高浓度运动水流流速分布的研究.docx

1、12四川水利C水13怯._1992年_研究成果高浓度运动水流流速分布的研究*白永峰（铁道科学做顽南研究所）一2屣_歹/3£提要高法度运动水流流速分布计算，对于研究挟沙水流的挟沙机理有着极其重要的意义.本文根据高含小宾汉体二度怛定明渠均勾素流的乾切力方程，在考虑素动项的前提下.推导出明渠高含D水流流速分布公式.用实浏资料粉证，计算值与实测值的符合令人潇需.同时与不考虑紊动项的流速分布公式比较，前者的计算结果与实测资料更为吻合.该公式适用于牛顿流体和宾汉流体的各种素流.关镇词，高含沙水流坦也公式H暨均匀卷匝（->问题的提出流速分布，是运动水流在其垂直方向上不同位置流动强度的真实反映

2、，可以为计算运动水流的断面平均流速提供依据，更重要的是通过它可以计算挟沙水流垂线上点的浓度分布。这对于研究挟沙水流的挟沙机理,有着极其重要的意义。对于高含沙水流，由于宾汉极限剪切力色的存在，使得二度明渠均匀流的流速分布出现了流核区和非流核区两部分。其中相对非流核区厚度为a=R=旦<1）nTo式中，力为非流核区厚度。从公式可以看出，在L一定的条件下，a与句成线性关系.a随“的增大而减小；对于有”的高含沙素流而言.宾汉极限切应力re和相对非流核区厚度a受含沙量和水流紊动强度的影响.所以考虑ra时的流速分布应适用于牛顿流体和宾汉流体的各种紊流。根据以往的研究成果.认为高含沙宾汉流体二度恒定明案

3、均匀素流的剪切力方程可写为：r=to4-i?（uV）（2）现有的研究成果都是在未考虑一Pm（W）素动项的条件下建立流速分布公式的，使得计算出的紊动水流的流速分布与实际相差甚远.公式的适用性受到了限制。本文在充分考虑水流紊动一山（HV）的条件下，对水流流速分布进行研究。（二）建立公式的理论基础对于高含沙宾汉体二度恒定明渠均匀素流，其翦切力方程为：'（=曲+可空-Pm<UV）本文承象武汉水院王明甫敦授指导.深表感谢.的.从而证明了本文计算的合理性。参考文献co梁在潮，王歪增.“素流边界层挟气能力的研究".水利学推,1982年第2期23罗铭.技气成蚀设旋后沿程协气侬度的敷学拽

4、拟水利学报.387年第9期13】汪国凤.王正臬.通弋坎下游拌气浓度分布的研究.水利水运科学研究，1988年第2期4）时自魅活水族.佛瑛瑛，夏小页.通，诚蚀挑坎水力学何题的试成研究.水利学报.1983年第3期四川水利）帑13尊1992年弟5期13其中一上（UV>=pJZ（财（3）对于式中的掺长Ln,至今未有合适的公式计算。本文通过对比清水水流的掺长公式后，采用相似性理论的掺长表达式：Jk益/骰砰）因此方.程（2）即变为：，+嘿+以（土*嘴尸膏/（5）（三）流速公式的推导根据方程（5）,在清水紊流中，粘性切应力町£的大小仅为紊动切应力一p（W）的百分之一左右.尽管,在高含沙水流中，

5、q£有所增大，但与一土（W）相比还是很小,可加以忽略。即方程（5）可改写为：下=珏+缶（一Kb*/牌）2（*）*甘=7牒穿（6）将r=T<）（1是）代入式（6）得：-忐怕再进行变此代换：令金=sinla,dy=2ahsinacosadaa£0,江/25一五对(10)式再进行积分变换.且令y/ah=sir?B即dy=2ahsinpcospB£CO*du_u，.2ahsinpcosBap2ahKm*1cos?两边积分：.再将式（1）代入式（7）,同时令(7)得：利用变笊代换:rxdu、？/dUr_K-"/而7=ud'udPdy?dyf（dp/d

6、y）两边积分：C2（11）当y=ah,即流核区与非流核区交界面处，流速与水面流速相同，即UUUg二0=115式（11）就变为I因此,高含沙水流流速分布公式为：研究成果4<四川水利第13卷1992年第5期/y<i2）式（12即为具有宾汉极限切应力S的高含沙恒定二度明渠均匀流的流速沉垂线分布公式,它既适用于有流核的高含沙水流，也适用于无流核的高含沙水流和清水及一殷挟沙水流。肘于清水和一般低含沙水流及素动强度很高的高含沙水流,宾汉极限切应力邛趋于0,a=l,y°=h,此时流速分布所描述的是无流核的水流情况.明果高含沙水流流速公式的推导过程，采用了t=L（ly/h）,而并不是简单

