水流挟沙力分析与探讨
第十讲悬移质运动与水流挟沙力
z
z U *
其中z为悬浮指标，代表了重力作用与紊动 扩散作用的对比关系。Z值越大，重力作用 越强，含沙量约不均匀。 Z等于5可以作为泥沙进入悬浮状态的临界 值。
不同悬浮指标下的相对含沙量
存在问题
泥沙交换系数不等于动量交换系数。 水面为0，河底为无穷大。可通过选用不同 的流速分布公式改进。 只解决了相对含沙量问题，要求真实含沙 量必须知道y=a处的临底含沙量。
物理意义：含沙量沿程变化与沉降速度，偏离饱和程度成 正比，与单宽流量成反比。系数α称恢复饱和系数，取值 越大，含沙量向挟沙能力恢复也就快。 渐变流（水深及挟沙力线性变化）下解析解：
S i S i* ( S oi S oi* ) e
a i L q
( S oi* S i* )
基于泥沙颗粒在紊流中的随机运动来解释 泥沙浓度垂线分布，称为扩散理论。 扩散理论是将泥沙颗粒的运动与分子热运 动相比拟，用梯度型扩散来表述随机运动 的宏观结果。
三维扩散方程
对于水体中的微分六面体，应 用质量守恒定律，可得悬移质 泥沙的三维扩散方程：
S u S v S w S S S S S x y z t x y z y x x y y z z
国外较为公认的公式
恩格隆-汉森公式
g t 0.05 sU
2
0 s s d 50 g 1 d 50
3/ 2
阿克斯-怀特公式等
10.5 悬移质不平衡输沙
河道水流中含沙量与挟沙力不相适应，河 道发生冲淤变化的状态，称为不平衡输沙 。如果相等，称为平衡输沙。 也可称为不饱和输沙
黄河口水流挟沙力计算方法研究
水流挟沙力是 指在一定的水流泥沙及 边界条件下 ， 单位水 体所能够挟带和输送 的泥沙数量 ， 包括推移质和悬移质在 内的 全部数量 ， 但习惯上称 为水流挟带悬移质 中床沙质 的能力 。水 流挟沙力最初的研究始于 Ｇｌｅｔ ｉ ｒ ｂ …的水槽输沙 试验 ， 其后几 十 年 间， 国内外许多学者对河道水流挟沙力展开了广泛研究并取 得了长足的进展 。 。与较 为成熟 和深 入的河道 水流 挟沙力
近岸海 区） 通过分析认为近岸海区浅水体含沙量与风 吹流、 ， 波
浪和潮流密切相关 ， 同时也与泥 沙沉速 和水深等 因素有关 ， 因
此， 在风浪和潮流作用下挟沙能力应有如下函数形式 ：
Ｓ ＝ 。 ， ，， ｙ，） ｈ ∞， ｇ （） ３
上， 用较完善的黄河 口实测资 料对相应挟 沙水流 的水力 、 泥沙
摘
要： 对黄河河 口区不同形式的水流挟 沙力公 式进行 了系统总结与分析 ， 并采 用因次分析法对 河 口区清 ｌ ０以下 １４ ０
组 同步观测资料进行分析 ， 出了含有泥沙组成 因子 ｄ ／ ７ 得 ２ｄ ５ 的挟 沙能力公式。 结果表明 ， 该公式可 以较好地 计算黄河 口 的挟 沙能力 ， 计算结果与实测资料吻合较好 。
共６ ５组数 据 。
一
浪作用下 泥沙运动 的微观机制 ， 同样没有考虑径流的作用 。 且
１２ 明渠水流 挟沙 能力公 式 的移植 ．
（ ）珠 江 口 的输 沙 关 系 。黄 振 英 ¨ 立 了与 河 道 输 沙 相 １ ４建
水流挟沙力计算公式研究综述
[5] [4 ]
U ω
0.23
1
Δ h h
0 .04
d2 5 d7 5
0.1 06
（9 ）
赵龙保[1 1]根据椒江口的实测资料，引入前期含沙量的概 念，获得了较为理想的挟沙力经验公式： S f (e ) = a ( U f (e ) ) (Se ( f ) )
m n
（10 ）
（2 ）
ρ Uh m η
U
2
U
0 . 33
B h
0 .3 2 . 85 μ r
gh
ω
舒安平[35 ]从挟沙水 流紊动能量平衡时均方程理论出发， 建立了高含沙水流挟沙能力公式：
Sv = P f (μ ) r k2 fm 8
3/ 2 N
γ U3 m γ γ gR ω s m
曹如轩[ 3 6]利用南科所以及黄河等室内外实测资料，分粒 径组考虑，分别讨论了高含沙水流，建立了以下公式：
/( gR ω )
3
]
1.5 1.5
]
（2 1 ）
S*i = k μ r
α
ω i
β
(Pi
+ P KDPbi )
U3
2．波、流共同作用下的挟沙力公式
刘家驹
[21 ]
γ γ s gRω i γ
（32 ）
认为淤泥 质海岸的主要动力因素是以特征流速 吴伟明[3 1]运用床面泥沙交换机理对平衡输沙水流挟沙力 进行了探讨， 建立了平衡输沙时的非均匀沙分组挟沙力公式： （2 2 ）
Z
第 11 卷
泉与窦国仁的研究，得出的长江口半潮平均挟沙力公式为：
S * = K1 U U + K2 gh ghω
废黄河口水流挟沙力公式探讨
０
γγ ｓ Ｕ３ γ ｓ － γ ｃ２ ｈ ω
ｓ
５
２
６
２
ｓ
２ 挟沙力计算方法比较与分析
目 前 还 没 有 一 种 普 遍 适 用 的 水 流 挟 沙 力 计 算 方 法 ， 上 述 水 流 挟 沙 力 公 式 虽 然 均 在 实 际 应 用 中 取 得 了 一 定 成 功 ， 但 是 在 废 黄 河 口 区 域 的 应 用 还 需 要 进 一 步 ２００６ 年 ２００７ 年 夏 季 和 冬 季 废 黄 河 检 验 。因 此 ， 利 用 口 附 近 水 域 实 测 水 文 泥 沙 资 料 就 上 述 各 个 公 式 在 该 区 域 应 用 的 效 果 进 行 比 较 和 分 析 。式 （ （ 用 １ ）～ 式 ５ ）利 水 文 泥 沙 资 料 拟 合 后 得 到 的 公 式 为 Ｕ Ｓ ＝ １３０ ． ３６ （ ） ６） （ ｇｈ Ｕ Ｓ ＝ ０ ． １８ （ ） ７） （ ｇｈω γγ Ｕ （ Ｓ ＝ ０ ． ０２３ ８） γ － γ ｃ ｈω Ｕ （ Ｓ ＝ １６ ． ６０ ９） ｈ Ｕ （ Ｓ ＝ ０ ． ０２７ ３ γ １０ ） ｇｈ 别 方 法 ２ ． １ 判 为 进 一 步 比 较 各 个 公 式 的 计 算 精 度 ， 对 其 进 行 量 化 比 较 ， 引 入 不 同 的 方 法 对 挟 沙 力 公 式 进 行 检 验 。