影响悬移质粒径沿垂向分布因素的研究
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ｋ／ ｇ ｍ３ 而
，
复杂性。早 在 １ 世纪就有 关于 明渠水流 中泥沙 沉降 和输移 的 ９ 两相流动研究…。泥沙 颗粒之所 以悬浮 ， 其原 动力是 由于水 流
的紊动。泥沙颗 粒粒 径分布除了受水流条件 和泥 沙条 件的影响
外， 还要受到边界条件 的作用 。不少学者 主要是通过 模型 对泥 沙颗粒运动进行研究和模拟 ， 本文主要利用试验方法 ， 细致 观测 并分析了不同含沙量和水流条件下 ， 颗粒粒径 的垂 向分选 。
收稿 日期 Ｉ０７ １ ２ ２Ｏ —０ —２ 基金项 目 ：７ ９３资助 项 目（０３ Ｂ １２５ ； ２０ Ｃ ４５０ ） 国家 自然科学基金资助项 目（０７０６ ； ５４９３ ）湖北省创新群体基金 资助项 目（０３ Ｂ １５ ； ２０Ａ Ａ ９ ） 博士点基金 资助项 目（０２ ４６ １） ２００ ８０ ７ 作者简 介 ｉ 召兵 ， 重庆 交通 大学西南水运工程科学研究所 ， 王 男， 助理研 究员。
可 以认 为水力条 件的差异影 响 了泥 沙颗粒 沿垂 向分 布 的异同。
图 １ Ｍｉｏ Ｄ 自动 测 量 系统 及 水槽 示 意 ｃＡ Ｖ ｒ
行， 比降均为 １ ， ‰ 即对 于某粒 径泥 沙 ， 过改 变泥 沙浓 度 和水 通
流条件 ， 以及水槽尾 门来控制流速 ， 保证 床面上有 一定程度 的淤 积， 测量垂 线不 同点 的流速 、 紊动强度 、 泥沙浓 度以及泥沙颗 粒 粒径。试验组次及参数见表 １ 所示 。
Ｉ 一４测 次浓度 为 ２ ２ ｒ ， ．３ｋ ｎ 可见相 同水 力条件 和泥 ３
沙颗粒 ， 浓度大所在位 置对应 的泥沙颗 粒 中值 粒径 就大。从图 ２ 可以看 出 ， 也 浓度越 大 ， 其梯度 越大 ， 就会 更容 易产 生涡漩 向
２ 试验及试验参数
试验在宽 、 高各 为 ０ ５ｍ， ． 长为 ３ ３ｍ的可变底坡的玻璃水槽 中进行 ， 图 １ 见 。实验 中控制 床面有一定程 度的淤积 ， 使悬 移质 泥沙与床沙能够发生交换 ， 产生泥沙颗粒大小 的 自动分选 。
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第 ６期
王召兵等 ： 影响悬移质粒径沿垂 向分布 因素 的研 究
１７ １
撞机率增加 ， 水流紊动也相应有所变化 ， 那么泥沙颗粒粒径必然
也有所变化 。
大小 ） 它们 的水流雷诺数 分 别为 １７ ８ ０ ， ．３ ×１４和 ２ ５６×１４ ．３ ０。
泥沙浓度的大小是反 映整个 流体浓 稀程 度的 一 个 要 指 标， 也从某个方 面影 响了整个 流体 的粘 度。如水流 的粘性增加 ， 水流的惯性增大 ， 同时在床面附近 的泥沙也会增加 ， 成为涡漩 制
造源 ， 进而对边壁 的掩蔽作用也有所加强 ， 颗粒与水体之间的相 对运 动也会 对水流产生干扰 ， 尤其 是在床 面附近 的泥沙颗粒 碰
随 泥 沙 浓度 增 大 而增 大 ， 水 流 条 件 增 强 而 增 大 ， 随 随泥 沙颗 粒 粒 径 增 大 而增 大 关 键 词 ： 沙 颗 粒 ； 度 ；粒 径 ；水 流 紊 动 ；Ｍｃ Ａ Ｖ 泥 浓 ｉ Ｄ ｍ
中图分类号 ： ｖ４ ． Ｔ ｌ２ ３
文献标 识码 ｉ Ａ
１
．
影 响悬 移 质 粒径 沿垂 向分 布 因素 的研究
王 召 兵 周 家 俞 段 金 曦２ 吴 门 伍。
（． １ 重庆交通大 学 西南水运工程科学研 究所 ，重庆 ４ ０ １； ２ 国防科 技大 学 指挥军 官基础教 育学 院，湖南 ０ ０６ ．
长 沙 ４０７ ； ３ 珠 江 水 利 委 员 会 科 学 研 究 所 ，广 东 广 州 ５０ １） １０３ ． １ １ ６
概 述
挟沙水流 中泥沙颗粒大小沿垂线分布往往呈现出多样性和
