移质和悬移质泥沙中，悬移质泥沙最细，非均匀性最大。

（3）与推移质泥沙运动规律不同，悬移质泥沙在水中悬浮前进，时而上浮，时而下沉，留下只有统计学机遇性质而无力学必然规律的迹线。

（4）推移质泥沙运动的间断性强，而悬移质泥沙运动的持续性一般是相当大的。

（二）、泥沙悬浮机理比水重的悬移质泥沙之所以能悬浮、长距离输移而不沉落，是因为悬移质泥沙除了受重力作用外，还受水流的浮托挟带作用。

确切地说，是悬移质泥沙受水流的紊动扩散作用*，使其抗拒重力作用而悬浮。

紊动扩散作用来源于水流自身的紊动，即河道中紊流流速的脉动，使各层水流间发生强烈的混掺。

以混掺涡体为载体悬浮于水中的泥沙也参与流层间的混掺，向上混掺的涡体自然会使泥沙向上悬浮。

就恒定流时均情况而言，根据脉动水流的连续性原理，流层间混掺的上浮量应总是等于下沉量。

推移质输沙理论


g b = K τ 0 (τ 0 − τ c )
下标 b是指推移质 (bedload)
其中K是比例常数。 (τ0 -τc)称为富余剪切力(stress excess)。
11
河流动力学基础
推移质的概念和现象 - Duboys公式 – Meyer-Peter公式– Bagnold公式 - Einstein随机理论 – 各理论结果的比较
3/ 2 τ′ τ = γ R ′ J γ R J = ( K K ′ ) 0 0 b b b b
(此式计算出的数值 < 1)
其中：Kb=1/n=U/(Rb2/3J1/2)； K’b= 26/ (D90)1/6 (Strickler阻力系数)。 （“沙粒阻力”一词的本意是“真正推动沙粒运动的那部分床面切应力”）
河流动力学基础
6
推移质的概念和现象 - Duboys公式 – Meyer-Peter公式– Bagnold公式 - Einstein随机理论 – 各理论结果的比较
上述说法大体上可以追溯到 “量纲分析”的一道习题：
“若河道水流所能搬运的最大石块的质量 M 只取决于流 速V，水的密度ρ，以及重力加速度g，证明M 随流速V 的 六次方而变化。”
仍然需要试验确定 “K=?”(也就是将Δh 、 ΔU等假设量综合成一个常数)
河流动力学基础
14
推移质的概念和现象 - Duboys公式 – Meyer-Peter公式– Bagnold公式 - Einstein随机理论 – 各理论结果的比较
Meyer-Peter公式：水槽试验研究的经典
Meyer-Peter公式是借助于量纲分析、基于大量试验资料而不断完善的半经 验公式。E. Meyer-Peter 所用的试验条件为：

海岸动力学7.4 悬移质含沙量和输沙率


m

0.5 f wM

1 2
0.007151
0.5285
8
例题
波浪正向入射,周期为5S,波高2米,床面平坦,在水深6米处, 泥沙颗粒直径0.2毫米,波数0.3,沉降速度0.009m/s,波浪摩阻系 数0.007,根据Nielson,求含沙量沿水深分布?
S
z

S0
exp
z Ls
2
0.0883
m 0.5 fwM
1 0.007151 0.5285 2
M

u
2 m
gs D

1103 0.69782 9.8 2.65 1103 0.2 103
151
6
例题
波浪正向入射,周期为5S,波高2米,床面平坦,在水深6米处, 泥沙颗粒直径0.2毫米,波数0.3,沉降速度0.009m/s,波浪摩阻系 数0.007,根据Nielson,求含沙量沿水深分布?
dS dz
0
d ln S ws
dz
s
z 0
S
z