首 先 构 造 样 本 ： 将 挟 沙 力 的 计 算 值 作 为 样 本 表 示 为 Ａ， … ， ， 样 本 的 第 指 标 ， 表 Ｓ ＝（ Ｓ ， Ｓ ， Ｓ ） Ｓ 为 ｉ个 示 第 挟 沙 力 的 计 算 值 ， 挟 沙 力 的 组 数 ， 也 是 样 ｉ组 ｎ为 本 指 标 的 个 数 ； 同 样 ， 将 挟 沙 力 实 测 值 作 为 样 本 表 Ｂ， Ｓ －Ｓ ∑ （ Ｓ＝（ Ｓ ， Ｓ ， Ｓ ） Ｓ 表 ｉ组 示 为 … ， ， 示 第 挟 沙 力 的 实 Ｓ ＋Ｓ） ／２ ｂ ＝ １６ ） （ ｎ 测 值 。 ［ ］是 ｂ 为 ｂ 为 中 ： 集 中 系 数 ； 偏 离 系 数 相 关 系 数 法 数 理 统 计 量 的 一 种 ， 反 映 实 测 值 式 结 果 及 分 析 ２ ． ２ 与 计 算 值 的 线 性 相 关 关 系 。挟 沙 力 公 式 完 全 准 确 时 ， 比 较 分 析 各 计 算 公 式 在 废 黄 河 口 海 域 的 适 用 性 计 算 值 等 于 实 测 值 ， 计 算 值 与 实 测 值 完 全 线 性 相 关 ， 若 为 精 度 ， 利 用 泥 沙 含 量 实 测 值 与 各 公 式 的 计 算 值 绘 制 计 算 值 与 实 测 值 线 性 关 系 很 差 ， 则 反 映 计 算 值 与 实 测 和 值 偏 离 较 远 。相 关 系 数 为 图 以 看 出 ，式 检 验 图 ，见 图 １ ～图 ５ 。由 １ ～图 ５ 可 · １６·
[讲义]《河流动力学》大学教材课件-悬移质运动和水流挟沙力
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§5-4 水流挟沙力
3、张瑞瑾方法
“ 制紊功“假说——悬移质具有抑制紊动 的作用，使水流条件（v、h、B）相同的浑水 水流比清水在单位时间、单位流程内的能损小， 两者的差别即制紊功。
据此建立能量平衡方程：
大量存在。 ⑵ 冲泻质 悬移质中较细的一大部分泥沙，在河床中
少有或没有。
§5-1 悬移质概述
二、床沙质和冲泻质﹤仅限于悬移质﹥ 2、区别 ⑴ 床沙质有充分的供给来源，使这部分悬移质有维
持饱和的机会，其饱和含量可以从水流条件与河床组 成条件的相互关系中确定。
⑵ 冲泻质则不同，主要依赖水流从上游带来，在本 河段中得不到充分供给（若上游来量超过本河段水流 所挟带的限度则发生淤积，反之不可能取得应有的补 充），即冲泻质可能是不饱和的，其数量从上游冲蚀 条件与本河段的水流相互关系中探索。
紊动扩散作用 含沙浓度梯度ds/dy 提问：若ω一定，则υ′越大， ds/dy越小
时含沙量垂向分布变化？ 答案：趋向均匀（动态平衡）
§5-1 悬移质概述
问：细沙在静水中能否悬浮？ 答：颗粒极细的泥沙，虽然重力较水大，但
所受的重力作用十分微弱，即便放在在静止 的水中，也可以借助分子的扩散作用与重力 作用相抗衡，从而发生悬浮现象。这是悬移 质存在的一种特殊状态。
§5-2 悬移质含沙量的垂线分布
§5-2 悬移质含沙量的垂线分布
Rouse公式的缺陷： ①因不能求绝对含沙浓度，故不能推求悬移质
输沙率； ②当水面S=0时，河底S→∞，不符合实际； ③若S较大、泥沙颗粒较粗，则计算误差大； ④实际Z比计算结果小，说明实际的悬沙分布
更均匀。
伶仃洋滩、槽水流挟沙力初步研究
析伶仃洋滩 、 槽水沙输移规律 ， 必须将滩 、 槽资料结合。伶仃
洋水文调查 资 料涵 盖 了 １７ ９ ８年 ６ ＿８月 （ 洪季 ） １７ 和 ９ ９年 ３ ４ 月（ 季） 哪 枯 两次资 料 ， 是一项 多测 点 、 多项 目、 系列 的 长 河 口水 文调查 ， 包含 ２ ６个 固定 测点 和 ３ ７个 巡 回测点 的洪 、 枯 季共 ６ 个全潮 的实 测资料 ， ８ 观测项 目包 括流速 、 向 、 流 水 深、 含沙量 、 含氯度 等。这次 观测资料 包含 了洪 、 枯季 系列 ， 具有较好 的代 表性 ， 更主 要 的是该 资料 同 时包含 了伶 仃洋
主要体现为上游来 词 ： 槽 ； 流 ； 沙 力 ； 仃 洋 滩 潮 挟 伶 中图 分 类 号 ：Ｖ ４ ． Ｔ １９ １
１ 概 述
文 献 标 识 码 ： Ｂ
文章 编 号 ：０ １ ２ ５ ２ １ ）２００ － １０ － ３ （０ ０ ０ － ６０ ９ ０ ４
２ 水沙资料选取
伶仃洋 泥沙运动 问题一 直是珠 江河 口研究 和治理 的重 要 内容。河 口区水体 的流速与含沙量过程关 系复 杂 ， 合理确 定水流挟沙能力成为研究泥沙运动特性和规律 ， 建立泥沙数
束作用 ， 使得泥沙后 期运动在 保持前 期惯性 的同 时， 沿着 泥
沙能量损失最小 的方 向发展 。为此 ， 赵龙保 在分析椒 江 口 水沙特征的基础 上 ， 立挟 沙力与水 流要 素 、 沙特性 和前 建 泥
期含沙量的关 系 ， 具有一定的应用 价值 。由于伶仃洋 近岸 的
泥沙运动同时受 到波 、 流的作用 ， 而且波浪 的作用 也起着 重 要的影响 ， 所以波浪的掀 沙量不能被忽 略。窦 国仁 依据 能 量迭加原理 ， 将潮流 和波浪用 于悬浮 泥沙 的能 量相加 ， 理 从
12 第11次课(第6章：水流挟沙力)
当上游进入本河段的床沙质数量较少，水流携带床沙 质的能力有富余，就会从床沙中攫取泥沙得到补充， 直到达到它所能够携带的数量为止，在这个过程中， 河床相应发生冲刷；
6
6.3.1 床沙质与冲泻质 3、泥沙输沙率与流量的关系 反之，当上游进入本河段的床沙质数量过多，则多余 的部分就会落淤，河床相应发生淤积。 由此可见，在不冲不淤相对平衡状态时，床沙质的数量 可以由水流及床沙组成条件确定。这就是图6-7中粗颗粒 泥沙输沙率与水流条件（用流量表示）关系密切的原因。
Sv
C1 s
U
J
Js
（6-27）
引用Darcy-Weisbach 公式
U 8g RJ f
U2 J f
8gR
U2 J s f s 8gR
将J、Js代入式（6-27），有
Sv
C1 s
U
f
f
s
U2 8gR
即
Sv
8C1 s
f
f
s
U3
gR
（6-28）
24
6、张瑞瑾水流挟沙力公式
(2) 公式推导 e、f-fs的表达式
列出能量平衡方程
E E0 Es
(6-25)
19
6、张瑞瑾水流挟沙力公式
(2) 公式推导 a、 E0、Es的表达式
单位时间、过水 断面为A的清水 的能量损失为
E0 AUJ
同理可得，单位时间、过水断面为A的浑水的能量损失为
Es 1 Sv AUJs sSv AUJs
浑水中清水部 分的能量损失