３ 资料分析
３ １ 泥 沙浓 度对 颗粒粒 径 分布 的影 响 ．
对于颗粒较粗的泥 沙 ， 浓度 不同是影 响泥沙颗 粒分布 的一 个因素 ， 图 ２ ａ 。图 ２ ａ 是 两组 水力 条件相 刚 ， 见 （） （） 泥沙颗粒 中 值粒 径 ｄ 钔均 为 ００ ４ｌ ｌ仅泥 沙浓度有 明显差异 的浓 度及 中 ．６ ｎ， ｎ 值粒径 ｄ 钔沿 垂 向的 分 布观 测 结 果 。Ｉ 一３测 次 浓 度 为 ０ ７ ．７
外扩散 ， 增强水层与水层之 间交换 ， 泥沙颗粒之间也就随之掺混
转化 ， 导致 泥仪 （ ｉ Ｄ ， ｉ Ａ Ｖ采样 Ｍ ｃ Ｖ） Ｍｃ Ｄ ｍＡ ｍ 体积位于探头下方约 ５ｃ 采样 圆柱体体积 （ ｍ， 大小 ０ ０ ｒ ）这 ．８ｃ ３ ， ｎ
摘要 ： 通常泥沙颗粒粒径沿垂线分布呈“ 上细下粗” 即越是靠近水面 ， 型， 泥沙颗 粒就越细。采 用水槽 试验研 究
了在 不同水 力条件 、 不同泥沙条件 下 ， 沙颗粒粒径 ｄ 的垂线分 布规律 泥 试验 表 明： 沙颗 粒粒径 沿垂 线分 泥
布 不仅 与泥 沙浓度 密切相 关， 而且与水流条件以及泥沙颗粒 大小有关 ， 垂 向上相 同位置 ， 在 泥沙颗粒 中值粒 径
样基本 可以消除探头 对水 流的干扰 （ ２ 。整个仪器 系统及 信 图 ） 息处理见参考文献［ ］ ２。 流量采用电磁流量计 测控 ， 水深采用测针观测 ， 度采用取 浓 样烘干称重方法测量 ， 选用 粒径计法 和移液 管法对 颗粒级 配进 行分析。 试验分 不同浓度 、 同水 流条件 以及不 同泥沙颗 粒大小进 不
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第 ３ 卷 第 ６期 ８
２ 年 ６ 月 ００７
人 民 长 江
Ｙａ ｇ ｅ Ｒ ｖ ｒ ｎ ｔ ｉ ｅ ｚ
Ｖ０． ８ Ｎｏ ６ １３ ． ．
Ｊｎ ， ２０ ｕ ｅ ０ ７
文章编号 ｉ０ １ １９ ２０ ）６— １６— ２ １０ —４７ ｛０７０ ０ １ ０
，
复杂性。早 在 １ 世纪就有 关于 明渠水流 中泥沙 沉降 和输移 的 ９ 两相流动研究…。泥沙 颗粒之所 以悬浮 ， 其原 动力是 由于水 流
的紊动。泥沙颗 粒粒 径分布除了受水流条件 和泥 沙条 件的影响
外， 还要受到边界条件 的作用 。不少学者 主要是通过 模型 对泥 沙颗粒运动进行研究和模拟 ， 本文主要利用试验方法 ， 细致 观测 并分析了不同含沙量和水流条件下 ， 颗粒粒径 的垂 向分选 。
收稿 日期 Ｉ０７ １ ２ ２Ｏ —０ —２ 基金项 目 ：７ ９３资助 项 目（０３ Ｂ １２５ ； ２０ Ｃ ４５０ ） 国家 自然科学基金资助项 目（０７０６ ； ５４９３ ）湖北省创新群体基金 资助项 目（０３ Ｂ １５ ； ２０Ａ Ａ ９ ） 博士点基金 资助项 目（０２ ４６ １） ２００ ８０ ７ 作者简 介 ｉ 召兵 ， 重庆 交通 大学西南水运工程科学研究所 ， 王 男， 助理研 究员。
可 以认 为水力条 件的差异影 响 了泥 沙颗粒 沿垂 向分 布 的异同。
图 １ Ｍｉｏ Ｄ 自动 测 量 系统 及 水槽 示 意 ｃＡ Ｖ ｒ
行， 比降均为 １ ， ‰ 即对 于某粒 径泥 沙 ， 过改 变泥 沙浓 度 和水 通
流条件 ， 以及水槽尾 门来控制流速 ， 保证 床面上有 一定程度 的淤 积， 测量垂 线不 同点 的流速 、 紊动强度 、 泥沙浓 度以及泥沙颗 粒 粒径。试验组次及参数见表 １ 所示 。
Ｉ 一４测 次浓度 为 ２ ２ ｒ ， ．３ｋ ｎ 可见相 同水 力条件 和泥 ３
沙颗粒 ， 浓度大所在位 置对应 的泥沙颗 粒 中值 粒径 就大。从图 ２ 可以看 出 ， 也 浓度越 大 ， 其梯度 越大 ， 就会 更容 易产 生涡漩 向
２ 试验及试验参数