S
a
exp
ws

z dz
a
s

s cons
s u* z
S
z

Sa
exp

ws s
z

a

ws
S
z

Sa

a z

u*
3
二、波浪作用下悬沙浓度分布之沙纹峰顶上表达式
S
z

S0
exp
z Ls

Ls 1.4H r 0.0825

河流动力学2015 第7章 悬移质运动及含沙量沿垂线20150512

将增大。
第二节 悬移质运动的质量平衡及含沙量分布
扩散作用简介
一、基本扩散规律 泥沙的扩散理论以液体的紊动扩散理论为基础，与
分子扩散理论相比拟而得出的。德国生物学家Ａ.Fick 认 为热在导体中的传导规律可用于解释盐分在溶液中的扩散 现象，从而提出了经验性的Fick 笫一定律。
以此类推，可得泥沙紊动扩散基本定律：
Z
C
dy
Fx d ydzdt D
C’
D’
( Fx
F x x
dx) d
ydzdt
dz B dz B’
A
对整个控制体：
Y
dx
dy
A’
X
F x
沿X向差： x
dx d
ydzdt
c t
d xd
yd zdt
Fx x
Fy y
Fz z
d x d
yd zdt
二、纯扩散方程（Fick第二定律）
设扩散是各向同性（Dx= Dy = Dz =D）：
三维扩 散方程：
c t
D
2c x 2
2c y 2
2c z 2
简化二维 扩散方程：
c t
D
2c x 2
2c y 2
简化一维 扩散方程：
c t
D
2c x 2
三、动态水环境中的移流扩散
特点：对流＋扩散 扩散：以紊动扩散为主
Z
C
dy
（Fx＋uxc) d ydzdt D
[ Fx
F x x
dx＋u x c
C’ (uxc) d x]d ydzdt x
澄清几个概念： 悬移质、推移质、床沙
和床沙相比，悬移质粒径明显偏小.
澄清几个概念：

悬移质输沙率q s

u
3、二维恒定均匀流不平衡输沙扩散方程
取较长时段的平均值
3、二维恒定均匀流不平衡输沙扩散方程
对流项
扩散项
沉降项
4、含沙量沿水深分布
4、含沙量沿水深分布
一、扩散理论 5、悬浮指标z的物理意义
•表征重力作用与紊动作 用的相对大小，反映了 含沙量沿水深分布的均
匀程度，z越大，分布越
不均匀。
•当z>5后，悬沙较少， 故可将z＝5作为推移质
②冲泄质(非造床质)：较细颗粒泥沙在运动过程不与河床 上的泥沙发生交换，可认为是从流域表面冲刷后一泻 千里而来，沿程几乎不交换、沉淀。
二、推移质-悬移质与床沙质-冲泄质命名的区别
1、命名方式不同
• 推-悬：按运动方式分 • 床-冲：按颗粒大小和泥沙来源分
2、推移质≠床沙质，悬移质≠冲泄质
• 悬沙含有床沙质和冲泄质,只是冲泄质多,床沙质少； • 底沙也含有床沙质和冲泄质,只是冲泄质少,床沙质多。
E1= E2＋ E3
二、重力理论(推导含沙量沿水深分布曲线)
2、公式推导
二、重力理论(推导含沙量沿水深分布曲线)
2、公式推导
二式相等
二、重力理论(推导含沙量沿水深分布曲线)
2、公式推导
二、重力理论(推导含沙量沿水深分布曲线)
3、公式验证
二、重力理论(推导含沙量沿水深分布曲线)
4、局限性
• 细颗粒泥沙差异较大 • 悬浮功是紊动动能，而紊动动能是阻力损失的一部分，
第三章 悬移质运动
研究目的：
• 悬沙形成条件：床面附近的漩涡尺度大于泥沙粒径，且其向 上分速大于泥沙沉速。
•河床演变、取水排沙等要求了解悬移质沿水深的分布及悬 移质输沙率。
第一节 床沙质与冲泄质 一、问题的提出