10
6、床沙质和冲泻质的划分
方法1：若在床沙级配曲线右端P<10％的范围内，如果存在 明显的拐点，也可取这一拐点相应的床沙粒径作为床沙质与冲 泻质的分界粒径。 方法2：将悬移质粒配曲线与相应的床沙粒配曲线进行对比， 取床沙粒配曲线上与纵坐标5％相对应的粒径，作为床沙质 与冲泻质的分界粒径。
河道水流泥沙运动基本理论研究
河道水流泥沙运动基本理论研究发表时间：2019-05-09T10:23:18.610Z 来源：《新材料.新装饰》2018年9月下作者：田子锐李京辉[导读] 这篇文章是对于河道水流泥沙运动基本理论研究进行综述,并且做出了简单的分析，例如挟沙后的紊动强度变化应该考虑的是推移质颗粒或是悬移质颗粒等等（哈尔滨工程大学，黑龙江省哈尔滨市 150000）摘要：这篇文章是对于河道水流泥沙运动基本理论研究进行综述,并且做出了简单的分析，例如挟沙后的紊动强度变化应该考虑的是推移质颗粒或是悬移质颗粒等等，以上都利用了一些相关学者的研究成果进行说明，并且取得了丰硕的成果。
关键词：泥沙运动；流速分布；紊动强度前言：泥沙科学经历了几十年的积累，泥沙问题引起了学者们的广泛的关注，该篇文章对于水流流速分布，泥沙运动与紊流强度和猝发的关系等进行研究。
因为这些公式的出现，使得泥沙问题得到了进一步的解决，但是要达到完全解决这个问题，还有很多困难需要去探索。
一、水流流速分布的研究要计算阻力，首先要知道水流流速分布，其中如果要分析挟沙水流。
需要先分析清水水流。
传统的水力学认为水流流速服从对数分布。
曾有一个公式是在1993年被研究出来的，根据紊流卡门相似理论,使用不完全自相似假设,得出的公式是：在这个公式中：u：距离壁面深度为y 处的速度；u*是指摩阻流速；Re是指雷诺数等，用这个相似理论分析了河道水流的流速分布情况的结构形式，从这个结果表明，不管是流速分布的指数型公式还是对数型公式都有很严格的理论基础，那就是相似理论。
但是他们两者又是本质不同的两个类型的假设，那就是不完全自相似假设（反映了壁面效应）和完全自相似假设（忽略了壁面效应）。
在1981年Coleman利用Coles的尾流函数，当时提出挟沙水流流速分布应该遵循尾流定律。
提出的公式是：在这个公式中：卡门常数是用K来表示；尾流系数用W来表示，但是之后的很多研究都指出了其中的缺点，因此，在之后就得到了不断的完善和研究。
三峡水库蓄水前后坝下游河道造床流量及水流挟沙能力变化分析
三峡水库蓄水前后坝下游河道造床流量及水流挟沙能力变化分析*闫金波，李云中，邹涛（长江水利委员会三峡水文水资源勘测局,湖北,宜昌 443000）摘要:本文通过对三峡水库蓄水前后坝下游水沙条件代表站——宜昌水文站的资料进行统计,分析了三峡水库蓄水前后坝下游河道造床流量的变化，并结合水力学计算对水流挟沙能力进行估算，简要分析了坝下游河道水流挟沙能力沿程的变化情况。
分析认为，三峡水库蓄水后引起的坝下游第一、第二造床流量变化和水流挟沙能力变化反映了坝下游河床以纵向冲刷为主的发展趋势；三峡蓄水前后同流量级条件下沿程水流挟沙能力的变化反映了三峡蓄水以来坝下游河段以中低水冲刷为主、中枯水位下降相对明显及河床沿程变化受节点控制的客观事实。
关键词:造床流量挟沙能力1 引言天然条件下葛洲坝下游河道沿程造床流量计算，已有研究成果。
但随着三峡水库的蓄水运用，坝下游来水来沙条件、年内水文过程、水流造床作用等因素都发生了明显变化，作为对形成天然河道河床特性及河槽基本尺寸起支配作用的河道造床流量也将发生变化，探讨坝下游河床造床流量的变化情况对于我们研究坝下游河道河床演变特性有重要的参考意义。
因此，本文首先以宜昌水文站资料为代表，对蓄水前后坝下游河道造床流量的变化进行了详细分析，而后通过河道水力学计算，并结合河流泥沙动力学中水流挟沙的有关理论简要分析了坝下游河道水流挟沙能力的变化情况，得出了一些认识。
2 坝下游河道造床流量的计算我们在研究河床的稳定性和河道水力几何形态特征的时候，都要使用一个单一的代表流量作为特征流量，这个流量对形成天然河道河床特性及河槽基本尺寸起支配作用，其造床作用与多年流量过程的综合造床作用相当，与河道最大流量、平均流量、水流历时、洪水频率以及河道输沙等因素相关，我们常称其为——造床流量。
对于造床流量的确定，目前在理论上尚不成熟，根据应用的侧重不同，其计算方法和确定条件也较多，如应用于河道演变分析和航道整治特征条件确定时其计算条件选取和计算方法就会有所区别。
悬移质水流挟沙能力与输沙特性
悬移质水流挟沙能力与输沙特性费祥俊( 清华大学 )摘要：悬移质水流挟沙能力与输沙特性对于冲积河流泥沙冲淤、河床演变影响很大。
作者在对我国广泛应用的悬移质挟沙力半经验性公式进行分析基础上，指出了这类公式应用的局限性，并通过试验研究提出了悬移质水流挟沙能力的新关系式，同时对输沙平衡时的临界不淤流速及临界坡降等表达式进行了探讨，文中结论的应用限于S＝２～４０kg/m3中低含沙量的情况。
关键词：悬移质；挟沙能力；不淤流速；临界坡降1 引言悬移质单宽的垂线平均悬移质输沙率一般表达式应是（1）式(1)中h为水深，a为离床面距离，s y，u y分别是垂线上y处的含沙量及流速。
含沙量垂线分布的确定已有扩散理论及重力理论，还有最新的倪晋仁等［１］的研究成果，流速垂线分布也有不同的观点，主要是对数流速分布规律在主流区是否也有效及对数分布式中的卡门常数与含沙量关系等问题。
前人在这方面作了大量研究，这里不赘。
由于按式(1)来计算悬移质输沙率存在上述复杂问题，为避开上述含沙量及流速分布细节，人们采用另一途径，即能量平衡原理来推求悬移质输沙能力，认为悬移质输沙消耗的是水流的紊动动能中的一小部分，其他大部分的动能通过沿程阻力转化为热能而消耗掉，而水流紊动动能又是水流势能扣除当地粘性消耗后取得的。
如在水流中含沙量较小时，水流能量表示为E1=γU J（2）消耗于悬浮泥沙运动作功的能量表示为E s=(γs-γ)S vω（3）式(2)、(3)中，γsγ分别为泥沙及清水的容重，S v为含沙量浓度的体积百分比计，U，ω，分别为水流速度及颗粒沉速。
J为能坡，这样根据能量平衡原理有E s=e s k t E1 （4）式中k t为动能的转换系数，e s为泥沙悬浮能量占水流动能之比值，又称悬移效率系数。
