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《沖積河流懸移質泥沙與床沙交換機理及計算方法研究論文》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關內容在工程資料-天天文庫。
1、沖積河流懸移質泥沙與床沙交換機理及計算方法研究論文摘要：本文在分析前人研究成果的基礎上，從非恒定挾沙水流沙量平衡入手，建立了沖積河流懸移質泥沙與床沙交換關系表達式，并引入平衡沖淤物粒徑的概念，對沖淤物粒徑的計算方法進行了系統(tǒng)分析，提出了一整套計算非恒定挾沙水流懸移質泥沙與床沙交換的模式與方法，同時將該方法引用到數學模型中，采用黃河下游典型洪水進行了驗證。關鍵詞：懸移質泥沙床沙交換機理平衡沖淤物粒徑1引言懸移質泥沙與床沙交換機理及計算方法.freel為粒徑分組數；σv為垂向紊動強度，原作者取σv=u*。在已知床
2、沙級配的條件下，根據式(1)計算出懸沙中床沙質級配后，再由全沙挾沙力乘以挾沙力級配Pi即可得出分組挾沙力，進一步采用非飽和輸沙模型計算河段內的沖淤，爾后根據沖淤結果調整床沙級配作為下一時段的計算依據。錢意穎、曲少軍、張啟衛(wèi)、韋直林4提出的分組挾沙力計算方法在數學模型計算中也頗有應用價值。但應該承認，水沙運行過程中，各粒徑組泥沙是相互影響的，人為地分組后分別計算顯然與實際出入較大。特別象黃河這樣的多沙細沙河流，細顆粒泥沙對水流流變特性及挾沙特性影響尤為顯著。此外，現(xiàn)有通過計算分組挾沙力來確定泥沙級配的方法多應用
3、于恒定流模型，而天然河流一般為非恒定流，泥沙級配不僅沿程變化，而且還隨時間變化，故此進一步研究懸沙與床沙交換機理有重要意義。2沖積河流床沙與懸沙交換模式及計算方法初步研究2.1懸沙與床沙交換過程中懸沙粒徑變化規(guī)律研究如圖1所示，取1-2之間的δx微段，Q為流量；S為含沙量；A為過水面積；Ψ(d)為懸移質泥沙粒徑分布函數；δt為時間微段；ρ′為沖淤物干容重；A0為橫斷面淤積面積；Ψc(d)為沖淤物粒徑分布函數；qL、SL、ΨL(d)分別為側向入流單寬流量、含沙量、入流懸沙粒徑分布函數。則δt時段內，δx河段上d
4、i的凈流入量P1為(3)微段δx的水體沙量增加中粒徑為di的泥沙所占的量P2為(4)側向入流與沖淤使di的增加量P3為(5)由質量守恒原理，則P1+P3=P2，將式(3)～(5)代入，兩邊除以δxδt，并忽略微小量，整理得(6)?式(6)兩邊乘以di，并對d積分后化簡，同時將懸沙平均粒徑、沖淤物平均粒徑、側向入流泥沙平均粒徑代入可得?(7)根據多元函數求導法則將上式展開，并代入泥沙連續(xù)方程，進一步化簡得(8)采用式(7)或式(8)即可計算任一時刻任一斷面的懸沙平均粒徑大小。對式(6)兩邊乘以/$d2i/$,積
5、分后并取懸沙粒徑二階圓心距；沖淤物粒徑二階圓心距；側向入流泥沙粒徑二階圓心距，則化簡可得?(9)或(10)求得進口ξd過程后,即可依據式(9)或(10)計算出任一時刻任一段面的懸沙粒徑二階圓心距。2.2床沙與懸沙交換過程中床沙粒徑變化規(guī)律研究取單位寬度的斷面，設δt時段床沙交換層厚度為Hc；河床高程為Z；床沙粒徑分布函數為Ψ(Di)；床沙平均粒徑為Dcp。則對于Di的泥沙含量,瞬初x1=HcΨ(Di);瞬末；沖淤部分。由質量守恒知x2-x1=x3,同時等號兩邊同除以δt，可化簡為?(11)式兩邊乘以Di并對D
6、積分得上(12)根據多元函數求導法則把式(12)展開，并將代入，可得(13)?采用式(13)即可計算出床沙粒徑變化過程。同時，對式(11)兩邊乘以，并對D積分可導得?(14)式中ξD為床沙粒徑二階圓心距。采用式(14)即可計算出床沙粒徑二階圓心距的變化過程。2.3沖淤物粒徑dc的確定天然沖積性河流的懸移質泥沙與床沙交換的過程中，當河床沖刷時，懸沙中較粗顆粒仍會落淤下來，而河道淤積時，床面上也有部分細顆粒由床面被水流沖起，當沖淤平衡時，也存在部分懸沙與床沙不停地進行著交換，只是落淤的懸沙與沖起的床沙的質量與粒徑
7、大小相等。由式(8)、(13)可知，推求懸沙與床沙的變化規(guī)律集中反映在沖淤物平均粒徑dc的確定上。天然河流的懸沙一般較床沙為細，dc應介于Dcp與dcp之間。當沖淤平衡時，沖淤物平均粒徑可定義為平衡沖淤物粒徑，采用dph表示。2.3.1淤積時dc的計算方法進一步分析可知，河床發(fā)生淤積時，dc應介于dcp與dph之間。當淤積強度較小時，dc接近于dph，當淤積強度較大時，dc接近于dcp，于是可初步確定dc的如下關系式dc=mdcp+(1-m)dph(15)式中m為介于0～1之間的權重系數，其取值大小應與相對淤
8、積強度有關。若令初始單位面積柱體中水體的含沙量為S，水深為h，則水體中含有的泥沙總量為hS；河床淤積后，落淤在河床上泥沙的厚度為Δz，則淤積泥沙質量為Δzρ′。于是可將m表示為如下關系式m=(Δzρ′/hS)k(16)式中k為指數。進一步可求出淤積后水體中剩余部分泥沙的平均粒徑為d′=(hSdcp-Δzρ′dc)/(hS-Δzρ′)(17)在含沙量不太高的情況下，懸沙淤積時分選作用較明顯，當Δzρ′