Chap_3 悬移质运动


③ 重量比含沙量S ：无量纲。 W ④ S~S ~S 间的关系： V W
S = r S SV S = W WS g S S V = = W g + (g S - g ) V S S
SW =
r + ç 1 è
æ
r ö ÷S r S ø
ZhChC
Chap_2 推移质运动
讨论二：描述静水沉淀池中泥沙的沉淀过程
¶S ¶S ¶ æ d ö S ¶S u = 0 Þ = ç e y ÷ + w ¶x ¶t ¶y è d ø y ¶y
讨论三：近似描述恒定渐变流的悬移质泥沙运动过程
¶S ¶S ¶ æ d ö S ¶S = 0 Þ u = ç e y ÷ + w ¶t ¶x ¶y è d ø y ¶y
（2）ε ~ε 的关系 y m
S、S 、S ¢ 分别表示含沙量的瞬时值、时均值与脉动值；
v、v、v¢ 分别表示该处流速垂向分量的瞬时值、时均值与脉动值。
则单位时间内因紊动作用穿过单位水平截面上浮的悬移质数量也可写成 g 2 = Sv
S = S + S ¢ü S ¢ = 0 ï ¢ ® ý ¾¾¾ g 2 = Sv = ( S + S ¢)(v + v¢) = Sv + Sv¢ + S ¢v + S ¢v Þ v ¢ = 0 ¢ þ v = v + v ï ¢ Sv + S v¢ + S ¢v + S ¢v¢ = S ¢v ü d S ï ¢ ý Þ S ¢v = -e y d S d y g = -e y 2 ï d y þ 其中 v¢ > 0，S ¢ > 0 ü ¢ ý Þ S ¢v > 0 ¢ < 0， ¢ < 0 þ v S
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河流动力学基础
6
悬移质单宽输沙率的概念 – 垂线积分型:均匀沙的Einstein公式 –
垂线平均型:维利卡诺夫公式 和 Bagnold公式
垂线积分型公式: Einstein悬移质重量输沙率理论
此理论中悬移质的垂线分布采用 Rouse 公式；积分下限取 a=2D(即推移层 的厚度，为二倍粒径) ；纵向流速的垂线分布采用对数型统一公式(2-35)：
悬移质部分 Sv
a=2D 推移质单宽输沙率 gb ub Sva=?
1 ub¯1 gb
单位时间内推移质 的平均运动距离 推移层 厚度
2D
这块体积内的沙重就是推移 质单宽输沙率：单位时间内 通过单宽床面的推移质
河流动力学基础
12
悬移质单宽输沙率的概念 – 垂线积分型:均匀沙的Einstein公式 –
垂线平均型:维利卡诺夫公式 和 Bagnold公式
根据研究生教材图3-8或图3-12判断可知床面形态为沙垄，必须区分Rb和R’b 。
河流动力学基础
14
悬移质单宽输沙率的概念 – 垂线积分型:均匀沙的Einstein公式 –
垂线平均型:维利卡诺夫公式 和 Bagnold公式
均匀沙的Einstein悬移质输沙率公式: 例题
[例]
判断是否能够悬移： 粒径为D=0.6 mm颗粒的沉速为：
垂线平均型:维利卡诺夫公式 和 Bagnold公式
垂线积分型公式: Einstein悬移质重量输沙率理论
以重量计的单宽输沙率为：g s = γ s ∫ US V dy
a h
研究生教材式(2-35)
式(6-22)
Z
即：
⎛ 30.2 yχ ⎞⎛ h − y a ⎞ ′S va lg⎜ ⎟ g s = γ s ∫ 5.75U * ⎟ dy ⎜ y h−a⎟ ⎜ k ⎟⎜ ⎠ s ⎝ ⎠⎝ a
河底含沙量的取值问题: 借助于推移质理论
gb 推移层内的推移质平均含沙量＝ 2 D × u × γ b s
问题转化为：ub＝？
Einstein假定，推移质的平均运动速度与剪切流速U’*成正比：
