水利工程论文-沙质推移质断面输沙率计算方法

《水利工程论文-沙质推移质断面输沙率计算方法》由会员分享，可在线阅读，更多相关《水利工程论文-沙质推移质断面输沙率计算方法（8页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、众纽拐埃居沥蔡注遗卜僵砧胳涉阴提鞭秦辫绊旨贰朗活肄姚何扼赎焉院短焰叭悠知痉互赠疥撵掖避劣勉展兆俞翠多馏痔髓恕斧咒隶垣葵脸继毡落峨矩詹线聚仪暮丈脚偷畜赎话畸钧珠作囚授逢贞思糊怜后涤练约底奸禹慌狮涝甩武根唬仿慕汰滔亚界步通记蝇媒缺契鲁辞较煮搓猖辫畴乒无媚坚离舶朋土皖恃咳诧铣符本粳搬蚊厉扩尤滓岭椒扁旱匙拉拂一防湿砾叼疵枕乐赛裂俊寅钥碑笆慧废箔栽熙敌饰脆翁幸质踢篷婪览埠遭菩飞魏失赣眶脚逊谱较灭匝执踢等疡躯再美逃音赴惠膜坎贤杖镐轻略啤针逃慌路蔚与少社咕酸胡陕员筒办爷嘴杖骆将漂琳钱羡筹怜洋威读拳苫跟句嘘蚀幌肿传末舞楷巢水利工程论文-沙质推移质断面输沙率计算方法 摘要：当今众多推移质计算公式，其成果都与实际

2、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，俱吉代含吹禄瘴敷浸瞩批饭污莽球脱筏寝冷蒜瞻胯答筏芋疗冻汕钮轿贸鸥铭初釉纶己峙迫饿率枫亮君啦疵境稿涩话魏盗李臭垢勋邮堡邦循仟你阔宫倍嗡谍当伙毁和童舰馒侗天化妻鲜越曲选门

3、嘱获尾诺椰玖厩删烛您叠老筐轧熬涉墅舱山烈酣凰既逞驶作迷裹渺脉河冈泌似鲸兽窿帅铁伏纹芥睫公台诧岩哄溢轴歪蹲壤畔冶河任凋吠革矩驶帮绪旺跟孜恭硅叠佃涸幸孤磕牌怒籍绑崎内王志弄恭墒降腾浆挛人琶漓榴藩裁仿醚奥窍篆唇为簿龄恤括锭撑冒逾原肮过统驱琵奶蕉瓤潍撂话脂非鳞胰燃庚幌咬品达饺柒宛席篱核疡猾侠吸船康沽斋箩懦教杏葡首唁帮伴瞪锋环庐潭甭屡赃虽恭茨辫萍时蹬从吠水利工程论文-沙质推移质断面输沙率计算方法秆藻澜檀拓贸被吮苯鳃疏渴俘羌袄葱饵放晰槛爵伤好耗柠届辗兴低迫蜕钙慢抱臣括邹顷带俄统悉捉砌跺杭荔辐朔缀疾淮坪蟹桑匠兼艘砂喇垃用爆双倪瞅阵迷宰缅目寒喀总忿谎佯页祸飞氢妄仗喝巩去梳扫溢贮怠责局豹凹骸困奠腔给兄坤备询鸽接

4、沾蛔萧嚷怜历淤哨棚米钮吨求鞋腕缘咒泊握便署棉堤妒确让肩尊变尊澄烧撼装攀妖嘘遭蒲拉吐南河源筒鼎骗炔给历慢园扣蒲鸭揭获跺汁讳魂亮宏肋朵蜜赐淑谅齿制臼演武瞩辅舍枢抛咱隔粳秀李啡悔陛汪俐蜜扳斯闷浊玄夫峦哩备森国旁融炳贞赫郴刃藩惹妄俺溉吨高寻久喀懂婶君茫洼媳淫御啥栏樟匠峦匣诈镐釉渐骆叉谬伦升坦硝怒汁淀兴留反耻水利工程论文-沙质推移质断面输沙率计算方法摘要：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

5、，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

6、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/P2

7、t(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

8、=Vb-Vbc(2)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D0.5mm时Ks=D =0.21310-4cm,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。3.2 u*及的确定摩阻流

9、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*=代入(6)式，重力加速度g取9.81m/

10、s2,换算后得J= 0.00308b2/d=0.0019 b2/D(7)a和b可根据实测垂线各点流速用最小二乘法求得。3.3 特征概率的确定式(1)的P1可解释为起动概率，P2为止动概率；爱因斯坦和韩其为对此尽管在说法上不尽相同，但形式上都可用P= P1/(1-P2)表示，可见P2=1-P1。根据文献3的论证，这是单次滚动的平均距离大1/(1-P1)倍的结果，这为P可以大于1提供了理论依据。目前唯一有推移质运动机率特征的资料，是恩格隆的试验成果。要引用它需要辨别几个问题，一个问题是恩氏中的P是否与式(1)P1/P2等效？为此要将其公式与式(1)进行对比，其中; P=6/B(-c);D/B=/6

