推移质全断面计算方法
chap2 推移质运动
韩智明
本章知识要点：
泥沙运动的形式 泥沙的起动 沙波运动 动床阻力 推移质输沙率
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
2
§2－1 泥沙运动的形式
悬 移 区 动 床 区
u
跃移质 接触质 层移质 定床区（床沙，河床质）
悬移区 床面区
层移区
3
运动泥沙的分类
沙床
跃移质（跳跃，主要运动形式） 接触质（滑动、滚动，为数不多）
㈣止动流速Uc’-小于起动流速，避免推移质输沙率误算为0
⑴概念：泥沙由运动状态到静止状态(并不表示停止下沉)的临界垂线 平均流速 ⑵计算方法：通常采用Uc’＝KUc 计算，K<1??? 岗恰洛夫：K＝0.71, 窦国仁and沙莫夫：K＝0.83
㈡起动流速与起动拖曳力公式的比较
⑴受力确定性方面：采用起动拖曳力法好，但应用不便， 因需要U*2＝gRJ，而J (水面比降)通常难以测量。 ⑵应用性方面:起动流速法好，因流速容易量测，精度较高 ⑶目前我国多用起动流速
㈢砾石与卵石的起动
砾石、卵石的形状(扁平度)以及排列方式对起动影响较大，需深入 研究；可针对不同的具体河段进行研究，如现有寸滩公式等
（四）、起动垂线平均流速Uc的推导
1、以指数流速分布公式为例的推导
2、假定起动时起动底流速 位置在 yoc=aD
y0c
uo uoc
3、Uc 的确定
s 泥沙起动 u0c gD 力矩平衡
s s 1 h h Uc gD gD m 1 m a D D
1、采用滚动模式的力矩平衡推导 2、多家公式： • 窦国仁：
• 张瑞瑾：
• 唐存本： 公式括号内的第一项代表重力作用项，第二项代表粘结力作用： D>1mm时 ，重力作用为主；D≤0.01mm时，粘结力作用为主；D=0.1mm左右时，两 者影响相当
全断面法和台阶法选择
全断面法（Full Section Method）和台阶法（Step Method）是在水力计算中常用的两种方法，用于计算河流或渠道的水流特性。
它们在不同的情况下选择使用，具体取决于具体的应用场景和计算要求。
全断面法：
全断面法是一种比较精确的水力计算方法，它将河流或渠道划分为若干小段，对每个小段进行水流特性的计算。
在全断面法中，考虑了流体在不同横截面上的水流速度、水位和流量等参数的变化。
通过计算每个小段的水力特性，并结合整个河流或渠道的几何形状，可以得出更为精确的水流模拟结果。
全断面法适用于复杂的河道或渠道，具有较高的计算精度，但计算复杂度也相对较高。
台阶法：
台阶法是一种简化的水力计算方法，它将河流或渠道简化为若干个台阶或层次，每个台阶上的水流特性被视为均匀且稳定。
在台阶法中，河流或渠道的几何形状被离散化为台阶，每个台阶的水位和流量被计算并用于下一个台阶的计算。
台阶法适用于比较规则且均匀的河道或渠道，计算速度较快且简化，但对于复杂的水流情况可能会引入一定的误差。
在选择使用全断面法还是台阶法时，需要综合考虑以下因素：
河道或渠道的复杂程度和几何形状
计算精度的要求
计算时间和资源的限制
可用数据的可靠性和精度
对于简单且均匀的河道或渠道，可以使用台阶法进行快速计算。
而对于复杂的河道或渠道，或者对计算精度要求较高的情况，全断面法可能更适合。
最终的选择应基于具体的应用需求和实际情况。
沙质推移质断面输沙率计算方法
沙质推移质断面输沙率计算方法1 前言由于推移质测验很困难，迄今为止实测资料为数有限；为满足实用需要，一般都致力于计算方法的研究与选择。
目前经验、半经验的推移质计算公式已不下数十个, 因都未考虑横向分布上的强烈不均匀性，所以，计算的成果都与实际相差较大，难于满足实用要求。
受泥沙统计理论的启示，取各家研究成果之所长，先对推移质计算中各因子优选，从而优化了单宽输沙率公式。
