大通水文站流速与悬移质含沙量垂线分布规律.docx

1、大通水文站流速与悬移质含沙量垂线分布规律陈健健（K江水利委员会长江下游水文水资源勘测局.江苏南京210011）摘要天然河道中水流呈素沆状态，测点浪速和含沙量均受诸多因素影响。本文按照不同水位级，分别将2012年大通水文丈低水、中水、高水期选A法测M果做浪速和悬移质含沙量描录计算，通过对各垂线相对位置测点结果统计分析成，得出各测点两者沿垂线分布规律关键词大通水文站；流速；悬移康含沙量；每我分布长江在自然条件下为挟沙水流，水、沙同时受诸多因素作用，关系较为复杂。一般情况下简单分析为悬移质含沙量的运动主要受紊流和重力的作用；水流流速与水流条件相关，由于泥沙的存在又影响水流的结构。自上世纪以来，前辈们

2、对紊流状态下挟沙水流垂线分布做了大量的研究，并取得了重大成就。其中大部分人认可流速的对数分布规律,并通过卡门常数随水沙条件变化来率定公式。但在实际测验中，流速和含沙量都是相对独立计算，那么通过实测资料，以各自的垂线分布规律来进一步研究两者之间存在的关系。大通水文站处于长江下游，选择具有代表性的2012年中水期5月170.高水期7月3日、低水期11月5日三次测验，统计各次流速与悬移质含i少量的垂线分布，并简单的分析两者之间的关系。1简介大通水文站地处安徽省池州市贵池区梅龙街道，于1922年10月4日设立，为长江下游干流基本水情站。作为控制长江入海水情及水源保护的把站，大通水文站是国家重要水文站，

3、属一类流量精度站、一类泥沙精度站。本测验i可段上下游10km范围内基本顺直，上游4km处有江口电厂、30km处有太子矶河段的铁板洲和扁担洲、219km处有鄱阳湖。下游约10km处有和悦洲。上游有皖河、秋浦河等水入汇，下游有九华河、青弋江等水入汇，但对断面水流影响不大，断面水流主要受上游干流来水及鄱阳湖出水影响。本站距海口624km,低水受长江下游潮汐影晌显著，水位流关系复杂，总的来说，水位流关系多年相对稳定。左岸是江堤，堤脚有防浪林和农作物；右岸是高丘与江堤交替连结。在无溃缺的情况下，可控制1954年高洪以上1m的水情。左右岸上游约1km处，有高程（冻结基面）约为12m的河滩，其宽度左岸约15

4、0m,右岸约300血淹没前种植农作物，出水时无水生植物。多年沿用的流速仪测流断面基本稳定，每次测流同时施测断面水深，汛都脆各施测大断面一次o起点距在260m500m之间河床是细沙组成，高洪时有3m左右的冲淤：起点距5001590m间河床为砂土，比左岸路粗，高洪时略有冲淤。起点距1670-1800m间为礁板，礁板±布有少量砂砾、卵石，河床稳定。右岸原有的黄土丘陵已成平地，开发成移民建镇区，地面高程（冻结基面18200%主泓位置一般稳定在起点距6501050m之间，洪峰到来时主泓流速向左偏移,呈明显高流速区，一般水情断面流速分布差异不大O2012年分别在3月28日和11月6日进行两次大断

5、面测量，左岸水边到起点距260m之间淤积现象已稳定，260m到1590m之间有13m的冲淤现象，1590m到右岸水边河床无明显变化，断面基本稳定。2流速沿垂线分布理论上由于河道断面形状、坡度、槌率、水深、弯道、风、气压和潮汐等因素的彰响，水流大多学紊流状态。届点流速是描述液体质点在某瞬时的运动方向和运动快慢的矢量。其方向与质点轨迹的切线方向一致。其大小为：AM&山.隼位为E/S,AS为液体质点在时间内流动的距离。水力学中常着眼于空间点来描述液体运动，通过某一空间点处的液体质点的速度即点流速u,般为空间点位置r及时间t的矢量函数，即u=u（r,t）o亲流中，点流速随时间作不规则的变化，一

6、般取某一段时间内的平均值是稳定的。2012年大通站低水期、中水期、高水期各进行一次选点法计算,测验按不同水位级布置相应12条垂线，采用声学多普勒流速仪（AD-CP）施测，往返两次断面测验，各测点平均流速取这四次相应流速测验值平均计算。测验中按五点法摘录各垂线相对位置0.0、02、0.6、图1流速小线分布图衣由图1可以看出大通站测流断面流速成对数型流速分布，目水面的流速大于河底，从水面开始，随水深增加流速逐渐减小。3悬移质含沙量沿垂线分布水流中悬移质泥沙的多少用含沙量Cs表示，悬移质含沙量一般指单位体积浑水中所含恩移质干沙的重量。测得含沙的水的体积V,质量M,设含沙量为C,则C=M/VO根据紊流

