悬移质泥沙运动

悬移质泥沙运动第1页，课件共108页，创作于2023年2月1第五章悬移质运动2第2页，课件共108页，创作于2023年2月§5-1悬移质泥沙悬浮机理一、悬移质泥沙运动的一般特点（1）河流蚀山造原的过程中，悬移质至少在数量上起着更为重要的作用。例：寸滩站年均悬沙输沙量4.6亿吨，底沙600万吨，悬沙占98.7%；嘉陵江北碚站年均悬沙量1.18亿吨，底沙5~8万吨，悬沙>99.3%（2）天然河流中床沙、推移质和悬移质泥沙中，悬移质泥沙最细，非均匀性最大。（3）与推移质泥沙运动规律不同，悬移质泥沙在水中悬浮前进，时而上浮，时而下沉，留下只有统计学机遇性质而无力学必然规律的迹线。（4）推移质泥沙运动的间断性强，而悬移质泥沙运动的持续性一般是相当大的。第五章悬移质运动§5-1悬移质泥沙悬浮机理一些基本概念第3页，课件共108页，创作于2023年2月3.00第五章悬移质运动二、研究的目的意义引水排沙工程：需了解含沙量沿水深的分布；库区淤积及淹没：需知道悬移质输沙量；河床演变分析：需了解输沙率及含沙量沿程变化；三、泥沙悬浮的条件（1）床面附近的漩涡尺度大于泥沙粒径；（2）漩涡的向上分速大于泥沙的沉速。（3）悬移质在紊动水流中，既因承受重力作用而下沉，又因承受紊动扩散作用而上升。§5-1悬移质泥沙悬浮机理一些基本概念第4页，课件共108页，创作于2023年2月5四、天然河道含沙量沿水深分布现象①、一般情况下，天然河道受重力作用影响，悬移质含沙量沿水深分布都是上细下粗，上稀下浓，存在着自下而上逐渐减小的含沙量梯度，含沙量沿水深分布具有不均匀性。含沙量沿水深分布图第五章悬移质运动§5-1悬移质泥沙悬浮机理一些基本概念第5页，课件共108页，创作于2023年2月6②、河道水流属于紊流，其各流层间存在着强烈的混掺现象，向上的涡体自然会使泥沙向上悬浮。③、但就恒定流时均情况而言，根据脉动水流的连续性，流层间混掺的上浮水体与下沉水体是相等的，为什么泥沙还会上浮呢？

第五章悬移质运动§5-1悬移质泥沙悬浮机理一些基本概念第6页，课件共108页，创作于2023年2月3.2.0.5xe第五章悬移质运动重力作用泥沙比水重而向下沉降，使得水流含沙量在河底较大，水面较小，悬沙呈现上稀下浓的非均匀分布。紊动作用紊动作用使悬沙由含沙量高的下层向含沙量低的上层传送。因为：穿过水平面的浑水量平衡，而下浓上稀，向上水体挟带的泥沙大于向下水体挟带的泥沙。紊动扩散作用紊流作用同分子布朗运动引起的某物质从浓度高的地方向浓度低的地方不断迁移的分子扩散现象一样，因次称为～。重力作用使含沙量沿水深分布趋向不均匀化；紊动作用使含沙量沿水深分布趋向均匀化。§5-1悬移质泥沙悬浮机理一些基本概念原因：第7页，课件共108页，创作于2023年2月3.2.0.6第五章悬移质运动紊动扩散作用使泥沙上浮，重力作用使泥沙下沉，含沙量沿水深部分由此二者相对作用的对比关系决定。重力作用占优势，泥沙下沉，河床淤积；紊动扩散作用占优势，泥沙上浮，河床冲刷；二者作用相当时，河床不冲不淤,处于平衡状态.紊动扩散作用上浮的沙量和重力作用下沉的沙量在垂线上任一位置都相等，含沙量沿水深分布达到了平衡状态。悬移质上升之所以成为可能，是与含沙量具有上稀下浓的沿垂线梯度分不开的。在冲刷、淤积的过程中，沿垂线的含沙量梯度起着重要的调节作用§5-1悬移质泥沙悬浮机理一些基本概念第8页，课件共108页，创作于2023年2月五、泥沙扩散方程基于泥沙颗粒在紊流中随机运动来求解泥沙浓度垂向分布，称为扩散理论。这一理论的基础是液体的紊动扩散理论，它是通过把泥沙或液体微团的运动与分子热运动相比拟而得出来的，其基本方法都是用梯度型扩散（如Fick扩散定律）来描述颗粒随机运动的宏观结果。第五章悬移质运动§5-1悬移质泥沙悬浮机理泥沙扩散理论第9页，课件共108页，创作于2023年2月