这样由以上关系式可得悬移质输沙浓度为（5）或（6）这里困难问题是系数e s,k t如何取值，尤其是e s，其绝对值很小，对于S v的相对误差必然很大。
第5章悬移质运动和水流挟沙力
第六章 悬移质运动和水流挟沙力 多沙河流中的泥沙输运大部分是以悬移运动的形式进行的。
例如，在三峡水库蓄水前，长江宜昌站多年平均的卵石推移质(D>10mm)年输沙量约为76万t ，沙质推移质(D 50＝0.21mm)年输沙量约为862万t ，而悬移质(D 50＝0．031mm)年输沙量则达到5.26亿t 。
因此了解悬移质的运动机理、准确地计算悬移床沙质的输运量是河流动力学的一项重要内容。
6.1泥沙扩散方程悬移运动的泥沙颗粒具有较细的粒径，可以跟随水流的紊动在水体中随机运动。
在垂向上，泥沙颗粒的运动可以看成是两种运动的叠加，即重力驱动下的沉降运动和水流紊动驱动下的随机运动。
当颗粒的数量很大时，将形成泥沙垂向运动的宏观动态平衡，此时泥沙浓度在垂向上有一个稳定的分布。
基于泥沙颗粒在紊流中的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，它是通过把泥沙颗粒或液体微团的运动与分子热运动相比拟而得出的，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。
德国生物学家Fick 认为热在导体中的传导规律可用于解释盐分在溶液中的扩散现象，从而提出了经验性的Fick 第一定律：dndS D vt n n ε-= (5-1) 即单位时间内通过单位面积的溶解物质D n 与溶质浓度S vt 在该面积的法线(n)方向的梯度成正比。
式(5-1)中，n ε为n 方向的扩散系数；对于泥沙扩散的情况，S vt 即代表瞬时含沙浓度；负号表示溶解物质总是从浓度高的地方向低的地方扩散。
考虑二维水流的情况，令U t 、V t 分别代表纵向、垂向的瞬时流速。
将染色剂注入水体中，在水流的扩散作用下，染色剂在随着水流向前运动的时候，将不断向周围扩散，染色的水体范围不断扩大。
由于垂向上的时均流速为零，所以至少垂向上的染色水体范围扩大与时均运动无关，完全是由纯粹的扩散作用引起(纵向上的染色水体扩大与扩散作用和时均剪切离散作用都有关)。
河道挟沙力公式的探讨
河道挟沙力公式的探讨0、引言近年来，国内学者对径流河段和河口潮流区域水流挟沙力公式进行了大量研究。
这些研究主要是基于和形式的丰富或发展起来的。
泥沙输移、以悬浮泥沙为载体的物质输运、岸滩演变、底床冲淤和港口航道回淤等均与水流挟沙力密切相关。
除开一些变化影响较小的方面，挟沙力在很多情况下已经有大量的公式得以验证。
这些半理论半经验的公式都有较好的和实际情况的符合性。
大量而繁复的公式各式各样，因而在此讨论几个常见类型公式及其公式的适用情况。
1、河道挟沙力研究现状在国内挟沙力问题研究史上一度比较有代表的是1959年武汉水利电力学院水流挟沙研究组建立的公式。
当时张瑞瑾等[1]（1959）的“制紊假说”根据悬移质具有制紊作用的观点，从挟沙水流的能量平衡原理出发，建立能量平衡方程，导出了水流挟沙能力公式的結构形式：2、公式运用上述五组公式，从直观上难以判断其优劣及适用情况。
为此，引入判别方法显得尤为必要。
常用判别法有经验判别法[3]，该方法是将公式计算的挟沙力与实测的挟沙力点绘于同一张图上，比较点群分布与45°线的关系，具有简单易行、直观等优点。
不过只能作定性的比较分析，就以直观判断极易产生偏差，此时便需要对挟沙力公式进行定量判别。
3、展望挟沙力的研究已久，并且已经取得了许多研究成果，但是尚有很多问题需要我们继续深入研究：（1）以往的研究中，虽然也提出了不少挟沙力使用范围，但是都没有明确的理论基础来支持；（2）挟沙力在不同的主导因素下，适用的公式并不相同。
在主次因素中，很难界定和把握该如何选择公式。
参考文献：[1]武汉水利电力学院水流挟沙能力研究组.长江中下游水流挟沙能力研究.泥沙研究，1959，2：54-73[2]张红武，张清.黄河水流挟沙力的计算公式.人民黄河，1992，11：7-9[3]陈雪峰，陈立，李义天.高、中、低浓度挟沙水流挟沙力公式的对比分析.武汉水利电力大学学报，1999，10：1-5[4]张红艺，周赤建，张欧阳，张红武.高含沙水流挟沙力计算公式研究.水力发电学报，2004，2：74-78[5]张羽，洪建，李远发，吴腾.黄河水流挟沙力公式的验证.人民黄河，2006，11：16-20。
黄土坡面地表径流挟沙能力研究综述
基金项目作者简介甘肃天水人博士土壤侵蚀黄土坡面地表径流挟沙能力研究综述张建军水土保持学院北京摘要地表径流挟沙能力是研究黄土坡面侵蚀演变和坡面侵蚀产沙预测预报的基本参数对坡面侵蚀控制具有十分重要的意义本文在对国内外坡面地表径流挟沙能力的相关研究进行分析总结的基础上提出了黄土关键词挟沙能力地表径流黄土坡面前言形成挟带泥沙的地表径流挟沙水库等水工建筑物和下游河道的淤积地表径流形成后沿坡面流动过程中发生着土壤颗粒当地表径流中挟带泥沙的数量小于其挟沙能力时地表径流在输不冲不淤只是一地表径流的挟沙能力也随之发生变化成淤积沙水流的水动力学特性地表径流挟沙能力的计算国内外学者或从理论和种挟沙能力公式和种泥沙输移公式进公式是通过对天然河道实测资料的分析和大量室内实验研究得到的半理论半经验的公式直接用于坡面地表径流挟沙能力的计算时将会产生很大的误差国内外学者根据各自的试验得到的计算坡了多数学者的认同张光辉张建军侵蚀模型时指出可见侵蚀预报模型该模式中与分别为水流对土壤的剪切应力与土壤的临界抗剪其在细沟侵蚀预报中的实际应用求解侵蚀量的关键在于找到侵蚀产沙量随时间和沟长的变化关以及输沙能力等参数的估算影响地表径流挟沙能力的因子究了坡面流的阻力规律但坡等等在不同状况的坡面上流速随坡度增加的坡面侵蚀冲刷过程中径流流速随冲刷时间的延长和细沟冲刷形态的变坡面地表径流水动力特性的主要指标流速与坡面形态指标坡度间的张晴雯含量达到最大需要的坡长为尤雷廷分析了不同动力条件下侵蚀产沙量随坡长的但增加的速张因子流速主要受流量控制对地表径流挟沙能力的影响因子进行研究后得出的结论并不完全一致因此地表径流挟沙能力一方面受径流本身水动力学特性的控制绝大多数为林地坡面地表径张建军提出了不同地类上地但并没有从物理机制出发提出实用的计算地表径流挟沙能力的模型研究时采用的流速范围也较窄可地表径流挟沙能力的研究方法室外试验主要是在坡面建立观测小区室内实验主要是采取原状土装入可调节坡度的冲刷目前大多数的研究成果均由室国外的土壤侵蚀模拟实验的坡度大部分都是在度以下国内的实验坡度也都在度以下吴普特尤同时在采集原状土时切另外总结综上所述地表径流挟沙能力的计算问题是土壤侵蚀模型中相对薄弱的环节尤其是地表径流沿坡而不同的研究者利用室内试验对地表径流挟沙能力的影响因子进行研究后得出的结论并不完全一致而野外实地无扰动冲刷试验研究尚未科中亟待解决的基础问题参考文献雷廷武张光辉张晴雯费祥俊余明辉等张光辉张光辉张科利唐克丽姚文艺胡世雄靳长兴吴普特张光辉卫海燕刘宝元张科利丁文峰李占斌丁登山张光辉张建军毕华兴孔亚平张科利肖培青郑粉莉张晴雯雷廷武潘英华等北原侵食防止机能北原曜张洪江粗度系数张建军费祥俊邵学军邵学军王虹费祥俊。
