推移質中的幾個理論研究
2009/5/1 11:19:18 新聞來源:水文泥沙專委會
作者:韓其為
(水文泥沙專委會第七屆學術討論會 2007年10月)
一. 泥沙起動
1. 起動標準
時均起動流速的約定意義引來了起動標準。已提出的標準包括定性(個別動、弱動、中動、大量動)標準,起動概率標準,起動強度標準,相對輸沙率的標準。這些標準可以相互轉換[1]。但是輸沙率標準在理論上便於統一起動(隻是輸沙率小而已)與輸沙率規律。
二 、非均勻沙輸沙率規律
1.非均勻沙輸沙率研究內容,應包括分組輸沙率,總輸沙率,推移質級配與床沙級配等。當然起動流速也應是分組的。有了床沙級配與推移質級配關係,就能確定衝淤時分選與床沙粗化。隻有這些問題通過一個體係全部解決時,非均勻沙輸沙率的研究才算是有係統結果。可惜已有的研究往往將有些環節分割進行。例如,起動、輸沙率、床沙粗化(粗化因子)等。
2.目前的非均勻沙輸沙率研究大體有三方麵:
一種是按均勻沙輸沙率結構給以修正(當然一般隻考慮能起動的部分),也稱其為非均勻沙輸沙率。
這至多隻能解決總輸沙率計算。
第二種是對愛因斯坦公式進行修正,以確定分組輸沙率,這方麵國外很多。愛因斯坦強調泥沙運動的隨機特性(如其公式中不包含起動流速), 他的公式對機理理解較深,但是結構也有不合理之處,有一些問題在理論上難以澄清。
3.有幾個問題是否值得商榷和討論
(1)目前在非均勻推移質輸沙研究中有幾個框框:均勻沙的框框,已有公式的框框,研究思路的框框等。
(2)文獻中有不少強調粗化對起動和輸沙率的影響,這是需要的。但是粗化的影響主要是通過床沙級配變化起作用,至於排列緊密也會有一些影響,但難以考慮。是否可直接考慮衝刷時床沙級配變化,而暴露度則隨級配而變。
(3)迭加推移質分組輸沙率是否應采用有效床沙級配的問題。
4、推移質不平衡輸沙問題
推移質不平衡輸沙最早由日本人提出,給出了簡單的結果,1981年我們曾提出不平衡輸沙方程[3],據此推斷出天然河道中推移質不平衡輸沙程度非常普遍,但是由於它們在床麵滾動和跳躍,衝起和落下均很快,故恢複距離很短。
三、卵石推移質移動速度
在水庫變動回水區淤積和下遊河道衝刷過程中,都有卵石下移問題。它的下移並不單純滿足輸沙能力,而且還要求符合它的運動速度。根據同位素試驗和物理模型試驗,卵石在川江移動的速度一般僅1~10km/年(漢江5 km /年)。因此要如同懸移質計算中取速度很大,以至無窮大是不對的。需要有一個估算方法。
圖1-B 推移質侵占懸移質淤積部位時的淤積厚度
五、懸移質向推移質的轉化
進入水庫變動回水區, 懸移質中部分粗顆粒要轉換成沙質推移質, 這樣它的運動就與懸移質不同的了。不僅水庫如此,在長江出三峽進入平原河道後,在宜昌就發現了大量懸移質轉為推移質(在葛洲壩水庫修建前由川江的數十萬t增至宜昌的878萬t)。我們曾從理論上導出了估計懸移質粗顆粒、懸移質向推移質轉換的估計方法[2]。
六、卵石河床上沙質推移質估計
泥沙在卵石河床不同水力因素處於靜止、推移和懸浮的概率如表4所示[4]。
(水文泥沙專委會第七屆學術討論會 2007年10月)
一. 泥沙起動
1. 起動標準
時均起動流速的約定意義引來了起動標準。已提出的標準包括定性(個別動、弱動、中動、大量動)標準,起動概率標準,起動強度標準,相對輸沙率的標準。這些標準可以相互轉換[1]。但是輸沙率標準在理論上便於統一起動(隻是輸沙率小而已)與輸沙率規律。
二 、非均勻沙輸沙率規律
1.非均勻沙輸沙率研究內容,應包括分組輸沙率,總輸沙率,推移質級配與床沙級配等。當然起動流速也應是分組的。有了床沙級配與推移質級配關係,就能確定衝淤時分選與床沙粗化。隻有這些問題通過一個體係全部解決時,非均勻沙輸沙率的研究才算是有係統結果。可惜已有的研究往往將有些環節分割進行。例如,起動、輸沙率、床沙粗化(粗化因子)等。
2.目前的非均勻沙輸沙率研究大體有三方麵:
一種是按均勻沙輸沙率結構給以修正(當然一般隻考慮能起動的部分),也稱其為非均勻沙輸沙率。
這至多隻能解決總輸沙率計算。
第二種是對愛因斯坦公式進行修正,以確定分組輸沙率,這方麵國外很多。愛因斯坦強調泥沙運動的隨機特性(如其公式中不包含起動流速), 他的公式對機理理解較深,但是結構也有不合理之處,有一些問題在理論上難以澄清。
3.有幾個問題是否值得商榷和討論
(1)目前在非均勻推移質輸沙研究中有幾個框框:均勻沙的框框,已有公式的框框,研究思路的框框等。
(2)文獻中有不少強調粗化對起動和輸沙率的影響,這是需要的。但是粗化的影響主要是通過床沙級配變化起作用,至於排列緊密也會有一些影響,但難以考慮。是否可直接考慮衝刷時床沙級配變化,而暴露度則隨級配而變。
(3)迭加推移質分組輸沙率是否應采用有效床沙級配的問題。
4、推移質不平衡輸沙問題
推移質不平衡輸沙最早由日本人提出,給出了簡單的結果,1981年我們曾提出不平衡輸沙方程[3],據此推斷出天然河道中推移質不平衡輸沙程度非常普遍,但是由於它們在床麵滾動和跳躍,衝起和落下均很快,故恢複距離很短。
三、卵石推移質移動速度
在水庫變動回水區淤積和下遊河道衝刷過程中,都有卵石下移問題。它的下移並不單純滿足輸沙能力,而且還要求符合它的運動速度。根據同位素試驗和物理模型試驗,卵石在川江移動的速度一般僅1~10km/年(漢江5 km /年)。因此要如同懸移質計算中取速度很大,以至無窮大是不對的。需要有一個估算方法。
圖1-B 推移質侵占懸移質淤積部位時的淤積厚度
五、懸移質向推移質的轉化
進入水庫變動回水區, 懸移質中部分粗顆粒要轉換成沙質推移質, 這樣它的運動就與懸移質不同的了。不僅水庫如此,在長江出三峽進入平原河道後,在宜昌就發現了大量懸移質轉為推移質(在葛洲壩水庫修建前由川江的數十萬t增至宜昌的878萬t)。我們曾從理論上導出了估計懸移質粗顆粒、懸移質向推移質轉換的估計方法[2]。
六、卵石河床上沙質推移質估計
泥沙在卵石河床不同水力因素處於靜止、推移和懸浮的概率如表4所示[4]。