菲克定律，是描述气体扩散现象的宏观规律，这是生理学家菲克（Fick）于1855年发现的。早在1855年，菲克就提出了：在单位时间内通过垂直于扩散方向的单位截面积的扩散物质流量（称为扩散通量,用J表示）与该截面处的浓度梯度成正比，也就是说，浓度梯度越大，扩散通量越大。这就是菲克第一定律。D称为扩散系数(m2/s)，C为扩散物质的体积浓度(原子数/m或kg/m)，dC/dx为浓度梯度，“–”号表示扩散方向为浓度梯度的反方向，即扩散组元由高浓度区向低浓度区扩散第10页，课件共108页，创作于2023年2月3.2.1.1xe第五章悬移质运动㈠理论前提属于质量守恒原理采用扩散理论推导含沙量沿水深分布的前提：

二元、恒定、均匀流、平衡输沙㈡基本思路平衡输沙：重力作用的泥沙下沉量＝紊动扩散作用的泥沙上浮量§5-1悬移质泥沙悬浮机理泥沙扩散理论第11页，课件共108页，创作于2023年2月12

重力作用与紊动扩散作用表达㈠、重力作用⒈重力作用的强弱可用悬移质的沉速代表，沉速愈大，则重力作用愈强；⒉单位时间单位水平截面在重力作用引起的下沉的泥沙量为。

第五章悬移质运动§5-1悬移质泥沙悬浮机理一些基本概念第12页，课件共108页，创作于2023年2月(二)、紊动扩散作用紊动扩散理论可以简单概括为：如果某一物理量m在呈显紊动状态，可作为连续介质看待的流体中分布不匀，具有沿任一方向n的浓度梯度

，则这一物理量将通过紊动作用由高浓度区向低浓度区扩散，其扩散强度为

，此处

为扩散系数，亦称传递系数。第五章悬移质运动§5-1悬移质泥沙悬浮机理一些基本概念第13页，课件共108页，创作于2023年2月

①、水流的紊动强度，用紊动扩散系数表示，也可用垂向脉动流速表示；②、悬移质含沙量沿垂线分布的不均匀性，用垂线含沙量梯度表示。

单位时间单位水平截面上，由于紊动扩散作用引起的上浮的泥沙量可表示为，也可表示为。第五章悬移质运动§5-1悬移质泥沙悬浮机理一些基本概念(二)、紊动扩散作用第14页，课件共108页，创作于2023年2月3.2.1.3xe第五章悬移质运动㈢二维恒定均匀流平衡输沙扩散方程单位时间单位水平面积内的泥沙下沉量：单位时间单位水平面积内的泥沙上升量：§5-1悬移质泥沙悬浮机理泥沙扩散理论第15页，课件共108页，创作于2023年2月Fig3-3不平衡输沙：河床发生冲淤，需考虑纵向，横向(取单宽)含沙量因时而变㈣二元均匀流不平衡输沙扩散方程取微元体如图，获得进出微元体的沙量差：第16页，课件共108页，创作于2023年2月3.2.1.4ye第五章悬移质运动㈣二元均匀流不平衡输沙扩散方程取微元体如图，获得进出微元体的沙量差：§5-1悬移质泥沙悬浮机理泥沙扩散理论第17页，课件共108页，创作于2023年2月3.2.1.4ye第五章悬移质运动㈣二元均匀流不平衡输沙扩散方程§5-1悬移质泥沙悬浮机理泥沙扩散理论第18页，课件共108页，创作于2023年2月3.2.1.4ye第五章悬移质运动㈣二元均匀流不平衡输沙扩散方程