两相非均质流输沙平衡关系及挟沙力研究_费祥俊_吴保生_傅旭东 (1)
实测含沙量/（kg/m3）
实测含沙量/（kg/m3）
100
洛惠渠 花园口 高村 陈骥水槽试验 王世强水槽试验
100
洛惠渠
花园口
高村 陈骥水槽试验 王世强水槽试验
10 10 100 1000
10 10
U3/gR
100 m/(s-m) * U3/gR
1000
图 1 实测含沙量与综合参数
悬移质水流挟沙力在国内外有大量研究成果， 早期经典研究多属低含沙量及颗粒组成均匀的理想 情况，其成果有一定理论意义，但距实际应用尚有距离，原因是河流泥沙运动的实际情况十分复杂。 首先泥沙组成是非均匀的，多数在研究中取平均粒径或中值粒径为代表；有的将悬移质分为床沙质 与冲泻质，认为后者颗粒很细，其运动与水流条件无关，在分析计算中于以排除；采用的实测含沙 量也难以判断是否处于输沙平衡状态；更值得注意的是限于悬沙测验仪器及技术，实测垂线平均含 沙量往往低于真实值，含沙量越低，实测值偏低越明显。因此根据低含沙量实测资料建立或验算各 种形式的挟沙力关系，不会有满意的结果。还有其他因素，使悬移质挟沙力（即使是低含沙水流） 难以得出普遍适用的关系式。由于问题复杂，本文不可能对挟沙力研究概况作全面讨论，下面只就 当前有代表性的悬移质挟沙力关系式进行分析。 上世纪 50 年代后期，张瑞瑾等[1]提出水流含沙后抑制紊动，认为含沙水流的功率消耗，相当于 清水与浑水功率之差，据此推得适用于含沙量 S<100kg/m3 的悬移质挟沙力公式：
网络出版时间：2015-04-27 10:29 网络出版地址：/kcms/detail/.20150427.1029.001.html
文章编号：0559-9350(2015)06 -0000-00
论明槽挟沙水流的阻力
论明槽挟沙水流的阻力
一、引言在水力学中，明槽是一种常见的流体输送设备。
当明槽内充满沙子时，其运行状态会受到影响。
本文将探讨明槽挟沙水流的阻力。
二、背景知识1. 明槽：指截面呈矩形或者平行四边形的开放式渠道。
2. 沙粒：指直径小于2毫米的颗粒状物质。
3. 阻力：指液体通过管道或者渠道时所遇到的摩擦和惯性作用所产生的阻碍流动的力量。
三、分析过程1. 明槽内部结构对水流阻力有何影响？明槽内部存在着各种不同形态大小的沙子，这些沙子会与水流相互作用，并且随着时间推移而发生变化。
由此可知，明槽内部结构对于水流阻力具有很大影响。
2. 水与沙之间如何相互作用？当水通过含有沙子的明槽时，它们之间会发生摩擦和惯性作用。
其中，在低速情况下主要是靠黏附效应来实现传递能量；而在高速情况下则主要依靠撞击效应来完成传递能量。
因此，在不同速度下，两者之间相互作用方式也不同。
3. 如何计算挟沙水流中液体运动状态及其阻力？为了计算挟沙水流中液体运动状态及其阻力，需要先确定以下参数：（1）渠底坡度；（2）渠道尺寸；（3）流量；（4）液体密度等参数。
然后可以采取数值模拟方法进行计算，并根据结果进行调整优化以达到最佳设计方案。
四、总结与展望本文简单介绍了挟沙水流中液体运动状态及其阻力问题，并提出了解决该问题所需考虑到的关键因素和解决方法。
未来还需进一步深入研究该问题并探索更加有效地解决方案以满足工业生产和社会发展需求。
潮流和波浪作用下悬移质挟沙能力的研究解析
潮流和波浪作用下悬移质挟沙能力的研究摘要：本文将湍流猝发理论用于潮流与波浪共同作用下挟沙能力的研究。
基于湍流猝发的时空尺度得到波浪和潮流作用下床面泥沙上扬通量，然后根据连续律，建立了平衡近底含沙量的理论表达式。
进而根据波浪掀沙和潮流输沙的模式，推导得出了物理概念清晰和充分考虑床面附近泥沙交换力学机理的潮流和波浪共同作用下的挟沙能力公式，经过黄河口实测资料的验证，计算与实测符合良好。
关键词：湍流猝发挟沙能力波浪掀沙潮流输沙1 前言长期以来，人们对床面附近泥沙交换的力学机理的认识并不十分清楚，即使对于较为简单的二维恒定均匀流，国内外学者处理其底部泥沙边界的方法亦有六类之多[1]。
相比之下，潮流与波浪共同作用下的床面泥沙运动就更为复杂。
正因如此，一般采用经验分析、因次分析、明渠水流挟沙能力公式的移植和能量平衡等方法建立潮流和波浪作用下的挟沙能力公式，以回避床面泥沙交换的微观机理[2]。
床面附近的泥沙交换主要表现为重力作用下悬沙的沉积和床面泥沙颗粒在湍流运动作用下的上扬。
以往传统的做法是采用扩散理论确定上扬的通量，即单位时间内穿过单位截面的扩散量应与浓度梯度成正比，等于浓度梯度与扩散系数的乘积，扩散系数的大小决定于产生扩散现象的原动力-涡体的脉动。
在输沙平衡的情况下，在床面附近单位时间内穿过单位截面的上扬通量和沉降通量相等，则有ωS b+εs dS/dz|z=-h=0 (1) 式中S为近底含沙量。
b因此，要使潮流和波浪作用下的水流挟沙能力的研究得到较快发展，突破传统的扩散理论是十分必要的。
近些年来，随着对湍流猝发现象研究的深入，加之泥沙起动的间歇性和突然性，使一些学者联系到湍流（或称紊动）猝发现象。
自Sutherland[3]提出泥沙起动与湍流猝发有关的论点以来，湍流猝发与泥沙运动相互关系的研究发展迅速[4～12]，主要是通过可视化的试验研究近床区湍流卷挟悬扬泥沙的机理。
Jackson[13]通过野外观测分析，认为冲积河流中自由表面经常出现的沸腾状的浑浊水花是紊动猝发卷挟泥沙的具体表现。
挟沙水流速度与含沙量垂向分布关系探讨
挟沙水流速度与含沙量垂向分布关系探讨董啸天;李瑞杰;付刚才;张海春【摘要】采用数据拟合构造的挟沙水流掺混长度，结合Prandtl掺混长度理论，得到新的挟沙水流流速分布。
