水利工程论文-粗细泥沙挟沙能力研究.doc_第1页
水利工程论文-粗细泥沙挟沙能力研究.doc_第2页
水利工程论文-粗细泥沙挟沙能力研究.doc_第3页
水利工程论文-粗细泥沙挟沙能力研究.doc_第4页
水利工程论文-粗细泥沙挟沙能力研究.doc_第5页
全文预览已结束

下载本文档

版权说明:本文档由用户提供并上传,收益归属内容提供方,若内容存在侵权,请进行举报或认领

文档简介

水利工程论文-粗细泥沙挟沙能力研究摘要:文中导出了均匀沙、非均匀粗细泥沙平衡和不平衡状态下的挟沙能力公式,反映出含沙量、来沙量、级配和粘性对挟沙能力的影响。关键词:挟沙能力非均匀沙悬移质基金项目均匀沙挟沙能力以下的探讨以悬沙制紊的观点出发1,2,4,针对黄河下游高含沙水流3及“多来多排,少来少走”的特点,引入浑水粘性等影响,建立均匀泥沙的挟沙能力关系,作为进一步探讨非均匀粗细泥沙挟沙能力关系的基础;同时,导出平衡状态下和不平衡状态的挟沙能力关系。1.1平衡挟沙能力Es和分别代表在相同水流条件下的浑水和清水在单位时间内的能量损失,而以E代表E和Es的差值,系由悬移质的制紊作用而出现的,则有E-Es=E(1)令A代表过水断面面积,Sv代表以体积百分数计的含沙量,U代表断面平均流速,J、JS分别表示清水及浑水的能坡,s、m分别为泥沙及浑水的密度,则E=m(1-Sv)AUJ+sSvAUJ(2)Es=m(1-Sv)AUJS+sSvAUJS(3)E=(s-)AC1Sav*(4)式(2)和原有推导中采用mAUJ略有差异,其原因在于多(s-m)SvAUJ,是表明泥沙的存在对于浑水深液依然有一定的影响。把(2)、(3)、(4)代入(1)式有(s-m)AC1Sav*=mAU(J-JS)+(s-m)SvAU(J-JS)Sav*=m/C1(s-m)U(J-JS)+m-s/mSvU(J-JS)由J-JS=U2/8gR(f-fS)得Sav*=m/C2(s-m)(f-fS)U3/gR1+s-m/mSv(5)而f-fS与含沙量有关,Sv越大,f-fS越大,当Sv=0时,f-fS亦为0。同时,f-fS的值和浑水的粘性亦有关系,用r表征相对粘度,则f-fS应正比于r。因此有f-fS=C3Sv*r(6)式中和皆为参数,代入(5)式并整理有Sv*=k(m/s-mU3/gR)m(1+s-m/mSv)mmr(7)式中k为系数(kg/s),m为待定参数均由实验确定,而为浑水沉速,r水的相对粘度。关于和r有许多公式,本文中取3r=(1-Sv/Svm)-2.5引入水槽和黄河天然实测资料,回归参数m和k得Sv*=0.211(m/s-mU3/gR)m(1+s-m/mSv)r0.69(8)式中Sr表征含沙量(体积百分比)大小对于挟沙能力的影响。式(8)的计算成果与实验水槽和黄河实测资料的对比如图所示,相关系数R=0.935,说明该公式对于黄河挟沙能力计算是符合较好的。1.2不平衡状态下的挟沙能力上述为均匀沙在平衡状况下的挟沙能力推导,由上述结果可知含沙量对于挟沙能力具有一定的影响,因此在上游来沙超饱和或不饱和时,挟沙能力的大小亦会受到某种程度的影响,同时,对于不平衡状况下能否用平衡状况的挟沙能力并无论证,以往均以挟沙能力为平衡时的水流挟沙能力,但是当其上游来沙多或少时,平衡被打破,此时的挟沙能力是否一样,以往并未加以论证,下面仍用上述相同的方法来讨论在不平衡状况的挟沙能力。同样的有图1式(8)与实测资料的比较ComparisonofEq.8andfielddataE=E-ES(9)其中E=m(1-Su)AUJ+sSuAUJES=m(1-Sv)AUJS+sSvAUJSE=C1(s-m)ASv*式中Su为上游来沙量,Sr为当地含沙量。则有(s-m)AC1Sav*=mAU(J-JS)+(s-m)AU(SuJ-SvJS)Sav*=1/C1(s-m)mU(J-JS)+(s-m)USv(J-JS)近似地取SuSv或SvSu则和前节一样J-JS=U2/8gR(f-fS)而f-fs=C2Svr或=C2Sur不过此时的Sr和r中的Sr均不再是挟沙能力Sv*了,因为不平衡输沙时SvSv*,代入上式后整理有Sv*=k1(m/s-mU3/gR)(1+s-m/mSu)rm1Sum2(10)式中Su为上游来沙含沙量。其中m1=1/,m=1/-,m2=/。因而有:m1/1-m2=m。m为上述公式(8)中的参数m=0.69。对于系数和,通过实验资料适线得=2.0,=0.55,则相应的m1=0.5,m2=0.275。在不平衡输沙时,上游来沙量对挟沙能力有较大的影响。由式(10)和式(8)对比,可以看出这种差异,把(10)式改写为Sv*=k(m/s-mU3/gR)(1+s-m/mSu)rm(Su/Sv*)m2(11)式(11)的参数和(8)式相同。