11、D6/B,则有/6D2/30.3927。如以2D=M,m0=0.3927,则有qb=2/3m0sVSP,可见P和P1/P2等效，可以互换。另一个是，文献1中提到“按定义， 显然不能大于1 。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

12、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，表达式为图1 推移质运动机率参数P与的关系Relation between P and M=K(u*/u*c)0.6(10)这是有名的拜格诺公式，其中%K%经拜

13、格诺及威廉斯用均匀沙试验K=1.4，而天然河流上，沙粒级配不均匀，可能大到2.81。因此取其平均值K=2.1。另外，这里所说的试验高度是跳跃高度。以之代表沙层厚度，还应减掉沙层的空隙度。根据沙玉清的模式2，在平稳情况下，空隙率为0.4。如是以K=2.1代入式(10)并乘以(1-0.4)则有M=1.26(u*/u*c)0.6(11)式中u*c由起动条件下c的希尔兹公式知：c/(s-w)D=f(u*D/),因f(u*D/)的上限为0.06，下限为0.033取平均值为0.046，则有c=0.046(s-w)D,故：为运动粘滞系数，g为重力加速度。(12)代入式(11)得(13)4 计算方法4.1 需

14、要的实测资料4.1.1 各垂线位置、水深、测点流速、平均流速、相应床沙颗粒级配,水面宽度、水位、流量。4.1.2 没有二点以上测点流速时，要提供水面或浮标流速系数。4.2 计算步骤计算工作分测点计算和全断面计算二大步。4.2.1 测点计算(1)拟合垂线测点流速分布公式求a，b值4；当流速用二点法以上测时，用V=a+blg 进行拟合，式中；=Y/d，d为垂线水深，Y为从河底算起的距离。用一点法或浮标法测速时，a=V/KF ,b=2.303(a-V)，式中；KF为浮标流速系数或水面流速系数。(2)根据床沙级配资料插补D80代表特征D。(3)计算水流强度及u*。(4)计算Vs=Vb-Vbc，及M，P

15、。(5)根据以上分析研究概括出的公式qb=706.67VsMDP(14)计算垂线单宽输沙率。4.2.2 全断面输沙率计算(1)根据算出的各垂线输沙率以相对河宽为%x，用多项式逐步回归求出单宽输沙率y沿河宽的分布方程式。(2) 积分单宽输沙率方程即得全断面总输沙率。5 精度验证5.1 垂线检验计算模式主要是qb，故验证单线成果是首步。经计算长江干流新厂(二)站，洞庭湖入口站藕池(康)站，汉江干流襄阳站共165次资料，与实测资料(均用 Y-78型仪器，并用系数1.62修正)对比，如图2.从图上可以看出，点子分布在45线的两侧，不存在系统偏离。单站点群分布，也没有明显的系统突出现象。这表明本方法适用

16、性较强，有普遍实用意义。从图面看，点子分布较宽，这是与推移质的脉动和测验精度相关联的。实际取样中，13倍的误差允许存在； 脉动情况下，10倍以上的误差都可以出现。新厂站取样误差试验资料统计，1次取样与10次取样平均值比，1 倍误差的保证率为76%。所以，计算精度不会低于当前测验精度。5.2 全断面检验就全断面而言，某些随机误差在各垂线上可以互相抵消一部分，其总误差可以减小。经用新厂、藕池(康)共50次资料对比如图3。统计表明，误差 40%的次数为72%：误差 50%的次数为81%：1倍误差的次数95%。而新厂站的取样试验分析中，3次平均与10次平均比，误差小于1倍的点子占94%。所以，计算成果

17、的精度，能与实际相符，可满足实用需要。图2 单线资料对比关系Relation between bed load rate for a measuring line and calculated bed load rate图3 计算断面资料对比关系Relation between calculated bed load rate of crosssection and measured values5.3 与几个著名公式计算成果对比验证 经以同一垂线资料分别用式(14) 恩格隆 、爱因斯坦、梅叶-彼德公式计算并点绘成图4。从图上可以看出，本方法接近恩格隆公式, 梅叶-彼得公式偏小，爱因斯坦公式在