其中推移层厚度随水力因素确定，水流强度和摩阻流速由实测流速参数决定，使计算成果更能符合实际。
根据水文站日常测验资料中取得的垂线位置、水深、流速、床沙颗粒级配等资料，就可分别求出各垂线的单宽输沙率，确定其沿河宽分布曲线。
再经数学方法处理，沿河宽积分，即能算得全断面推移质输沙率。
本方法经单线资料与恩格隆、爱因斯坦、梅叶-彼德等计算成果对比，与恩格隆式接近，大于爱因斯坦与梅叶-彼德两式。
与长江有关站断面实测成果对比，基本接近，具有实用意义，为间接法测推移质取得了新的经验。
2 单宽输沙率公式的选择泥沙统计理论，是当今有广阔发展前景的研究推移质运动的工具[2]。
但在确定输沙模式时，彼此还存在较大的差别，有的甚至还涉及到不同的概念[3]。
尽管如此，而在公式的结构上，则可以综合为以下通用形式qb=Aγsm0MDP1L/P2t (1)式中P1、P2为特征概率，L为特征长度，t为时间，D为特征粒径，M为沙层运动高度(以特征粒径的倍数计)，m0为面密实系数，A为系数；γs为泥沙容重，qb为单宽输沙率。
3 特征参数的确定式(1)中，A是体积系数π/6与面积系数π/4之比，等于2/3。
窦国仁试验结果，面密实系数m0=0.4。
γs一般沙质河床可取2650kg/m3。
对非均匀沙选用床沙组成中哪一级粒径为代表粒径，各家标准不一致。
根据沙质河床的特性及试算的反复研究验证，确定取床沙的D80作为特征粒径D。
其他几个参数是经过以下讨论后确定的。
3.1 速度L/t的确定L/t 是泥沙运动的特征速度，仍采用简化后一般通用的颗粒平均滚动速度公式Vs=Vb-Vbc (2)式中Vs推移质平均运动速度, Vb河底流速, Vbc时均颗粒起动流速。
悬移质泥沙测验资料的计算检查与分析
悬移质泥沙测验资料的计算检查与分析7．1 实测含沙量计算7．1．1 悬移质泥沙水样经处理、校核后，其实测含沙量应按下式计算：式中：C s——实测含沙量(kg／m3或g／m3)；W s——水样中的干泥沙质量(kg或g)；V——水样容积(m3)。
选点法采集的水样，其实测含沙量为测点含沙量；积深法、垂线混合法采集的水样，其实测含沙量为垂线平均含沙量；用全断面混合法采集的水样，其实测含沙量为断面平均含沙量。
7．1．2 采用选点法测验时，垂线平均含沙量应按下列公式计算：1 畅流期：1)五点法：式中：C sm——垂线平均含沙量(kg／m3或g／m3)；V m——垂线平均流速(m／s)；V0.0——水面流速(m／s)；V0.2——相对水深0．2测点流速(m／s)；V0.6——相对水深0．6测点流速(m／s)；V0.8——相对水深0．8测点流速(m／s)；V1.0——河底测点流速(m／s)；C s0.0——水面含沙量(kg／m3或g／m3)；C s0.2——相对水深0．2测点含沙量(kg／m3或g／m3)；C s0.6——相对水深0．6测点含沙量(kg／m3或g／m3)；C s0.8——相对水深0．8测点含沙量(kg／m3或g／m3)；C s1.0——河底测点含沙量(kg／m3或g／m3)。
式中：η1——一点法系数，应根据多点法试验资料分析确定，根据五点法计算的垂线平均含沙量与一点法测得的垂线平均含沙量的比值统计决定；无试验资料时可采用1。
2 封冻期：式中：η2——封冻期一点法系数。
应根据多点法试验资料分析确定，即根据六点法计算的垂线平均含沙量与一点法测得的垂线平均含沙量的比值统计决定；无试验资料时可采用1。
7．1．3 求得断面输沙率后断面平均含沙量应按下式计算：式中：Q s——断面输沙率(t／s或kg／s)；C s——断面平均含沙量(kg／m3或g／m3)；Q——断面流量(m3／s)。
