沙质推移质断面输沙率计算方式

1、沙质推移质断面输沙率计算方式            摘要：当今众多推移质计算公式，其成果都与实际难符。本文对泥沙统计理论建立的单宽输沙率公式、给各符号的确定方法进行了优选，只需根据水文站日常测验中得到的有关资料，即可求出单宽输沙率的沿河宽分布曲线；沿河宽积分，则可求得相应断面推移质输沙率。本方法与各家公式对比，其成果接近恩格隆公式，经长江三个站实测资料验证，实际误差与当前测验精度一致。具有实用意义。 关键词：特征粒径 泥沙统计理论 特征概率 起动流速  1 前言由于

2、推移质测验很困难，迄今为止实测资料为数有限；为满足实用需要，一般都致力于计算方法的研究与选择。目前经验 、半经验的推移质计算公式已不下数十个, 因都未考虑横向分布上的强烈不均匀性，所以，计算的成果都与实际相差较大，难于满足实用要求。受泥沙统计理论的启示，取各家研究成果之所长，先对推移质计算中各因子优选，从而优化了单宽输沙率公式。其中推移层厚度随水力因素确定，水流强度和摩阻流速由实测流速参数决定，使计算成果更能符合实际。根据水文站日常测验资料中取得的垂线位置、水深、流速、床沙颗粒级配等资料，就可分别求出各垂线的单宽输沙率，确定其沿河宽分布曲线。再经数学方法处理，沿河宽积分，即能算得全断面推移质输

3、沙率。本方法经单线资料与恩格隆、爱因斯坦、梅叶-彼德等计算成果对比，与恩格隆式接近，大于爱因斯坦与梅叶-彼德两式。与长江有关站断面实测成果对比，基本接近，具有实用意义，为间接法测推移质取得了新的经验。2 单宽输沙率公式的选择泥沙统计理论，是当今有广阔发展前景的研究推移质运动的工具2。但在确定输沙模式时，彼此还存在较大的差别，有的甚至还涉及到不同的概念3。尽管如此，而在公式的结构上，则可以综合为以下通用形式qb=Asm0MDP1L/P2t(1)式中P1、P2为特征概率，L为特征长度，t为时间，D为特征粒径，M为沙层运动高度(以特征粒径的倍数计)，m0为面密实系数，A为系数；s为泥沙容重，qb为单

4、宽输沙率。3 特征参数的确定式(1)中，A是体积系数/6与面积系数/4之比，等于2/3。窦国仁试验结果，面密实系数m0=0.4。s一般沙质河床可取2650kg/m3。对非均匀沙选用床沙组成中哪一级粒径为代表粒径，各家标准不一致。根据沙质河床的特性及试算的反复研究验证，确定取床沙的D80作为特征粒径D。其他几个参数是经过以下讨论后确定的。3.1 速度L/t的确定L/t 是泥沙运动的特征速度，仍采用简化后一般通用的颗粒平均滚动速度公式Vs=Vb-Vbc(2)    2007-04-23      &

5、#160; 式中Vs推移质平均运动速度, Vb河底流速, Vbc时均颗粒起动流速。关于Vb及Vbc的确定，则采用窦国仁公式2b=8.5/6+2.5lnd/KsV(3)bc=1.09s-/gD+0.19(gd+K/D)1/2(4)式中 Ks按以下方法确定；当 D0.5mm,Ks=0.5mm,当D>0.5mm时Ks=D =0.213×10-4cm,k=2.56cm3/s2, s=2650kg/m3; =1000kg/m3bc=1.0916.1865+0.000000397d+0.0000004864/D1/2(5)式中 均以m为单位，d为垂线水深， V为垂线平均流速。3.

6、2 u*及的确定摩阻流速u*及水流强度可通过实测值计算，但在平原河流上，使用实测比降J值很不理想，水尺间距短了精度低，长了又缺乏代表性，很多站都没有比降观测项目，进行横比降观测的站就更少，为此用实测流速反算的方法来解决此问题。勃兰特流速分布公式为：V=5.75u*lg(30.2d/)+5.75u*lg,令a=5.75u*lg(30.2d/)，b=5.75u*，则可简化为：V=a+blg，即u*=b/5.75(6)式中a，b为简化流速参数，Vi为测点流速，为从河底起算的测点相对水深，为河底糙度。因为=wdJ/(s-w)D=dJ/1.65D式中w为水的容重，s为泥沙容重，以u*=与式(1)进行对比

7、，其中。为此恩格隆曾将P=6/B(-c)/P(一)式，改为P=1+/6B/-c4-1/4 P(二)式。前文提到P=P1/P2=P1/1-P1,由于P是P1的组合值故认为P值可大于1。文献1指出，P(一)式的恩氏成果与其他几家公式比较一致。 而用P(二)式的成果，在高输沙时，偏小甚多，明显不合理。这也旁证了P大于1的合理性。再一个问题是，P 的表达式是什么？根据文献1提供的如图1的资料作进一步的研究后， 发现恩氏的表达式与资料不尽相符。 P(一)式上部分太偏大，P(二)式受P不能大于1这个概念的束缚，上部又有点偏小。为此，将P（二）修正为    2007-04-23        P=1.18(-0.19)0.22(8)当0.1942 时 P=6/B(-c)=2.3873(-0.046)(9) 式中B=0.8，c=0.046，其余符号意义同前，适线情况如图1。 3.4 泥沙运动层高度M的确定对推移层厚度，各家都以代表粒径的倍数表示，已有公式中，多用一个固定值。我们认为它是一个随水流条件而变的函数，表达式为