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水利工程论文-垂线平均含沙量两种表述方法之比较.doc

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水利工程论文-垂线平均含沙量两种表述方法之比较.doc

水利工程论文垂线平均含沙量两种表述方法之比较摘要表达沿垂线平均含沙量的方法通常有流量法与面积法两种,但在实际运用中常发生混淆。本文讨论了两种垂线平均含沙量之间的关系,指出面积平均含沙量要大于流量平均含沙量。含沙量及流速分布越不均匀,两者差别就越大,当悬浮指标Z≤03时两者相差不到10。最后还对两种垂线平均含沙量的应用作了初步探讨。关键词悬移质悬浮指标流量平均含沙量面积平均含沙量1问题的提出悬移质垂线平均含沙量是泥沙运动力学中的一个重要内容,是研究悬移质输沙率与水流挟沙力的基础,同时也是研究河床变形问题的依据,在生产实践中具有重要意义。为了研究、计算上的方便,常需考虑悬移质含沙量的垂线平均值,由于含沙量及流速分布在垂线上是不均匀的,因而存在多种垂线平均含沙量的表达方式。垂线平均含沙量的表达通常有所谓的流量法与面积法两种,它们的定义分别为1S1/1S11/H2式中S1、S2分别为按流量法与面积法计算的垂线平均含沙量以下分别简称为流量平均含沙量与面积平均含沙量,U、S为距河底Y处的当地流量与含沙量,H为垂线水深。两种垂线平均含沙量均具有一定的物理意义。前者S1表示的是流量加权平均值,其物理意义是单位时间内通过单宽断面的悬移质输沙率与单宽流量之比,即分部输沙率平均;而后者S2表示的是面积加权平均值,其物理意义是单位时间内通过单宽断面的沙量与单宽面积之比,即分部沙量平均。在实际应用中,两种垂线平均含沙量也各具特色,流量法由于同时考虑了流速和含沙量这两个因素,且流速为向量因素,这样求得的垂线平均含沙量S1,常用于与悬移质输沙率有关的计算中;而面积法仅考虑含沙量这一非向量因素,这样的垂线平均含沙量S2一般多用于理论研究中及一维或二维垂线平均悬移质扩散计算中。但在一些关于悬移质泥沙运动的研究文献中,经常会出现将S1与S2混淆,甚至是相互代用的现象。例如在计算悬移质输沙率GS时,常用单宽流量乘以面积平均含沙量S2来推求,实际上此处应以流量平均含沙量S1代替S2。又如在一维悬移质扩散方程中2DS/DXΑΩS/QSS3式中Α为泥沙恢复饱和系数,ΩS为泥沙沉速,Q为单宽流量。式中的垂线平均含沙量S及挟沙能力S应取S1还是S2,常出现混乱。同样在垂线平均的平面二维悬移质扩散方程中,也常有类似的混乱之处。无论是在数学形式上,还是在物理意义上,流量平均含沙量S1与面积平均含沙量S2是两个截然不同

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