河流动力学5章-hxgmzhang

主讲教师：张红霞

Email:河流动力学概论Introductiontorivermechanics教材：邵学军王兴奎.

《河流动力学概论》第1版.

清华大学出版社5.1泥沙扩散方程5.2悬移质含沙量的垂线分布5.3悬移质输沙率5.4水流挟沙率-1-悬移质运动和水流挟沙力第5章xe1、悬移质输沙率GS*一定的水流与河床组成条件下，水流在单位时间内所能挟带并通过河段下泄的悬移质中床沙质的数量。一般是指河床处于不冲不淤、水流含沙量处于饱和情况下，单位时间内通过河段下泄的悬移质悬移质中床沙质量。2、

悬移质实际输沙率GS单位时间内实际通过河段下泄的悬移质泥沙量。GS*≡GS

Gs*>Gs，河床发生冲刷

Gs*=Gs，河床不冲不淤

Gs*<Gs，河床发生淤积5.3悬移质输沙率基本概念-3-

床沙质：较粗颗粒泥沙在搬运过程要与河床上的泥沙发生交换，认为该河段的粗沙来自上游河床，是从床沙中进入运动的泥沙；与河床冲淤变化有密切关系，所以又称造床质。5.3悬移质输沙率

冲泄质：较细颗粒泥沙在运动过程不与河床上的泥沙发生交换，可认为是从流域表面冲刷后一泻千里而来,沿程几乎不交换、不沉淀；与河床冲淤变化基本无关系，所以又称非造床质。复习概念，p46悬沙含有床沙质和冲泄质，只是冲泄质多，床沙质少；-4-3、悬移质单宽输沙率gS单位宽度内的悬移质输沙率：4、垂线平均含沙量Sm注意Sm则为以水深为权的加权平均；5.3悬移质输沙率基本概念US指：河道过水断面中高程y处，单位时间、单位断面面积上通过的悬移质沙量。-5-5、上节得出了，悬移质垂线的相对含沙量的分布，

运用这些公式来计算某点的绝对含沙量（或称为实际含沙量），就必须事先测量垂线上某参考点y=a处的绝对含沙量Sva。5.3悬移质输沙率基本概念-6-5.3.1Einstein公式一、基本思路采用含沙量沿水深分布的Rouse公式和单宽悬移质输沙率定义，并采用推移质输沙率计算临底含沙量。单宽输沙率定义：Rouse公式：xe二、公式推导5.3.1Einstein公式-8-5.3.1Einstein公式二、公式推导-9-二、公式推导5.3.1Einstein公式-10-5.3.1Einstein公式二、公式推导gb-11-I1、I2仅是A、Z的积分函数，也可通过已绘制的图形(图5-4）查取。

如果没有床面形态，上述公式中。三、I1、I2的计算：5.3.1Einstein公式-12-四、临底含沙量的计算5.3.1Einstein公式Einstein假定推移质的运动速度为.推移质的厚度为二倍粒径，即2D。Einstein认为包括近河底区的泥沙分布应是连续的，床面层顶部的泥沙浓度应是悬移质的临底含沙量Sva

。-13-5.3.1Einstein公式四、临底含沙量的计算-14-5.3.1Einstein公式四、临底含沙量的计算-15-5.3.2维利卡诺夫公式和张瑞瑾公式取1-Sv=1，并沿全水深积分，得;一、维利卡诺夫公式推导（5-33）-16-积分得：式中，b为一比例常数，为垂线平均含沙量。5.3.2维利卡诺夫公式和张瑞瑾公式一、维利卡诺夫公式推导（5-50）（5-49）-17-令，,则上式可简化为：5.3.2维利卡诺夫公式和张瑞瑾公式一、维利卡诺夫公式推导（5-50）（5-51）-18-对于清水，令，则。挟沙饱和，，则：

5.3.2维利卡诺夫公式和张瑞瑾公式一、维利卡诺夫公式推导（5-52）-19-由Chezy公式，，代入上式，得：5.3.2维利卡诺夫公式和张瑞瑾公式一、维利卡诺夫公式推导（5-52）（5-53）-20-二、张瑞瑾公式

(武水公式）5.3.2维利卡诺夫公式和张瑞瑾公式1、基本思路先根据实测资料经数值分析而得，然后提出悬移质具有制紊作用的观点，采用π定理进行理论推导。-21-Sm为垂线平均重量含沙量，单位

K及m均为的函数，如图5-5.K为修正系数，单位为5.3.2维利卡诺夫公式和张瑞瑾公式二、张瑞瑾公式

(武水公式）2、悬移质挟沙力公式（5-54）-22-3、综合因子的物理意义5.3.2维利卡诺夫公式和张瑞瑾公式二、张瑞瑾公式

(武水公式）-23-4、悬移质单宽输沙率公式为:（5-55）二、张瑞瑾公式

(武水公式）5.3.2维利卡诺夫公式和张瑞瑾公式适用于粒径细，流速大的河流中。-24-5、张瑞瑾公式特点：（1）采用天然河流的实测资料得到的公式，没有作任何假设。（2）没有考虑推移质层厚度，假定全部以悬移质形式输运。（3）公式结构简单，有一定的理论和实测资料支持，国内应用较广泛。（4）实际应用中注意k、m的具体拟合。5.3.2维利卡诺夫公式和张瑞瑾公式二、张瑞瑾公式

(武水公式）-25-5.3.3Bagnold公式一、基本思路从能量平衡出发，即水流使泥沙悬浮所做的功等于水流消耗于泥沙悬浮的势能建立关系式。二、公式的推导-26-5.3.3Bagnold公式二、公式的推导（5-58）（5-60）-27-5.3.3Bagnold公式二、公式的推导（5-60）（5-61）-28-三、水流搬运悬移质效率es的大小结论：水流用于托浮悬沙的功很小，仅为水流势能的2.3～4.6％，不到推移质的0.35。5.3.3Bagnold公式-29-长江、黄河的实测资料显示：该公式计算值显著偏小；应用