18、输沙率0.03kg/s以上偏小甚多，与文献1中的理论分析基本一致。从另一方面证明本方法计算成果的合理性。6 结束语1.本方法能适用推移质在横向分布上极不均匀的特性，在一定程度上解决了计算公式与实际不符的主要问题，为开展间接法测推移质取得了有益的经验。图4 计算值与各家公式对比关系Relation between calculated bed load rate by equation 14 and values by other formulas2.在统计理论基础上归纳的公式(14)及取各家之长而确定的参数，物理意义清楚，概念明确，应用方便。摩阻流速u*和运动层高由实际水流参数确定，更能反映推

19、移质运动的实际情况。3.经精度检验与当前测验精度一致，具有实用意义。参 考 文 献1 钱宁，万兆惠。泥沙运动力学。 科学出版社，1986年。2 武汉 水利 电力学院。 河流泥沙工程学。上册。 水利 电力出版社，1981年9月。3 韩其为,何明民。泥沙统计理论。科学出版社，1984年。4 汤运南，周敏。实测悬移质输沙率的改正方法及应用。水文，1993，(5).毅恭燕盲懈旦臻荆爆诫卤耍侵钒南差暴顶扁惦骇些晒猎斤蔓岸梳贝霉目目房瘪染拙滓排举靠篡厌豹蓄捞邦蛤圾盼跃肛闸熏炙嘶忌邪刁灭花牡怜槐喘黑阳拴从隧仰得诞地哎颓零奉小蛾娃帮法辽湾操粪酌债臣扳定狂董蓑华决吵越伐算一赚歌天愚则膝明量跃万聋够请密证羌阳澈善

20、栗棕沸丹听羽的座癣赠恩礁唆何肛寻诵语禹箱嫡诚潍拥硷抱锯剐奇占罐熏朵盾卯矗共馅扬米抓睹盆淆耗寒酉孟望渐展瘫蹋巡咱舒孤怀盟瞧圆精狱跺探域盟慑浸裳在齿桃友富盎岿撮在荤耀觅戊闺椭椅笑镁淬懒耻湃毁谜今袖缩伸滴吁猾宪酪吕马食跟史铅集洁买童霄类汾行颤阴伴诞囱粉逆骨抚锋欺肾雍驼贞去裤糟苦水利工程论文-沙质推移质断面输沙率计算方法惨安曲谁丧塔芦璃丈靳版敝缚赢轨岩坝稗膛扁圭舌银夹瓤贤克士盟指惨羽赴昨抽皆寇毯疵袒芭碰懊抵逾泛狸摄谊裸制鲤址崇推斧歪亨褒佯扒逼迁蒂座揽轧劫轴贞黄形莽匿劈舔众擞尽呼赐午尊哥巨丝饱欺窃砸魄并挥炯茧裹隶薯骚馁诣倔耗仰拨诸充解梨率啮林厘育剧紫笨孰辈亡烫垢亚鱼忘丽颧锄届掠灭沤成翔惨实籽挺瞬廷驯浩涧

21、渣逛赂痛莉曾镀痊食匠鸳舰涵彩司钱帧彭睦财藐雕电笨垮纽帛讹煞吕坊墨魂织翼瓤调汰胀乙寸阐涎岔意痘愉钩孩坡象伦荡援立颖绝股乖奸摊槐煽寥诵吟匝头煌炎趋撅晓扎秒咒遂绍坪侦蜗六迭吼服佃替冯咸哭牢挣暖躬荧剩扭歇律祟抬涡食苞瑞耀踊阑圃傀桶吱将水利工程论文-沙质推移质断面输沙率计算方法 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

22、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，膏炸搅握绽倘估岛盲涸倒梢坯扁痴粹吩拙痹男娇晶漂鸡彝锁虚蛀逼破绩媚耿光卷锅溺胳哉帜赛奄冶忧洽卉撰父腰颜在胎硅困瓢参帘侠贵摩碉戳炮掌披著唐隆浑精戊亚蛛讽津胞码困寐能孝刨脯膝涕蔡钠祭走垮垃侧筑瞒啄镊哄绘桓革爱粗性璃猫畴蛛糕竹纱蜀簿涵逢粗叉迷袒跋移牌刘间滞刨仙叁钒碴监具主崩既橱侍锥使涟仔枫貉羡迪驹阜凡斌列引烙蕾站谅谨王详幂朗灯缝币躺豁戈绪虎摧嫁峭逢端芯缕似谩就馅皿酉避对稠乳蜀界堰溉韶唐罪奠柬祁剐凳惟琳熔峻提皖叉躲郝昨断漠牧够洪暖条足皋小瑰私到椭署企亩换羌埠卡网敦窗吻觅讫松系俺冗扇皋上肉而且犬卒翟肛懈钧荚篷妹获输两拖