7．1．4 一次输沙率测验过程，测验多次相应单沙时，可将各次单沙含沙量的算术平均值作为本次输沙率测验断面平均含沙量的相应单沙，也可将各次单样水样混合处理作为相应单沙。
沙质推移质断面输沙率计算方法
沙质推移质断面输沙率计算方法沙质推移质断面输沙率计算方法河流是自然界的重要水文要素，其中的沙质材料对于河流的形态演化起着至关重要的作用。
在河道工程中，研究河流输沙率的计算方法是非常重要的，因为它可以为各种河道管理和保护项目提供依据。
本文将介绍河流中沙质推移质断面输沙率的计算方法。
1. 前提条件在计算河流中的沙质推移质断面输沙率之前，需要进行以下预处理工作：1.1 确定河流交叉面面积交叉面面积是河流输沙率计算的基础。
首先需要在河道截面上测量出交叉面面积，并进行图形记录。
然后可以根据各部位的流速采用公式来计算。
1.2 确定沙质材料重度再次在测量河道截面时，需要收集河流中的沙子样本，然后使用密度计测量这些样本的体积和质量，计算出沙子的平均密度。
这是计算河流中输沙率所必需的信息之一。
2. 计算方法2.1 类水力学方法水力学方法是河道输沙率计算中最常用的方法之一。
其基本原理是基于河流速度和离心力的影响。
这种方法通过测量服从特定研究条件的河流中的河道横断面面积和流速，确定输沙率。
质量输沙率可使用以下公式近似计算：Qs=〖ρ*S*v *(1-ε) 〗/〖(1+ks) 〗其中，Qs表示输沙率，ρ表示具有固定质量和体积密度的沙子密度，S表示河道横截面积，v表示一定截面上的流速。
ε是实际流速和泄水流速之间的比值，ks 是输沙床层中沙子的形态系数。
2.2 比较方法比较法也是一种常见的方法，通过测定两个时间点之间输沙重量差异，并将其除以时间间隔来计算河流中的运沙率。
这种方法在实际应用中常被用于小型水位变化场景中，由于它可以影响河川床形和河岸侵蚀，所以它的精度有一定的局限性。
Qs=[(Ms-Mi)/T]/A其中，Qs表示输沙率，Ms表示第二个时间间隔内的运沙量，Mi表示第一个时间间隔内的运沙量，T表示两个时间间隔，A表示交叉面积。
3. 实际应用根据实际应用需求，需要对具体的河流、沙子和工程环境进行一定的适应性处理。
例如，对沙质材料的粒径进行分类，并根据不同的粒径参数选择不同的输沙率公式。
雅砻江共科水文站泥沙颗粒级配分析
图 ２ 平 均 悬 移 质 颗 粒 级 配 曲线
（ ３ ） 汁算 日月 年平 均粒径 （ 如表 ２ ） 。
抽 ¨ ∞ ”
● ■ 十， 量ｔ
泥 沙颗粒分 析是 确定 泥 沙样 品 中各 粒径 组 泥
沙质 量 占样 品总质量 的百分 数 ， 并 以此绘制 级配 曲
线 的全部计数操作 过程 。泥沙颗粒分 析 的 目的 ， 是 取得 泥沙颗粒级 配的断 面分 布和变化过 程的资料 。 选 用颗粒 分 析方 法 ， 应根据 泥 沙样 品的种 类 、
是取 得 泥沙 颗粒 级配 的断 面分 布和 变化 过程 的 资
单样 颗粒 取 样 在起 点 距 ４ ０ ． ０ ｍ 处 采 取 相 对
料， 为水资源开发利用提供资料 。
２ 泥沙颗粒级 配取样
２ ． １ 取样 对象
０ ． ６水深一点取样 ， 取样间隔时间不小于 ５ ｄ 。断 面颗粒取样采用 １ ０ 线１ Ｏ 点相对 ０ ． ６ 水深等面积 等历 时全 断面混 合 法取样 。单 颗断 颗取水 样体 积
粒径 范 围 、 沙 重 和设 备 条 件 等 情 况按 规 范要 求 确 定， 不 同分析 方 法 的适 用 粒 径 范 围 及 沙重 要 求 见
下表 １ 。 共 科 水 文 站 悬 移 质 颗 分 粒 径 不 超 过
３ ２ ． ０ ｍｍ， 所 以 共 科 水 文 站 水 样 分 析 采 用 吸 管 法
表２ 共 科 站 悬 移 质 断 面 与 相 应 单 样 平均 粒 径 、 平 均 沉 速 计 算 表
第16章 动床水力学基础