7、的近似假定致使公式在结枸上较复杂。但是在公式推导过程中，充分考虚了水流亲动项的作用，同时采用了掺长U=一K=*/*.也较好的反映了水流的紊动结构,故公式在水流流区内比以往的对数流速分布更符合实际。（四）公式的验证和比较为了检验公式的准确性，本文采用了无定河丁家冉水文站1964年汛期洪水的21次流速分布资料进行验证。其中公式（12）中的Ktn值来自于大量实测资料确定的KmS关系（图1）；式中S是采用费祥俊公式进行计算的:“5沿水深方向积分求得。验证结果见图2,3。其中图2中水流含沙垦变幅为42.51021kg/m同时水流的雷诺数Re均大于10从图上可以看出，利用式（12）计算高含沙水流的流速分布

8、，不管含沙高低，计算值与实测值符合得比较满意。这也说明利用式（12）计算挟沙水流的垂线流速分布可以较准确的反映水流内部结构。图还表明了当含沙量大于600kg/m3时.计算值与实测值符合程度更好，说明此公式更适用于含沙量很高的水流流速分布计算.同时为了更进一步显示公式的准确性.本文还采用了在未考虑一J（W）情况下的流速分布公式广、与式（12）比较，其中选用了无定河丁家沟水文站1964年汛期的5次不同含沙量洪水流速分布资料进行计算，点绘关系线,结果表明用式（12）比用式（13）的计算结果与实测资料更吻合（览图13）。（五）结论1.仿照清水水流的掺长计算方法.根据相似性理论得到掺长公式:2.卡门常数

9、Kg随着水流含沙量的变化而变化，其中Km最大值为清水的卡门常数0.4.般是：Km<K30755.招量()43.54104603534991859610119634209123054311205536524379843图2.潴速分市验证gfl川水利第13苦1992年第S期研究成果林分状态与径流量关系的初步研究刘育贤（绵阳市林业料研所卞2提要本文利用低效林改造试脸过程中所获得的20组200个突测数据，对川西北丘陵区的林分因子和径潭*进行了相关分析研究，揭示了径流量与林分因子及各林分因于之间的关系，应用逐步回归分析方法，建立了径流量的最优回妇模型.文中还采用了偏相关和标准回归系数分析法，弄清了

10、影响径流量的主要因子依次为土壤蓄水深、总孔隙度、植被总生物*、总盖度和土壤容重。关键词：径波量林分因于相关分析逐步回归分析模型研究区位于川西北丘陵区，隶属于江油市小溪坝镇。该区屑亚热带湿润季风气候区，年平均气温18C,年平均雨<1212.0mmo盛夏雨量集中，多暴雨，69月份降水量852.2mm,占全年70.3%,一日最大降雨量150.Omm；年水面蒸发量1070.5mm«以48月为最大，平均相对湿度为81%._g必泌沪泌洒渗洒g泌硬g沪洒泌沪洒g洒淼洒泌泌洒渗洒gg泌3.高浓度宾汉体流速分布仍符合对数流速分布的规律，计算式为，u1（三）结果分析种流体的统一公式。参考乂献森林植

11、被是自然因素中对减缓径流起积极作用的因素，几乎在任何条件下均可阻缓径流，提高土壤渗透性和蓄水能力.为了综合反映林分诸因子对径流量的作用，本文利用低效林改造试验过程中积累的部分资料,对川西北丘陵区的林分因子和径流量进行相关分析和逐步回归分析，并采用标准回归系数比较法，弄清各林分因子对径流量影响的主次关系.为治理水土流失提供背景值。（）概况=-CLn（1V<r0rB）Ip。m>/ly/afi）+>/ly/ahD4.此流速分布公式不仅适用于宾汉流体，而且也适用于牛顿流体，因此可做为两该区地层属侏罗系遂宁组，为紫色砂页岩母质，土壤类型是红株紫色土，土层厚度约40cm,丘坡坡度一般为18度左右。植被类型主要有马尾松、株类、马榛、黄荆、铁子等。（二）观测内容及方法每次雨后观测径流池的径流量，在自记雨成计记录图纸上计算每次降雨的雨最和雨强；植被生物量、乔木按径级标准木，采用分层切割法，灌木和草本用称重法，植被盖度用目测法；土壤渗透速度采用渗透简法，土壤水分一物理性质用环刀称重法。b林分因于与径流髭的相关分析我们使用微型计算机，对20组2