推移质泥沙级配确定方法的试验检验 Validity verification of methods for determining bedload grain size distribution.pdfVIP

水 利 学 报 2009年3月 SHUILIXUEBAO 第40卷第3期 文章编号：0559．9350(2009)03．0274．07 推移质泥沙级配确定方法的试验检验 胡德超1，张俊华2，钟德钰1，马涛2 (1．清华大学水沙科学与水利水电工程国家重点实验室，北京100084；2．黄河水利科学研究院，河南郑州450003) 摘要：利用正态动床模型中推移质级配随水流强度变化的观测资料，分别从模型角度和原型角度对概率统计法、最 大粒径法和平均粒径类比法等确定河床推移质级配的方法进行了检验与比较。从模型角度比较结果表明在较小 和较大流量下采用概率统计法计算的级配相对实测值分别偏粗和偏细，另两种方法在各种流量条件下的计算结果 与实测数据均较为吻合。从原型角度比较结果表明概率统计法在小流量和大流量下较实测值分别偏粗和偏细，与 从模型角度比较类似，最大粒径法在大流量下较实测值偏细。平均粒径类比法计算结果在各级流量下与实测值均 较为接近。 关键词：推移质；级配；正态河工模型；计算方法 中图分类号：TVl42 文献标识码：A 1研究背景 对于天然河流，在一定水流条件下河床表面的推移质具有确定的级配，因此利用河流水动力条件确 定推移质级配的方法成为泥沙运动力学研究中的一个重要课题，并提出了各种推移质级配的计算方法。 早在1965年Gessler就从概率统计理论的角度进行了探讨，其计算式为…： di dⅢu 曩=∑[I一吼．]Poi／∑[1一qd，]Po。 (1) ‘ 瓦 瓦 g 一订Jd石 Lz’(2) g=砺1di 2历兀仃。．。…．。expt7一嘉卜 式中：P。；为床沙中第i组颗粒所占的沙重百分数；曩为推移质中粒径小于d；的沙重百分数；弘为粒径 等于d；的沙粒不动的概率；r。为床面水流拖曳力；盯为拖曳力脉动值的标准差，通常取0．57呛1；r。为第i 粒径组泥沙颗粒的起动临界拖曳力；龙=r／r。，为积分变量。 本思想，董永华阳1考虑了非均匀沙起动的特点，得到了与Gessler类似的计算公式。张启卫陋1假定当作 用于泥沙颗粒上的瞬时底速大于其临界起动流速时，泥沙即参与推移质运动而成为推移质的一部分，由 此得到了泥沙颗粒的起动概率和推移质级配的计算公式。张红武H1运用随机理论，对粗沙河床床面的 紊动特性和推移质泥沙颗粒的依存关系进行分析，得出了具有一定理论基础的推移质级配计算公式。 何文杜等[51在考虑床面泥沙颗粒起动概率的基础上，提出了平衡输沙时确定推移质最大粒径的方法。 另外，崔侠陆]、胡海明、李义天3等也推导出了各自的计算公式。然而，非均匀推移质泥沙级配确定方法 还并不完善，以往研究对象大多限于沙质推移质，对宽级配推移质涉及较少，此外多数公式结构过于复 杂，部分参数不易确定，如推移质最大粒径等。 收稿日期：2008．02．26 基金项目：国家自然科学基金委员会、水利部黄委会黄河联合研究基金项目 ·-——274·--—— 万方数据 另外，有些学者通过总结实验规律或长期工程实践经验，得到半理论半经验方法，其中使用较广的 有“最大粒径法”[81和“平均粒径类比方法”[9]。最大粒径法，是指用某一起动流速公式反求相应水流条 件下所能起动的泥沙颗粒的最大粒径d。。，然后将床沙级配中粒径小于d一的部分放大得到推移质级 配，计算式为： d。。 Pf=Pof／∑Pof-PofIFo‘ (3) 五 式中：P。；、P；