7、扩散理论得出的含沙量垂线分布公式为：.0）.E）丽d-ay厂Cw-从河底起算水深y处的含沙量C广距河底高度a的含沙d-垂线水深0-恩沙扩散系数与紊流动量传递系数间的比例系数，无资料时可假定为1.0K、u-分别为卡门常数和动力流速悬移质泥沙的运动受泥沙自重和紊动水流的共同作用，在断面沿垂直方向和水平方向的分枷是不均匀的，在垂线上的分布一般总定含沙量自上而下逐渐增大。同上流速测验时间对应，大通站2012年低水期、中水期、高水期进行三次选点法悬移质含沙量测验，测验采用横式采样器取对应垂线相对位置测点水样，每个测点水样容积为2000cm3,按规定要求经过沉淀、烘干、祢重再计算各测点含沙量值各垂线测点恩

8、移质含沙计算结果分析如下图2：含沙量自上而下逐渐增大。同上流速测验时间对应，大通站2012年低水期、中水期、高水期进行三次选点法悬移质含沙量测验，测验采用横式采样器取对应垂线相对位置测点水样，每个测点水样容积为2000cm3,按规定要求经过沉淀、烘干、祢重再计算各测点含沙量值各垂线测点恩移质含沙计算结果分析如下图2：十工±±±碧“一由图2可以看出大通站悬移质含沙量大部分的垂线分布是水面最小，河底最大，呈自上而下逐渐增大的过程。4结论根据以上测验结果分析，虽然流速和悬移质含沙量均受多种因素影响，但在垂线分布都存在着一定的规律性o大通水文站测照断面各垂线一般情况下流速

9、自水面到河底逐渐减小，悬移质含沙量则反之。因此通过以上论证并且由流速和含沙存在的相互影响，也可以得出一般情况下流速越大时含沙量越小、流速越小时含沙量则越大oSSSis置图2.秘移质含沙效堆线分布图农【费考文献I张红武.挟沙水流流速的垂线分布公式UimW形|2安平.刘布泉焕祥俊南低含沙水流流速分布的流-卧即I.水利学报.3106.|3|于东生.田淳，严以新长江口流速袍&沙垂技规津研究皿：.峡大学学报（自然科学版）.2»m3.19W.|5|峰华动床水流削予脾变化规律明研究山叫|6|针样俊.黄河中卜游含沙水凌粘度的计算模殉|.泥抄研究四1.富泉叔尤.季后强.论w1998.|8|徐思

10、思潘剑患移而含沙量沿励线的分知邛.沃f究皿西部沛,俄.2012_发长江河道水流流速分布研究山：，:|0|稳义正.以流速为参数的姑沙沿屉技分布公式及冷应用少叫究.1985.（JU*第2页）3.4受力分析结论1）板梁自重及预应力荷载产生的底板横向应力很小，可以忽略不计；底面横向应力主要由二期恒载、温度梯度荷底、车辆荷载产生，其中温度梯度荷载产生的横向拉应力所占比重较大。2）二她载、升温温差荷载作用下，中间板梁横向应力大于两边板梁，沿底板高度方向拉应力增大.降温温差荷裁作用下，两边板梁横向应力大于中间板梁，沿底板高度方向拉应力减小；车辆荷载作用下，车辖作用位置对应板梁横向应力较大，底板拉应力沿底板高

11、度方向增大o3）底板厚度减小后，二期恒载、车辆荷载作用下，底面横向拉应力沿高度的变化加剧，底面横向拉应力变化较小，钢绞线所在高度及圆孔底缘位置拉应力有明显增加；温度梯度荷载产生底板横向拉应力沿高度方向变化率保持不变，底板变薄后，最大拉应力有所降低；标准值组合拉应力值增大o4小结经过上述分析，先张法预应力空心板梁底板纵向裂缝产生的原因有如下几个方面：1）施工阶段质量缺陷、工艺不当应该是后期纵向裂缱产生的主要原因，是底板纵向开裂的必要条件。梁体混凝土浇灌采用一次成型时，芯模定位偏低以及芯模自身鼓胀变形导致底板厚度不足,致使使用阶段荷载作用下，板底底面横向拉应力增大：处于芯模下缘的底板混凌土振捣困难，造成底板空心圆孔下方混凝士振捣不密实。2）设计因素空，成梁的设计中认为梁与梁之间以皎接形式连接,较缝只传递剪力而不传递横向弯矩，但钗缱实际工作性能应介于钗接与刚接之间，与桥面现浇层一同起到传递横向弯矩的作用.而上部结构多块板梁联成魏体后，形成了板横向受弯效应。在横向弯矩作用下，底板横向受拉，当累计横向拉应力超过祢士抗拉强度时，底板会纵向开吸，设计上板梁底板横向仅设有1层。10箍筋，无法有效地限制裂缝开展。3）板梁底板纵向裂缝产生后，在温差荷戟、车辆荷栽重复作用下，裂缝处因受拉