对流项扩散项沉降项§5-1悬移质泥沙悬浮机理泥沙扩散理论第19页，课件共108页，创作于2023年2月

五、重力理论维利卡诺夫根据能量平衡的原理，首创了悬移质垂线分布的重力理论。该理论与扩散理论的不同之处在于，它不是从随机运动理论的观点而是从能量平衡的观点来分析问题。其基本观点是：挟带悬移质的水流在运动过程中要消耗能量。所消耗能量分为两部分，一部分用于克服边界的阻力；另一部分用于维持悬移质的悬浮。重力理论的观点认为，悬移质的比重一般比水大得多，要使它在水里不下沉，水流必须对它做功以维持悬浮，即水流必须为此而消耗能量。第五章悬移质运动§5-1悬移质泥沙悬浮机理泥沙重力理论第20页，课件共108页，创作于2023年2月3.2.2.1xe第五章悬移质运动㈠悬浮功泥沙比水重，为维持泥沙在水中悬浮而不下沉，需要水流对泥沙作功将其托起，这部分功称为悬浮功。㈡基本思路基本思路：能量守恒原理，即水流消耗的能量E1＝水流克服阻力所做的功E2＋悬浮功E3。E1=单位体积浑水中的清水在单位时间内提供的能量E2=单位体积浑水中的清水克服运动阻力在单位时间内消耗的能量E3=单位体积浑水中的清水为托起泥沙在单位时间内提供的悬浮功E1=E2＋

E3§5-1悬移质泥沙悬浮机理泥沙重力理论第21页，课件共108页，创作于2023年2月E1第五章悬移质运动§5-1悬移质泥沙悬浮机理泥沙重力理论第22页，课件共108页，创作于2023年2月E2第五章悬移质运动§5-1悬移质泥沙悬浮机理泥沙重力理论第23页，课件共108页，创作于2023年2月E3第24页，课件共108页，创作于2023年2月E3第25页，课件共108页，创作于2023年2月E3第五章悬移质运动§5-1悬移质泥沙悬浮机理泥沙重力理论第26页，课件共108页，创作于2023年2月3.2.2.3ye第五章悬移质运动㈢公式推导???§5-1悬移质泥沙悬浮机理泥沙重力理论第27页，课件共108页，创作于2023年2月3.2.2.3第五章悬移质运动㈢公式推导§5-1悬移质泥沙悬浮机理泥沙重力理论第28页，课件共108页，创作于2023年2月3.2.2.3第五章悬移质运动㈢公式推导§5-1悬移质泥沙悬浮机理泥沙重力理论第29页，课件共108页，创作于2023年2月§5-2悬移质含沙量的垂线分布律从前面的叙述中，我们已经了解到悬移质含沙量沿垂线分布是不均匀的。一般情况下，含沙量沿垂线分布是上稀下浓的。含沙量的这种分布状态，在工程实际中具有重要意义。前面已推导得到二维恒定均匀流、平衡情况下的悬移质质量平衡律基本方程式。对它的求解，使可得到含沙量沿垂线分布规律的数学公式。第五章悬移质运动第30页，课件共108页，创作于2023年2月一、劳斯（Rouse）公式1）劳斯（Rouse）假设劳斯（Rouse）在建立二维均匀明槽流的平衡情况下悬移质含沙量沿垂线的分布公式时，做了两个重要假设：（1）ω沿水深定值；（2）视泥沙紊动扩散系数