类比动量传递系数表达式与掺混长度的关系，结合挟沙水流流速分布公式，得到新的含沙量垂线分布公式。
分别利用水槽及河道实测资料验证，结果表明流速公式与含沙量公式可以客观准确地描述流速、含沙量垂向变化规律，对含沙量有更高的精度。
误差分析表明：近底层流速误差较大，说明底部边界层的选取与判别仍需深入探究；近表层含沙量误差较大，说明含沙量参考点的选取在理论上仍需研究，以摆脱其随机影响。
%Using the mixing length of sediment⁃laden flow constructed with data fitting and combining the Prandtl mixing length theory, a new equation describing the velocity distribution of sediment⁃laden flow was established. Based on this new equation and the analogy of the relationship between the momentum transfer coefficient and mixing length, a new equation describing the vertical distribution of sediment concentration was also established. Through verification with observed data from the flume experiment and field survey, it was found that these two equations can objectively describe the vertical variations of velocity and sediment concentration, showing a higher precision in describing the sediment concentration. The error analysis shows that the error of the near⁃bottom velocity is large, indicating that the selection and judgment of the bottom boundary layer need further investigation; the error of the sediment concentration close to the surface is large, indicating that the selection of the reference point forthe sediment concentration requires further theoretical research, in order to discard the influence of random effects.【期刊名称】《河海大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2015(000)004【总页数】6页(P371-376)【关键词】近岸海域泥沙运动;挟沙水流掺混长度;流速分布;含沙量垂向分布【作者】董啸天;李瑞杰;付刚才;张海春【作者单位】河海大学海岸灾害及防护教育部重点实验室，江苏南京 210098; 河海大学环境海洋实验室，江苏南京 210098;河海大学海岸灾害及防护教育部重点实验室，江苏南京 210098; 河海大学环境海洋实验室，江苏南京 210098;河海大学海岸灾害及防护教育部重点实验室，江苏南京 210098; 珠海市海骏工程建筑处92311部队，广东珠海 519080;浙江省海洋开发研究院海洋环境与化工研究室，浙江舟山 316100【正文语种】中文【中图分类】TV149挟沙水流是自然界中常见的水流运动现象，精确求解挟沙水流流速垂线分布是研究含沙量分布、水质问题、冲淤演变的首要要求，因此研究挟沙水流流速分布具有重要的理论意义和实用价值。
弯曲型河道挟沙水流运动规律研究进展
弯曲型河道挟沙水流运动规律研究进展（张耀先焦爱萍）摘要：弯道水流（包括挟沙水流）运动规律的研究，在水利工程学的许多领域中，占有重要的位置。
本文着重对弯道水流水面横比降、横向环流、纵向垂线平均流速分布规律及弯道输沙特性研究进展进行了阐述分析，以便为生产科研方面服务。
关键词：弯曲型河道；挟沙水流；运动规律1 前言弯曲型河道是冲积平原河流最常见的一种河型，它是由一系列弯道和与之联结的直段组成，其基本特征为河流的中水河床具有蜿蜒曲折的形式，该河型在相当广阔的水文、地理、地质条件范围内，都有可能形成。
一般多出现在河流中下游。
在我国，这种河型分布得十分广泛，如海河流域的南运河，淮河流域的汝河下游和颖河下游，黄河流域的渭河下游，长江流域的汉江下游以及素有“九曲回肠”之称的长江下荆江河段等，都是典型的弯曲型河道。
弯曲型河道若未加控制，河身在演变发展过程中则易过分弯曲，随着河湾的发展，凹岸不断崩塌，大量土地坍入河中，由于河湾阻力加大，比降减少，还（将）会阻滞洪水的宣泄，直接（而且有时还将）威胁城镇和交通线的安全。
不难设想，与坍岸相联系的，也可能出现险工、甚至招致汛期的堤防决口。
（另一方面，）如果通过人为调整，能够使弯道外形成为圆滑适中的弧线，则因为弯道的导流长度大，导流角度变化小，可以使出流方向比较固定，有助于对主流的控制。
在形成弯道以后，通过弯道环流作用，自弯顶下游引水，入渠的多为表层相对较清的水，它可以减少入渠的泥沙量，而在凸岸由于泥沙的淤积淤涨出大片滩地，可资开发利用，河道整治工程的重点也可以集中在弯道凹岸。
由于在自然河流中，河水中常常挟带有大量的泥沙，（而且绝大部分的）河床及河岸也（往往）是由泥沙构成的。
因此，无论从除害或兴利的观点出发，都需对弯曲型河道挟沙水流的运动规律进行分析研究，这样才能在改造大自然的过程中充分掌握主动。