第16章 动床水力学基础16.1知识要点16.1.1泥沙和浑水的主要特性1.重度泥沙颗粒实体单位体积的重量称为泥沙的重度，以s γ表示。
一般取标准沙的重度s γ= 26500 N/m 3。
淤积泥沙的干重度γ'变化的幅度较大，可由3000 N/m 3至17000 N/m 3。
泥沙在水中的相对重度为65.11/1/=-=-ρργγs s 。
γ和ρ为水的重度和密度；s ρ为泥沙的密度。
2.粒径 1）等容粒径等容粒径是指理论上定义为与具有同样体积的球体直径。
其表达式为3/1)/6(πV d =式中，V 为某一泥沙的体积；d 为等容粒径。
2）筛孔粒径用筛子来测量粒径时，以泥沙颗粒刚能通过的筛孔边长作为粒径，这种粒径叫筛孔粒径。
一般用于大于0.05mm 的泥沙。
3）沉速粒径小于0.05mm 的泥沙粒径要用沉降速度的方法来确定。
所谓沉降速度，指与泥沙比重相同，在相同液体中沉降时，具有相同沉速的圆球直径，故称沉降粒径。
3）中值粒径在泥沙级配曲线上与纵坐标50%相应的粒径，它表示大于和小于该粒径的泥沙重量各占沙样总重量的二分之一。
4）平均粒径（1）算术平均粒径 或3/)(2/)(min max min max min max d d d d d d d d i i ⋅++=+= （16.1）再用加权平均法求出整个沙样的平均粒径平均d 100/)(n1∑==i iidP d 平均 （16.2）式中，n 为分组数目；i P 为第i 分组泥沙的重量占总沙样重量的百分数；i d 为第i 分组泥沙的平均粒径。
3.浑水的含沙量和粘滞性1）浑水的含沙量含沙量有三种表示方法，即体积比含沙量浑水的体积泥沙所占的体积=V S重量比含沙量 浑水的重量泥沙所占的重量=G S混合比含沙量 浑水的体积泥沙所占的重量=S三种不同表达式之间的关系为 V s S S γ= （16.3）SSS S S V V G )/1()(s s s γγγγγγγ-+=-+=（16.4） 浑水的重度m γ与含沙量的关系为S S s V s m )/1()(γγγγγγγ-+=-+= （16.5）2）浑水的粘滞性含沙量较小的浑水流变特性仍然符合牛顿内摩擦定律dy du dy du m m m //υρμτ== （16.6）式中，τ为切应力；m m m υρμ、、分别为浑水的动力粘滞系数、密度和运动粘滞系数。
断面法计算场地平整土方量的步骤和方法
断面法计算场地平整土方量的步骤和方法断面法计算场地平整土方量的步骤和方法，这可是个大学问呢！不过别着急，我这就给你说说，保证让你一听就懂。
咱们得知道什么是断面法。
断面法就是通过改变地形的高度或者宽度，来计算场地的土方量。
这个方法简单易行，而且效果还挺好。
那么，接下来我就给你详细讲解一下断面法的步骤和方法吧！1.1 准备工作咱们得准备好一些工具和资料。
比如说，测量仪器、地图、设计图纸等等。
这些东西可都是必不可少的哦！有了这些东西，咱们才能顺利地进行下一步的工作。
1.2 确定断面接下来，咱们就得确定场地的断面了。
断面是指场地上的一个平面区域，用来计算土方量。
咱们可以根据实际情况选择合适的断面。
比如说，可以选择道路、沟渠等常见的断面。
如果有特殊的需求，也可以根据实际情况进行调整。
1.3 测量数据确定了断面之后，咱们就可以开始测量数据了。
测量数据包括断面的尺寸、高度、宽度等等。
这些数据对于计算土方量非常重要，所以咱们一定要认真测量哦！2.1 计算平均高程在测量完所有数据之后，咱们就可以开始计算平均高程了。
平均高程是指场地上各点的高程之和除以点数。
这个数值可以帮助我们更好地了解场地的地形情况。
2.2 计算坡度接下来，咱们还需要计算场地的坡度。
坡度是指场地上某一点的高程与相邻点的高程之比。
这个数值可以帮助我们了解场地的排水情况。