（

）等于相应的动量紊动扩散系数

§5-2含沙量垂线分布律一、扩散理论第五章悬移质运动第31页，课件共108页，创作于2023年2月3.2.1.4第五章悬移质运动㈣二元均匀流不平衡输沙扩散方程虽然w随S变化，但变化很小，可认为是定值。所以，下一步的任务是：如何获得ey的表达式？§5-2含沙量垂线分布律一、扩散理论第32页，课件共108页，创作于2023年2月3.2.1.5第五章悬移质运动㈤ey~em间的关系紊动扩散项g2的另一种表达式：§5-2含沙量垂线分布律一、扩散理论第33页，课件共108页，创作于2023年2月3.2.1.5第五章悬移质运动㈤ey~em间的关系依据紊流动量传递理论：最简单的假定是：ey＝em，em＝??§5-2含沙量垂线分布律一、扩散理论第34页，课件共108页，创作于2023年2月3.2.1.6第五章悬移质运动㈥em的计算式依据紊流动量传递理论：再代入上式，得：§5-2含沙量垂线分布律一、扩散理论第35页，课件共108页，创作于2023年2月3.2.1.6第五章悬移质运动㈥em的计算式依据紊流动量传递理论：§5-2含沙量垂线分布律一、扩散理论第36页，课件共108页，创作于2023年2月3.2.1.7ye第五章悬移质运动㈦含沙量沿水深分布公式(Rouse方程)无法采用水面边界，那积分常数C如何获得？只有采用河底边界。§5-2含沙量垂线分布律一、扩散理论第37页，课件共108页，创作于2023年2月积分过程第38页，课件共108页，创作于2023年2月3.2.1.7xe第五章悬移质运动㈦含沙量沿水深分布公式(Rouse方程)§5-2含沙量垂线分布律一、扩散理论第39页，课件共108页，创作于2023年2月3.2.1.7xe第五章悬移质运动㈦含沙量沿水深分布公式(Rouse方程)§5-2含沙量垂线分布律一、扩散理论第40页，课件共108页，创作于2023年2月Fig3-4第41页，课件共108页，创作于2023年2月3.2.1.8第五章悬移质运动㈧悬浮指标z的物理意义物理意义：表征重力作用与紊动扩散作用的相对大小，反映了含沙量沿水深分布的均匀程度；z越大，表明重力作用相对越强，分布越不均匀，z越小，表明紊动扩散作用相对越强，分布越均匀(图3-4)z的另一功用：可作为推移质进入悬浮状态的判别标准。

z>5后(图3-4)，悬沙较少，可将z＝5作为推、悬的临界判别值。§5-2含沙量垂线分布律一、扩散理论第42页，课件共108页，创作于2023年2月3.2.1.9ye第五章悬移质运动㈨对公式的检验⑴检验内容：公式的结构是否合理？悬浮指标？⑵检验结果：公式结构合理、正确(图3-5)。z的理论值与实测值z1有一定差异：z较小时，实测值与理论值相差不大；z较大时，实测值小于理论值，且随z的增大，差距也越大(图3-7)。§5-2含沙量垂线分布律一、扩散理论第43页，课件共108页，创作于2023年2月Fig3-5&6公式结构合理第44页，课件共108页，创作于2023年2月Fig3-7z较小时，实测值与理论值相差不大；z较大时，实测值小于理论值，且随z的增大，差距也越大第45页，课件共108页，创作于2023年2月3.2.1.9ye第五章悬移质运动㈨对公式的检验⑶z与z1差异的原因：因为引入了三个假定：假定③与实际差异不大；假定①与实际存在一定差异(∵≥D的漩涡对泥沙扩散作用不大，但可进行水流动量交换；泥沙的惯性引起泥沙与水流不完全同步运动)，一般ey略大于em(图3-8)；假定②与实际有一定差异，因浑水k小于清水k(=0.4)(图3-9)。§5-2含沙量垂线分布律一、扩散理论第46页，课件共108页，创作于2023年2月Fig3-8第47页，课件共108页，创作于2023年2月Fig3-9清水时：k=0.4浑水时：k<0.4，S＝15.8kg/m3时，k=0.21第48页，课件共108页，创作于2023年2月3.2.1.9xe第五章悬移质运动㈨对公式的检验⑷公式中存在的问题：y＝0时，S=∞，已属推移质，扩散公式本身不适用(仅用于y≥a)y＝h时，S=0，实际观测，D小U大时，水面存在泥沙运动。原因：对数流速公式的du/dy≠0，但τ=0，则εy=εm=0，实际上水面的εm=0，但εy≠0(图3-8)。§5-2含沙量垂线分布律一、扩散理论第49页，课件共108页，创作于2023年2月3.2.1.10一第五章悬移质运动㈩a的确定一般取床面层厚度：则，Sa称临底含沙量，通常由实测资料获取；推移质与悬移质之间目前难以准确分界，床面层厚度确定方法较多，也不一致，Einstein取a=2D。§5-2含沙量垂线分布律一、扩散理论第50页，课件共108页，创作于2023年2月（十一）改进公式张瑞瑾公式：采用直接从尼古拉兹实测资料相符推导出来的王志德流速分布公式，公式修改后为：