如果SuSv*则尾项Su/Sv*Sv*则挟沙能力相对大一些,这就说明上游来沙量对挟沙能力的影响特点,和黄河下游多来多排,少来少走的特点是一致的。综合上述,黄河下游均匀沙挟沙能力通用式表示为Sv*=k(m/s-mU3/gR)(1+s-m/mSu)rm1Sum2(12)当其Su=Sv*时Sv*=k(m/s-mU3/gR)(1+s-m/mSu)rm(13)和平衡状况下的挟沙能力一样。2非均匀粗细泥沙挟沙能力上一节主要探讨了均匀沙的挟沙能力公式,这一节将探讨非均匀粗细泥沙的挟沙能力计算方法。仍以实验配合理论分析为主体技术路线。对于非均匀粗细泥沙,床沙和来沙分为N组,第i组泥沙的粒径为Di,床沙百分比为bi,来沙百分比为Pui。2.1总的挟沙能力非均匀混合沙挟沙能力的表达分二类,其一是求总的挟沙能力,不仔细去表达每一级的挟沙能力,其二是分级的挟沙能力,首先探讨第一类,其后探讨第二类挟沙能力。仍采用前述能量法(14)式中E与前述一样Esi=m(1-Svi)AUJS+sSviAUJSEi=C1Sv*i(s-m)Ai代入(14)式有C1Sv*i(s-m)Ai=mAU(J-JS)+(s-m)SvAU(J-JS)=m/C1(s-m)U3/gRSv*A(1+s-m/mSv)r右边和均匀沙一样,而左边=由Sv*i=P*iSv*代入上式则左边=如果取则Sv*=km/s-mU3/gR)m(1+s-m/mSu)rm(15)(15)式和用均匀沙时导出的结果是一致的,只是,式中P*i为挟沙级配。对于不平衡输沙状况,同理可得Sv*=km/s-mU3/gR(1+s-m/mSu)rm1Smu2(16)式中总体来讲非均匀混合沙挟沙能力关系和均匀沙时是一致的,只是2.2分级挟沙能力天然河道的床沙和来沙均是非均匀,黄河下游河道床沙与来沙总是随水沙异源和冲淤调整而不断变化。而粗细泥沙的冲淤调整规律也不尽相同,这就使得粗细泥沙分级挟沙能力的研究显得尤为重要。Ei=Ei-Esi(17)Ei=C1A(s-m)iSv*iEi=m(Pei-Svi)AUJ+sSviAUJEsi=m(Pesi-Svi)AUJS+sSviAUJS代入(17)式整理后有Sv*i=km/s-mU3/gR)r(PeiJ-PesiJS/J-JS)+s-m/mSvim(18)上式中Pei和Pesi为能量分配百分数,即分给i粒级泥沙的能量百分比。关于Pei和Pesi,可以近似认为其相等:Pei=Pesi并令Pei=Pesi=Pn*i,则上式可写成Sv*i=k(m/s-mU3/gR)Pn*ir(1+s-m/mSvi/Pn*i)m(19)通常会认为Pn*i=Pbi,即为床沙级配,上式可写成Sv*i=kPmbi(m/s-mU3/gRi)r(1+s-m/mSvi/Pbi)mPmbiSiv*(20)式中Siv*为i粒径组可能挟沙能力。以往的处理中,认为Sv*i=PbiSiv*(21)而上述推导出的结果显然与原有的假设是不一样的。事实上假设Sv*i=PbiSiv*并无理论和实验依据,只是一种可能的假说。图2中点绘了上述以Pbi的(20)和(21)式与实测结果的对比情况,由图可以看出用床沙级配Pbi来代替Pn*i,和实际存在一定的差距。而文中导出公式(20)比假设公式(21)更接近实验资料。3结论1.河道在平衡和非平衡状态下的挟沙能力不尽相同。图2挟沙级配对比图Comparisonofthecalculatedgrain-sizedistributionandfielddata2.总体上非均匀沙和均匀沙挟沙能力关系是一致的,但非均匀沙各级泥沙挟沙能量分

温馨提示

  • 1. 本站所有资源如无特殊说明,都需要本地电脑安装OFFICE2007和PDF阅读器。图纸软件为CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
  • 2. 本站的文档不包含任何第三方提供的附件图纸等,如果需要附件,请联系上传者。文件的所有权益归上传用户所有。
  • 3. 本站RAR压缩包中若带图纸,网页内容里面会有图纸预览,若没有图纸预览就没有图纸。
  • 4. 未经权益所有人同意不得将文件中的内容挪作商业或盈利用途。
  • 5. 人人文库网仅提供信息存储空间,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对用户上传分享的文档内容本身不做任何修改或编辑,并不能对任何下载内容负责。
  • 6. 下载文件中如有侵权或不适当内容,请与我们联系,我们立即纠正。
  • 7. 本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。

评论

0/150

提交评论