u b ∝ U '∗ =
S va
gRJ
这样，“Sva与推移层内的平均含沙量成正比”就可用下式表示：
gb = 常数 × 2 D × U '∗ γ s
已知垂线平均流速UL及垂线平均悬移质体积含沙量Sm，则单位时间内 通过单位宽度的悬移质泥沙重量为gs =UL·Sm·h·γs 。(下标m意为mean)
UL·1 UL·Sm·h·γs
1
h
河流动力学基础
悬移质单宽输沙率的概念 – 垂线积分型:均匀沙的Einstein公式 –
垂线平均型:维利卡诺夫公式 和 Bagnold公式
Einstein垂线积分法: 河底含沙量的取值问题
问题: 参考高度a处Sva=?
Rouse 公 式 只 是 表 达 了
悬移质部分 Sv
a=2D Sva=?
相对值的分布。如果不 知道Sva的量值， Rouse 公式就毫无用处。
推移质部分 床面层，推移层
河流动力学基础
11
悬移质单宽输沙率的概念 – 垂线积分型:均匀沙的Einstein公式 –
D
ν
γs − γ 0 .6 × 10−3 −3 0 .1 gD = × 0 . 1 × 1 . 65 × 9 . 8 × 0 . 6 × 10 γ 10 −6
=18.69
河流动力学基础
17
悬移质单宽输沙率的概念 –
垂线积分型:均匀沙的Einstein公式 –
垂线平均型:维利卡诺夫公式 和 Bagnold公式
1) 首先计算基本水力要素：
床面剪切应力：τ0=γhJ = 9800×1.5×0.0003 = 4.41 N/m2 = 4.41 Pa， 剪切流速：U* = (τ0 /ρ)1/2 = (4.41/1000)1/2 = 0.066m/s， 故
Θ=0.45，Re*=39.6，Froude数Fr=0.29。
ω = −9 ν
D +
−3 ⎞ ⎛ ⎛ ν ⎞ γs — γ 10 10 ⎟ + 1 .65 × 9 .8 × 0 .6 × 10 −3 gD = −9 × × ⎜9 × ⎜9 ⎟ + ⎜ γ 0 .6 0 .6 ⎟ ⎝ D⎠ ⎝ ⎠ −3 2 2
=-0.015+0.0996=0.0846m/s
悬浮指标为： Z =
(勿将其与垂线平均流速公式[3-43]混淆)
⎡ U yχ ⎤ = 5 . 75 lg ⎢ 30 . 2 ⎥ ′ U* k s ⎦ ⎣
U(y)·1 y
1
U·1·Δy·Sv·γs
Δy U Sv
g s = γ s ∫ U ( y )S v ( y )dy
a
河流动力学基础
h
gs: 重量单宽输沙率：
7
悬移质单宽输沙率的概念 – 垂线积分型:均匀沙的Einstein公式 –
∫
1
⎡1 − ζ ⎤ ⎢ ζ ⎥ ⎦ A⎣
Z
ln ζ d ζ
U·1·Δy·Sv·γs
Δy U Sv
河流动力学基础
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悬移质单宽输沙率的概念 – 垂线积分型:均匀沙的Einstein公式 –
垂线平均型:维利卡诺夫公式 和 Bagnold公式
垂线积分型公式: Einstein悬移质重量输沙率理论
Einstein公式中的积分函数编制成了图表，以便于应用。
′ 后方程右 代入 Rb
边得到的值 4.39 ( 大) 2.94 ( 小) 3.26 ( 小) 3.56 ( 大) 3.47( 小) 3.50 ( 小) 3.533( 大 ) 3.518
16
悬移质单宽输沙率的概念 –
垂线积分型:均匀沙的Einstein公式 –
垂线平均型:维利卡诺夫公式 和 Bagnold公式
k s/ δ= 2.80 1.98 2.17 2.35 2.30 2.31 2.33 2.32 χ 1.20 1.40 1.31 1.26 1.28 1.27 1.27 1.27