该式克服了水面的含沙量值为零的缺点。但形式复杂，计算不便。第五章悬移质运动§5-2含沙量垂线分布律一、扩散理论第51页，课件共108页，创作于2023年2月陈永宽公式：认为在含沙量较高的水流中，指数型公式公式较对数型流速分布公式更符合实际，提出公式为：

第五章悬移质运动§5-2含沙量垂线分布律一、扩散理论第52页，课件共108页，创作于2023年2月

二、重力理论——维利卡诺夫公式第五章悬移质运动基本思路：能量守恒原理，即水流消耗的能量E1＝水流克服阻力所做的功E2＋悬浮功E3。E1=单位体积浑水中的清水在单位时间内提供的能量E2=单位体积浑水中的清水克服运动阻力在单位时间内消耗的能量E3=单位体积浑水中的清水为托起泥沙在单位时间内提供的悬浮功E1=E2＋

E3§5-2含沙量垂线分布律二、重力理论第53页，课件共108页，创作于2023年2月3.2.2.3ye第五章悬移质运动㈢公式推导???§5-2含沙量垂线分布律二、重力理论第54页，课件共108页，创作于2023年2月3.2.2.3ye第五章悬移质运动㈢公式推导§5-2含沙量垂线分布律二、重力理论第55页，课件共108页，创作于2023年2月3.2.2.3ye第五章悬移质运动㈢公式推导§5-2含沙量垂线分布律二、重力理论第56页，课件共108页，创作于2023年2月3.2.2.3ye第五章悬移质运动㈢公式推导§5-2含沙量垂线分布律二、重力理论第57页，课件共108页，创作于2023年2月3.2.2.3ye第五章悬移质运动㈢公式推导§5-2含沙量垂线分布律二、重力理论第58页，课件共108页，创作于2023年2月3.2.2.3ye第五章悬移质运动㈢公式推导§5-2含沙量垂线分布律二、重力理论第59页，课件共108页，创作于2023年2月3.2.2.4xe第五章悬移质运动㈣公式验证§5-2含沙量垂线分布律二、重力理论第60页，课件共108页，创作于2023年2月3.2.2.5二第五章悬移质运动㈤公式的局限性细颗粒泥沙的计算结果与实际差异较大；悬浮功是紊动动能，而紊动动能是阻力损失的一部分，所以平衡方程中重复计算了两次(实测表明，浑水能耗并不比清水大)；阻力损失；理论上存在缺陷而实际也难以应用。§5-2含沙量垂线分布律二、重力理论第61页，课件共108页，创作于2023年2月3.3.0.1§5-3悬移质输沙率基本概念xe第五章悬移质运动㈠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。§5-3悬移质输沙率第62页，课件共108页，创作于2023年2月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3.3.0.1第五章悬移质运动㈡悬移质实际输沙率GS§5-3悬移质输沙率基本概念第63页，课件共108页，创作于2023年2月求解方法方法一：积分法根据前面介绍的理论方法，可以求出悬移质含沙量Sv及流速U沿垂线的分布，据此可计算得出单位时间内，河道过水面中高程y处单位时间、单位断面面积上通过的悬移质沙量为USv，将其沿垂线积分即可得出全水深上的悬移质单宽输沙率。方法二：乘积法更为简便的方法是求解得出断面平均含沙量和平均流速，则两者之积乘以过水断面面积就是全断面的悬移质输沙率。第五章悬移质运动§5-3悬移质输沙率基本概念第64页，课件共108页，创作于2023年2月3.3.0.30第五章悬移质运动㈢悬移质单宽输沙率gS单位宽度内的悬移质输沙率。㈣悬沙水流挟沙力S*(饱和含沙量、临界含沙量)河流处于不冲不淤临界状态下，单位水体所能挟带的悬移质中床沙质数量(重量)的平均值。㈤垂线平均含沙量Sm注意S*与Sm的区别：S*为沿垂线以单宽流量为权的加权平均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第65页，课件共108页，创作于2023年2月3.3.1.1xe第五章悬移质运动㈠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。§5-3悬移质输沙率一、Einstein公式一、Einstein公式第66页，课件共108页，创作于2023年2月3.3.1.2ye第五章悬移质运动㈡公式推导§5-3悬移质输沙率一、Einstein公式第67页，课件共108页，创作于2023年2月3.3.1.2xe第五章悬移质运动㈡公式推导§5-3悬移质输沙率一、Einstein公式第68页，课件共108页，创作于2023年2月3.3.1.3xe第五章悬移质运动㈢I1、I2的计算I1、I2仅是A、z，可通过数值积分计算，也可通过已绘制的图形查取。§5-3悬移质输沙率一、Einstein公式第69页，课件共108页，创作于2023年2月3.3.1.4ye第五章悬移质运动㈣临底含沙量的计算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Sa