弯曲型河道的挟沙水流运动有其自身的特点，由于弯道的存在，水流发生弯曲，这样的水流受到重力和离心惯性力的双重作用而形成弯道环流（图1(b)、(c)），其等压面不是水平的，而是与重力和离心惯性力的合力相垂直，因而水流沿横向呈曲线变化，凹岸一侧的水位恒高于凸岸一侧，这一力学现象决定了弯道水流结构的特点。
粗细泥沙挟沙能力研究
摘要：文中导出了均匀沙、非均匀粗细泥沙平衡和不平衡状态下的挟沙能力公式，反映出含沙量、来沙量、级配和粘性对挟沙能力的影响。
关键词：挟沙能力非均匀沙悬移质基金项目１均匀沙挟沙能力以下的探讨以悬沙制紊的观点出发[1，2，4]，针对黄河下游高含沙水流[3]及“多来多排，少来少走”的特点，引入浑水粘性等影响，建立均匀泥沙的挟沙能力关系，作为进一步探讨非均匀粗细泥沙挟沙能力关系的基础；同时，导出平衡状态下和不平衡状态的挟沙能力关系。
1.1 平衡挟沙能力Es和Ｅ分别代表在相同水流条件下的浑水和清水在单位时间内的能量损失，而以ΔE代表E和Es的差值，系由悬移质的制紊作用而出现的，则有E-Es=ΔE(1)令A代表过水断面面积，Sv代表以体积百分数计的含沙量，U代表断面平均流速，J、JS分别表示清水及浑水的能坡，γs、γm分别为泥沙及浑水的密度，则E=γm(1-Sv)AUJ+γsSvAUJ(2)Es=γm(1-Sv)AUJS+γsSvAUJS(3)ΔE=(γs-γ)ωAC1Sav* (4)式(2)和原有推导中采用γmAUJ略有差异，其原因在于多(γs-γm)SvAUJ，是表明泥沙的存在对于浑水深液依然有一定的影响。
把(2)、(3)、(4)代入(1)式有(γs-γm)ωAC1Sav*=γmAU(J-JS)+(γs-γm)SvAU(J-JS)Sav*=γm/C1ω(γs-γm)U(J-JS)+γm-γs/γmSvU(J-JS)由J-JS=U2/8gR(f-fS)得Sav*=γm/C2(γs-γm)(f-fS)U3/gRω[1+γs-γm/γmSv](5)而f-fS与含沙量有关，Sv越大，f-fS越大，当Sv=0时，f-fS亦为0。
同时，f-fS的值和浑水的粘性亦有关系，用μr表征相对粘度，则f-fS应正比于μr。
因此有f-fS=C3Sαv*μr(6)式中α和β皆为参数，代入(5)式并整理有Sv*=k(γm/γs-γmU3/gRω)m(1+γs-γm/γmSv)mμmr(7)式中 k为系数(kg/s)，m为待定参数均由实验确定，而ω为浑水沉速，μr水的相对粘度。
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2009年海洋湖沼通报Transactions of Oceanology and Limnology№1文章编号:100326482(2009)0120088207水流挟沙力分析与探讨3李瑞杰1,2,罗 锋1周华民2(1.河海大学海岸灾害及防护教育部重点实验室,江苏南京,210098;2.河海大学物理海洋研究所,江苏南京,210098)摘要:水流挟沙力是悬沙输运计算中非常重要的问题之一,其计算形式常采用基于重力理论的经验和半经验公式。
本文针对目前广泛采用的2种挟沙力关系式,选用4组实验水槽数据和2组天然河道实测资料分别讨论其关联性。
结果表明,不论指数m在其取值范围内取何值,2个表达式皆存在一定的函数关联性。
且当指数m取1和2/3时,直接表现出很强的线性关联。
在挟沙力计算中采用流速的平方关系式,物理意义清晰,形式简单。
在实际应用时,适当选取系数,挟沙力采用形式简单的平方关系式是完全可行的。
关键词:悬沙;挟沙力;含沙量;流速中图分类号:TN142 文献标识码:A引 言水流挟沙力是泥沙研究领域里的一个非常重要的课题。
水流挟沙力是平衡条件下水流挟带泥沙的浓度,也就是水体具有挟带造床悬浮泥沙的能力。
从不同角度出发,水流挟沙力计算公式有几十种之多,但由于各种理论、经验或半经验公式所考虑的因素不同,使得挟沙力表达形式受时空限制而导致针对性较强,至今尚未得到满意的具有普遍性的研究结果[124]。
一般计算水流挟沙力时,对不同水域,同一水域不同位置或同一位置不同时间段,高、中、低含沙水流等不同情况分别采用不同形式或不同指数的挟沙力关系式,以求得一个更符合当地实测资料的表达形式[5]。
这一方面对水流挟沙力的研究具有积极作用,但另一方面也会导致挟沙力计算在某种程度上的不便,而且挟沙力计算采用不同关系式在理论上有局限性。
分析探讨概念清晰、结构合理的挟沙力表达式,通过选取不同的系数满足理论和实际的需要,就成了目前悬沙研究领域里亟需解决的问题之一。
本文在讨论2种常用水流挟沙力公式的基础上,选用6组实测资料(4组实验水槽及2组天然河道数据),对2种形式进行了比较分析研究,确定了一种普遍适用的水流挟沙力计算表达式。
1 两类常用形式挟沙力计算公式的表达形式多样,且各有所长。
对于不同公式,都能找到一些资料来证明其在一定范围内优于其它公式的适用性。
但是从各表达式的最终形式来看,都可归结为与速度的幂次相关联[6]。
计算水流挟沙力时,一类常用的形式是:3基金项目:国家自然科学基金(40476039)资助第一作者简介:李瑞杰,(19632),男,教授,博士,博士生导师,主要从事物理海洋学、河口海岸物质输运研究.E2mail: rili@收稿日期:2008205208S 3=k 1(U 3gR ω)m(3)式中,k 1为包含量纲的系数;U 为流速;ω为沉速;h 为水深;g 为重力加速度;m 为指数。
在实际应用时,系数l 和m 随U 3/(g R ω)变化。
通常m 的取值介于0.3745～2.0范围内,最常用的取值为0.92。
第二类形式是:S 3=k 2U 2gh (2)式中,k 2为包含量纲的系数。
对于式(1)和(2),可将其归纳为水流挟沙力S 3与因子(U 3/(g hω))m 及U 2/(g h )之间的关系。
两类挟沙力公式表达形式虽相近,但后者的物理意义要比前者更为清晰。
水流维持悬移质运动需要做功,因此水流挟沙力对应的是一个能量关系表达式。
这里暂且不论该能量大小与挟沙力的关系,但它与U 2要比与U 3m 所表示的能量关系更为明确。
假如挟沙力表达式中取其与速度二次方成正比,那么由此关系式计算得到的值是否能与S 3∝(U 3/(g hω))m 一致,下面通过实测资料对比分析进行探讨。
2 关联性比较选用4组实验水槽和天然河道实测资料(表1),进行2类关系式的关联性比较。
