恢复饱和系数的理论计算方法 Theoretical method for calculating the saturation recovery coefficient.pdfVIP

泥沙研究 2008年12月 J0umalofSedimentR∞earch 第6期 恢复饱和系数的理论计算方法 韩其为，陈绪坚 (中国水科水电科学研究院泥沙研究所，北京 100044) 籀要：恢复饱和系数是泥沙数学模型计算的重要参数。本文从理论上进一步研究了悬移质不平衡输沙的恢复 饱和系数，提出了底部恢复饱和系数的概念，并推导了恢复饱和系数是底部恢复饱和系数和含沙量分布系数 的乘积，从理论上合理解释了恢复饱和系数的取值问题。在既有研究成果的基础上，进一步推导了非均匀沙 恢复饱和系数的计算式，计算结果表明不同粒径组的恢复饱和系数值是不同的，非均匀沙的平均恢复饱和系 数应按沉速和级配的乘积加权平均计算，黄河下游通常水流条件(摩阻流速3—30cm，8)的平均恢复饱和系数 约为o．1，平均底部恢复饱和系数为O．05—0．1，平均综合恢复饱和系数最小约为0．ol，这和理论分析结果及黄 河水沙数学模型的经验采用值基本相符。 关键词：不平衡输沙；泥沙统计理论；恢复饱和系数；底部恢复饱和系数；黄河下游 中圈分类号：Tvl4 文献标识码：A 文章编号：0468．155X(2008)06．0008．09 天然河流通常为不平衡输沙，最简化的一维恒定流泥沙运动方程和河床变形方程分别为[1，2] J一5·， 01’(1) 掌：一口竺(s—s．) 忑2一口了o 3一J·， Lz，(2) P，孥：口∞(s—s．) P‘百=口∞L 式中Is为含沙量；s．为挟沙能力；∞为泥沙沉速；，，。为床面高程；口为恢复饱和系数。恢复饱和系数a是 反映悬移质不平衡输沙时，含沙量向饱和含沙量即挟沙能力靠近的恢复速度的参数[3]，对泥沙冲淤量 计算有重要影响，因此，恢复饱和系数是泥沙数学模型计算的重要参数。 目前研究恢复饱和系数口的代表性理论成果可以分为三种：第一种a是在直接建立一维泥沙连续 方程时将口解释为泥沙沉降概率…，其值小于1；第二种口是在较简化的边界条件下，直接求解立面二维 扩散方程后导出【4】，由于边界条件不尽合理，口恒大于1，结果无法符合实际，也有研究成果试图沿横向 积分以降低其数值b]，但这只考虑流速分布的影响，并未反应扩散及“恢复”的作用。其次有假定不平衡 输沙和平衡输沙的河底含沙量梯度相同，积分二维扩散方程后得出口为底部含沙量(或挟沙能力)与垂 线平均含沙量(或平均挟沙能力)的比值№】，其值也大于1；第三种是根据泥沙运动统计理论建立不平衡 输沙的边界条件方程，得出不平衡输沙恢复饱和系数口的理论表达式¨】，平衡输沙口．计算值可以大于 1，也可以小于1，平均约0．5，并建议不平衡输沙口值冲刷时取2口。，淤积时取0．5a．。通常在数学模型 计算中按文献[61的建议采用经验值，即冲刷时口取1，淤积时口取0．25。这种经验数值与所述研究成果 基本一致，也算在理论上的一种解释。最近这种统计理论计算恢复饱和系数的方法，已推广到不平衡输 沙，并给出了口的理论关系n】。此外有关恢复饱和系数的研究尚有其它结果¨。1引，由于口值的变化范围 可以达到0．01．10，对数学模型成果影响大，值得重视。因此，目前对恢复饱和系数的理论认识尚缺乏 坟■日期：加07—∞．30 基金褒目：国家自然科学基金重点项目；水利部公益性行业科研专项经费项目(2∞∞1006) 作者篱介：韩其为(1933一)，男，湖北松滋人．院士，主要研究方向为泥沙运动力学、河床演变和数学模型。 8 万方数据 共识，恢复饱和系数的理论结果和实际应用数据也有差距，有必要进一步研究。本文从悬移质不平衡输 沙的河床变形方程出发，研究了恢复饱和系数的组成，引进了底部恢复饱和系数，并分析了它与垂线