′ /(11.6ν ) (图 3-10) k s U*
′ 所满足的方程 Rb ′ )1/2 lg(24540 Rb ′) 3.528=( Rb
⎫ ⎧ ⎡ 30.2 Hχ ⎤ ′aS va ⎨2.303lg ⎢ g s = 11.6γ sU * I I 1 + 2 ⎬ ⎥ K s ⎣ ⎦ ⎭ ⎩
A Z −1 I 1 = 0 . 216 (1 − A ) Z ⎡1 − ζ ⎤ ∫ ⎢ ζ ⎥ dζ ⎦ A⎣
1 Z
U(y)·1 y
1
A Z −1 I 2 = 0 . 216 (1 − A ) Z
均匀沙的Einstein悬移质输沙率公式: 例题
[例]
3)按Einstein方法计算悬移质单宽输沙率gs ，完整的步骤是： 先判断是否有推移运动； 再计算推移质单宽输沙率gb ; 从gb计算河底边界的悬沙浓度Sva ；最后由公式计算悬移质单宽输沙率gs 。 求粒径为D=0.6mm颗粒的临界剪切应力τc(判断一下泥沙是否已起动)。 先计算Shields图中的辅助线参数：
U(y)·1
1
y Δy
U(y)·1·Δy·Sv(y)·γs
U(y)
Sv(y)
g s = γ s ∫ U ( y )S v ( y )dy
a
河流动力学基础
h
4
悬移质单宽输沙率的概念 – 垂线积分型:均匀沙的Einstein公式 –
垂线平均型:维利卡诺夫公式 和 Bagnold公式
单宽悬移质输沙率：2. 垂线平均值计算
垂线平均型:维利卡诺夫公式 和 Bagnold公式
均匀沙的Einstein悬移质输沙率公式: 例题
[例]某河流的平均水深为h=1.5 m，断面平均流速为U=1.1 m/s，水力坡降
为J=3 0/000 ，均匀床沙粒径为D=0.6 mm，试求其悬移床沙质的输沙率。
解：这个例题的第一种方法是用Einstein法计算。
河 流 动 力 学 基 础
河流动力学基础
1
第六章
1. 泥沙扩散方程
悬移质运动
Fick 第一定律、悬移质泥沙的扩散方程
2. 悬移质含沙量的垂线分布
扩散理论、泥沙扩散系数的试验研究、重力理论
3. 悬移质输沙率
均匀沙输沙率公式、非均匀沙输沙率 4. 水流挟沙力 理论公式、经验或半经验公式
2
河流动力学基础
ω 0.0846 = = 3.21 <5 κU * 0.4 × 0.066
Rouse提出悬浮指标时，没有分 。 割沙粒阻力和沙波阻力，因此悬 浮指标里的剪切流速不带撇
河流动力学基础
故颗粒在推移运动的同时也作悬移运动
15
悬移质单宽输沙率的概念 –
垂线积分型:均匀沙的Einstein公式 –
垂线平均型:维利卡诺夫公式 和 Bagnold公式
′ )1/2 lg(28630 Rb ′) 3.528=( Rb ′ )1/2 lg(26790 Rb ′) 3.528=( Rb ′ )1/2 lg(25770 Rb ′) 3.528=( Rb ′ )1/2 lg(26180 Rb ′) 3.528=( Rb ′ )1/2 lg(25970 Rb ′) 3.528=( Rb ′ )1/2 lg(25970 Rb ′) 3.528=( Rb ′ )1/2 lg(25970 Rb ′) 3.528=( Rb
单宽悬移质输沙率：1. 沿垂线积分计算
g s = γ s ∫ U ( y )S v ( y )dy
a h
问题1 ：积分的下限a＝？床面高度a处的含沙量 Sva ＝？ 问题2 : 是否可以从床面积到水面？ 对问题2的回答是“不行”，理由如下： a) 所采用的流速公式当y＝0时没有意义(流速和含沙量趋于正、负无穷 大)；b) 从输沙机理上看，在床面附近运动的泥沙，支持其重量的是河床 床面支持、而不是水流的紊动能量，所以这一层运动的泥沙属于推移质 的范畴。