沉降速度采用张瑞瑾公式[7]计算。
表1 关联性实验的数据Table 1 Data set of f unction dependence experiment组号Case数据来源Data 数据量Data size 数据类别Data type 1[8]912[9]1053[10]1774[11]79实验水槽5[12]386[13]293天然河道 下面就式(1)中m 分别取1,2/3,0.92时,对(U 3/(g hω))m 与U 2/(g h )的相关性进行分析。
首先,当式(1)指数m 值取1时,根据实验水槽实测数据将因子U 3/(g hω)与U 2/(g h )进行计算对比(见图1)。
图1中的顺序从左至右,从上至下依次为第1组、第2组、第3组、第4组数据的对比图(文中其它图都采用该排列顺序)。
各组数据的相关系数接近于0.90。
由图1可知,它们各自表现出较好的线性关系。
即使第2组数据中(U 3/(g hω))m 与U 2/(g h )的计算值变化达到2个数量级,仍有较强的关联性。
981期水流挟沙力分析与探讨图1 (U 3/(ghω)与U 2/(gh )的拟合关系(实验水槽数据)Fig.1 Fitting curve of (U 3/(ghω)and U 2/(gh )(experiment data )图2 (U 3/(ghω))2/3与U 2/(gh )的拟合关系(实验水槽数据)Fig.1 Fitting curve of (U 3/(ghω))2/3and U 2/(gh )(experiment data )09海 洋 湖 沼 通 报2009年 其次,当m 值取2/3时,此时两式的差别仅在于分母上。
图2根据水槽实测资料给出了(U 3/(g h ω))2/3与U 2/(g h )的拟合关系。
由图2可见,线性关系拟合很好,相关系数普遍在0.95以上。
分析表达式的差异可知,图中差别是由于水深与沉速的幂次略微不同所致,这也表明水深与泥沙沉速的细微变化相比水流流速而言,对于挟沙力影响更小,符合挟沙力概念的物理背景。
当m 取常用取值0.92时,线性相关性也很好(见图3)。
图3 (U 3/(ghω))0.92与U 2/(gh )的拟合关系(实验水槽数据)Fig.3 Fitting curve of (U 3/(ghω))0.92and U 2/(gh )(experiment data )此外,在计算对比中还发现,当指数m 值过于偏大(取2)或偏小(取0.0375)时,(U 3/(g h ω))m 与U 2/g h 间并没有表现出完全的线性关系,而是呈(U 3/(g h ω))m =F (d ,h ,…)U 2/(g h )函数关系。
F (d ,h ,…)是一个与泥沙粒径、水深等相关的函数。
当m 值取1时,线性相关性也很强,只较m 取2/3的情况稍差,此时F (d ,h ,…)仍表现为一个常数。
采用4组实验水槽数据,计算分析U 2/(g h )与挟沙力之间的关系。
由于实际测量时无法直接得到水流挟沙力,故资料中采用在饱和状态下与水流挟沙力概念相同的水体含沙量S 值。
由图4可见,饱和状态下的实测含沙量即挟沙力与因子U 2/(g h )间并未表现出非常明显的线性关联。
这表明式(2)中的系数k 2可能是与泥沙粒径、水深、沉速等相关的函数,而并不只是一个简单的常数。
选取2组天然河道的实测数据(见表1)对上述结论进行验证,结果类似。
这里仅以m 值取1和2/3为例。
由于测量数据本身可能存在偏差,图5～6中(自左往右分别为第5组和第6组数据对比图)的散点分布有些散乱,但不难看出2个因子间的线性关联性。
由数据计算得到的U 2/(g h )与挟沙力的对应关系,见图7。
191期水流挟沙力分析与探讨图4 U 2/(gh )的拟合关系(实验水槽数据)Fig.4 Correlation analysis of U 2/(gh ),and suspended carrying capacity (experiment data )图5 U 3/(ghω)与U 2/(gh )的拟合关系(天然河道数据)Fig.5 Fittingcurve of U 3/(ghω),and U 2(gh )(natural river data )图6 (U 3/(ghω))2/3与U 2/(gh ))的拟合关系(天然河道数据)Fig.6 Fitting curve of (U 3/(ghω))2/3and U 2/(gh )(natural river data )29海 洋 湖 沼 通 报2009年图7 U 2/(gh )与挟沙力的关系(天然河道数据)Fig.7 Correlation analysis of U 2/(gh ),and suspended carrying capacity (natural river data ) 综上所述,从图1～7中可以看出,在常用范围内不论指数m 如何取值,(U 3/(g hω))m 与U 2/(g h )间均存在关联性,m 取特定值时表现为线性关联,说明S 3=k 1(U 3/g hω))n 与S 3=k 2U 2/(g h )间有着相似和统一的地方,只是系数k 1和k 2的取值不同,实际应用时将式(2)的系数k 2作为综合系数,其它公式则可以归结为式(2)统一形式。
3 结语从两类公式通过与实测资料的对比分析,可以得出:(U 3/g h ω)m 与U 2/(g h )间存在关联性,m 取特定值时表现为线性关联,并且只要适当选取系数k 1和k 2,总能保证式(1)和式(2)的线性关联性。
U 2/(g h )表达式具有能量的涵义,与水流挟沙力S 3相对应,在物理概念上是一致的。
S 3∝U 2/(g h )物理意义清晰,形式简单,与切应力法确定水流输沙能力的理论相呼应,因此,在实际应用时,只要系数k 2选取恰当,可统一采用此形式的计算水流挟沙力。
此外,式(2)中的系数k 2并非是一个常数,而是一个与水深、泥沙粒径、沉速等相关的函数关系式,可通过大量的实测资料确定。
式(1)和式(2)中系数k 1和k 2之间的联系通过大量实测进一步归纳分析确定。
另外,本文是在6组实测数据基础上得出的结论,其普遍适用性还有待其他资料的论证。
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