。§5-3悬移质输沙率一、Einstein公式第70页，课件共108页，创作于2023年2月3.3.1.4ye第五章悬移质运动㈣临底含沙量的计算§5-3悬移质输沙率一、Einstein公式第71页，课件共108页，创作于2023年2月xe第五章悬移质运动㈠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。㈡挟沙力公式其中K、m均是Y的函数,由图给出。通常称Y为挟沙力综合因子二、张瑞瑾公式（武水公式）§5-3悬移质输沙率二、张瑞瑾公式第72页，课件共108页，创作于2023年2月3.3.2.3ye第五章悬移质运动㈢公式的理论推导制紊作用：悬移质的存在将使水流的紊动减弱、水流阻力减小。张瑞瑾发现：挟沙水流S越大，糙率n越小，能耗就越小。存在制紊作用的原因：①水流与泥沙比重不同，运动不同步，发生相对运动而互相牵制②水流挟沙增加粘性，对紊动不利。③近底是产生紊动漩涡的地方，但含沙量大，对涡体的形成与运动具有制约作用。制紊功：由悬移质的制紊作用产生的功＝清水能耗E－浑水能耗ES。§5-3悬移质输沙率二、张瑞瑾公式第73页，课件共108页，创作于2023年2月3.3.2.3ye第五章悬移质运动㈢公式的理论推导§5-3悬移质输沙率二、张瑞瑾公式第74页，课件共108页，创作于2023年2月3.3.2.3ye第五章悬移质运动㈢公式的理论推导§5-3悬移质输沙率二、张瑞瑾公式第75页，课件共108页，创作于2023年2月3.3.2.3ye第五章悬移质运动㈢公式的理论推导§5-3悬移质输沙率二、张瑞瑾公式第76页，课件共108页，创作于2023年2月3.3.2.3xe第五章悬移质运动㈢公式的理论推导§5-3悬移质输沙率二、张瑞瑾公式第77页，课件共108页，创作于2023年2月3.3.2.4xe第五章悬移质运动㈣综合因子的物理意义§5-3悬移质输沙率二、张瑞瑾公式第78页，课件共108页，创作于2023年2月3.3.2.5二第五章悬移质运动㈤公式的应用公式结构简单，有一定的理论和实测资料支持，国内应用较广泛。实际应用中注意k、m的具体拟合。§5-3悬移质输沙率二、张瑞瑾公式第79页，课件共108页，创作于2023年2月§5-3悬移质输沙率三、Bagnold公式ye第五章悬移质运动㈠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。㈡公式的推导三拜格弄公式（1966)第80页，课件共108页，创作于2023年2月3.3.3.2xe第五章悬移质运动㈡公式的推导§5-3悬移质输沙率三、Bagnold公式第81页，课件共108页，创作于2023年2月3.3.3.3三第五章悬移质运动㈢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。长江、黄河的实测资料显示：该公式计算值显著偏小；应用时应根据具体情况确定系数；目前应用不多，但是一种途径。㈣应用情况§5-3悬移质输沙率三、Bagnold公式第82页，课件共108页，创作于2023年2月代表性公式爱因斯坦公式(Einstein)第五章悬移质运动§5-3悬移质输沙率五、公式的选用第83页，课件共108页，创作于2023年2月张瑞瑾公式第五章悬移质运动拜格诺（Bagnold,R.A.）公式