试验在宽 、 高各 为 ０ ５ｍ， ． 长为 ３ ３ｍ的可变底坡的玻璃水槽 中进行 ， 图 １ 见 。实验 中控制 床面有一定程 度的淤积 ， 使悬 移质 泥沙与床沙能够发生交换 ， 产生泥沙颗粒大小 的 自动分选 。
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第 ６期
王召兵等 ： 影响悬移质粒径沿垂 向分布 因素 的研 究
１７ １
撞机率增加 ， 水流紊动也相应有所变化 ， 那么泥沙颗粒粒径必然
也有所变化 。
大小 ） 它们 的水流雷诺数 分 别为 １７ ８ ０ ， ．３ ×１４和 ２ ５６×１４ ．３ ０。
泥沙浓度的大小是反 映整个 流体浓 稀程 度的 一 个 要 指 标， 也从某个方 面影 响了整个 流体 的粘 度。如水流 的粘性增加 ， 水流的惯性增大 ， 同时在床面附近 的泥沙也会增加 ， 成为涡漩 制
造源 ， 进而对边壁 的掩蔽作用也有所加强 ， 颗粒与水体之间的相 对运 动也会 对水流产生干扰 ， 尤其 是在床 面附近 的泥沙颗粒 碰
随 泥 沙 浓度 增 大 而增 大 ， 水 流 条 件 增 强 而 增 大 ， 随 随泥 沙颗 粒 粒 径 增 大 而增 大 关 键 词 ： 沙 颗 粒 ； 度 ；粒 径 ；水 流 紊 动 ；Ｍｃ Ａ Ｖ 泥 浓 ｉ Ｄ ｍ
中图分类号 ： ｖ４ ． Ｔ ｌ２ ３
文献标 识码 ｉ Ａ
１
．
影 响悬 移 质 粒径 沿垂 向分 布 因素 的研究
王 召 兵 周 家 俞 段 金 曦２ 吴 门 伍。
（． １ 重庆交通大 学 西南水运工程科学研 究所 ，重庆 ４ ０ １； ２ 国防科 技大 学 指挥军 官基础教 育学 院，湖南 ０ ０６ ．
长 沙 ４０７ ； ３ 珠 江 水 利 委 员 会 科 学 研 究 所 ，广 东 广 州 ５０ １） １０３ ． １ １ ６
概 述
挟沙水流 中泥沙颗粒大小沿垂线分布往往呈现出多样性和
３ 资料分析
３ １ 泥 沙浓 度对 颗粒粒 径 分布 的影 响 ．
对于颗粒较粗的泥 沙 ， 浓度 不同是影 响泥沙颗 粒分布 的一 个因素 ， 图 ２ ａ 。图 ２ ａ 是 两组 水力 条件相 刚 ， 见 （） （） 泥沙颗粒 中 值粒 径 ｄ 钔均 为 ００ ４ｌ ｌ仅泥 沙浓度有 明显差异 的浓 度及 中 ．６ ｎ， ｎ 值粒径 ｄ 钔沿 垂 向的 分 布观 测 结 果 。Ｉ 一３测 次 浓 度 为 ０ ７ ．７
外扩散 ， 增强水层与水层之 间交换 ， 泥沙颗粒之间也就随之掺混
转化 ， 导致 泥仪 （ ｉ Ｄ ， ｉ Ａ Ｖ采样 Ｍ ｃ Ｖ） Ｍｃ Ｄ ｍＡ ｍ 体积位于探头下方约 ５ｃ 采样 圆柱体体积 （ ｍ， 大小 ０ ０ ｒ ）这 ．８ｃ ３ ， ｎ
摘要 ： 通常泥沙颗粒粒径沿垂线分布呈“ 上细下粗” 即越是靠近水面 ， 型， 泥沙颗 粒就越细。采 用水槽 试验研 究
了在 不同水 力条件 、 不同泥沙条件 下 ， 沙颗粒粒径 ｄ 的垂线分 布规律 泥 试验 表 明： 沙颗 粒粒径 沿垂 线分 泥
布 不仅 与泥 沙浓度 密切相 关， 而且与水流条件以及泥沙颗粒 大小有关 ， 垂 向上相 同位置 ， 在 泥沙颗粒 中值粒 径
样基本 可以消除探头 对水 流的干扰 （ ２ 。整个仪器 系统及 信 图 ） 息处理见参考文献［ ］ ２。 流量采用电磁流量计 测控 ， 水深采用测针观测 ， 度采用取 浓 样烘干称重方法测量 ， 选用 粒径计法 和移液 管法对 颗粒级 配进 行分析。 试验分 不同浓度 、 同水 流条件 以及不 同泥沙颗 粒大小进 不
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第 ３ 卷 第 ６期 ８
２ 年 ６ 月 ００７
人 民 长 江
Ｙａ ｇ ｅ Ｒ ｖ ｒ ｎ ｔ ｉ ｅ ｚ
Ｖ０． ８ Ｎｏ ６ １３ ． ．
Ｊｎ ， ２０ ｕ ｅ ０ ７
文章编号 ｉ０ １ １９ ２０ ）６— １６— ２ １０ —４７ ｛０７０ ０ １ ０