§5-3悬移质输沙率五、公式的选用第84页，课件共108页，创作于2023年2月§5-4水流挟沙力定义——是指在一定水流、泥沙及边界条件下，水流所能挟带的包括推移质和悬移质在内的全部沙量。§5-4水流挟沙力基本概念第五章悬移质运动第85页，课件共108页，创作于2023年2月3.5.0xe第五章悬移质运动㈠总输沙率在一定水流与河床组成条件下，河床处于不冲不淤的平衡状态时，单位时间内通过河段下泄的推移质和悬移质泥沙总量(水流输沙能力、水流挟沙力)。㈡床沙质总输沙率推移质输沙率与悬移质中床沙质输沙率之和。㈢全沙总输沙率(总输沙率)推移质输沙率与悬移质输沙率(包含冲泄质)之和。例：江西章水：gb:gs=1:2长江重庆段：gb:gs=1:1660§5-4水流挟沙力基本概念第86页，课件共108页，创作于2023年2月3.5.1.1§5-4水流挟沙力一、床沙质总输沙率xe第五章悬移质运动㈠Einstein公式思路：推移质输沙率＋悬移质输沙率第87页，课件共108页，创作于2023年2月3.5.1.2xe第五章悬移质运动㈡拜格诺(Bagnold)公式思路：推移质输沙率＋悬移质输沙率§5-4水流挟沙力一、床沙质总输沙率第88页，课件共108页，创作于2023年2月3.5.1.3ye第五章悬移质运动㈢恩格隆—汉森(Engelund-Hansen)公式即：无量纲输沙率与无量纲床面剪切力的2.5次方成正比§5-4水流挟沙力一、床沙质总输沙率第89页，课件共108页，创作于2023年2月3.5.1.3xe第五章悬移质运动㈢恩格隆—汉森(Engelund-Hansen)公式沉降粒经D50：公式中的D50不是床沙的直接中值粒经，而是对应的沉降粒经，其相关关系见表3-1。公式检验：实验资料相关性较好(图3-16)，也适用于沙浪阶段，且结构简单、使用方便，是目前公认为较好的公式。§5-4水流挟沙力一、床沙质总输沙率第90页，课件共108页，创作于2023年2月Tab3-1第91页，课件共108页，创作于2023年2月Fig3-16第92页，课件共108页，创作于2023年2月3.5.1.4xe第五章悬移质运动㈣Colby（科尔比）方法Colby方法是计算床沙输沙能力的图解法。以Einstein泥沙运动理论为指导，以水槽试验和水文站实测资料为基础建立的床沙输沙率与流速、水深、床沙D50之间的关系图(图3-17)§5-4水流挟沙力一、床沙质总输沙率第93页，课件共108页，创作于2023年2月Fig3-17第94页，课件共108页，创作于2023年2月3.3.4.1§5-3悬移质输沙率四、经验公式第五章悬移质运动㈠基本思路利用具体河道的实测输沙率资料，依据π定理等手段建立输沙率与水流、泥沙参数(U、R、w、D...)的相关结构，经数值分析获得具体系数和指数等。一般仅适合具体河道或具体河段。四经验公式第95页，课件共108页，创作于2023年2月挟沙力关系的基本表达式影响水流挟沙力的四个主要因素包括：水流条件，包括：流速U，水深h，比降J和重力作用g；水流的物理性质，包括：容重γ、粘性ν。泥沙的物理性质，包括：容重

，沉速

、粒径D边界条件。包括：河床物质的组成和河宽B.通过量纲分析法，可以得到断面平均含沙量

表示的水流挟沙力公式一般形式：第五章悬移质运动§5-4水流挟沙力一、床沙质总输沙率第96页，课件共108页，创作于2023年2月张瑞瑾公式3.5总输沙率一、床沙质总输沙率第五章悬移质运动ye㈡代表性公式范家骅公式：引用引黄济卫渠系和陕西洛惠渠资料第97页，课件共108页，创作于2023年2月3.3.4.2xe第五章悬移质运动托马林公式：利用中亚前苏联大量灌溉渠道资料黄河干支流公式：麦乔威根据黄河干流及部分支流资料§5-3悬移质输沙率四、经验公式第98页，课件共108页，创作于2023年2月3.3.4.3四第五章悬移质运动㈢经验公式应注意的问题