3.1 计算土方量现在，一切准备就绪，咱们就可以开始计算土方量了。
土方量是指场地上所有土方的总体积。
计算土方量的方法有很多种，其中最常用的就是断面法。
3.2 计算结果分析咱们还需要对计算结果进行分析。
分析结果可以帮助我们了解场地的实际情况，从而为后续工作提供参考。
分析结果还可以为我们提供一些优化建议，使得整个工程更加完美。
断面法计算场地平整土方量的步骤和方法虽然看起来有点复杂，但只要我们按照上述步骤一步步来，相信一定能够轻松搞定。
实际操作过程中可能会遇到一些问题，但没关系，只要我们勇于面对，相信总会找到解决办法的。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
附录A 推移质输沙率公式
根据公式建立的条件和适用范围，推移质输沙率公式可分为二类。
一类为床沙全部可动的均匀沙推移质输沙率公式。
我国工程设计中较广泛采用的是梅叶—彼德及R 〃摩勒公式，窦国仁公式，沙莫夫公式。
另一类为床沙部分可动、部分不可动的非均匀沙推移质输沙率公式。
较有代表性的是非均匀推移质分组输沙率公式。
根据我国西南地区卵石河床，颗粒组成范围大、粗细悬殊、很不均匀的特点，用水槽模拟天然河道卵石推移质输移，由9条河流162组试验资料，建立了该公式。
该公式首先将床沙分为 n 级粒径组，求得各粒径组的平均粒径D mi ，该粒径组在床沙级配曲线中所占百分数为△P i 。
g g b bi
i n
==∑1 g P p p p p gD bi p i s s mi =⋅⋅-∆φ()()//12312 当V V i ≤0时，φi =0。
当V V i >0时，
φi oi b oi b mi m b mi
b b V V V V D D h D =-012241()()()() b 0=6.31×10-6, b 1=4.83, b 2=1.98, b 3=2.33, b 4=0.95
式中：g b——推移质单宽输沙率；
g bi——各粒径组单宽输沙率；
P i——各粒径组在床沙中所占的百分数；
D mi——各粒径组的平均粒径；
D m——床沙平均粒径；
V i——分组输沙强度参数；
V——平均流速；
V0i——各粒径组的起动流速，
V
p p
gD
h
D i
s
mi
mi
1212017 =
-
()()()
//.
ρ
h——水深；
ps——泥沙密度；
p——水的密度；
g——重力加速度。
附录B 推移质全断面输沙率计算
B1 适用于单一的宽浅河槽的计算方法
Q b=B b〃g——————————————(B1)
式中：Q b——推移质全断面输沙率，kg/s；
B b——推移质运动宽度，m；
g b——推移质单宽输沙率，kg/(s〃m)。
B2 适用于复式河槽，或单一的宽浅河槽的计算方法
(1) 根据河槽形态，将横断面垂直划分成m个子断面；
(2) 每一个子断面可概化为矩形，根据断面的水位—流量关系和断面形态，求得各级流量下各子断面的河宽和水深；
(3) 由式(B2)求得各子断面的平均流速，由各子断面的水深可求得子断面的单宽流量。
v Qh h
B i j
j j j m ==∑2
3531//———————————(B 2)
式中：Q —— 全断面流量，m 3/s ；
v i —— 子断面平均流速，m/s ；
h j —— 子断面水深，m ； B j —— 子断面河宽，m 。
(4) 由单宽流量—单宽输沙率关系，及子断面河宽可求得子断面推移质输沙率；
(5) 各子断面输沙率总和为全断面输沙率。
Q Q B g b bj j bj
j m j m ==⋅==∑∑11————————(B3) 式中：Q b —— 全断面推移质输沙率，kg/s ；
Q bj —— 子断面推移质输沙率，kg/s ； g bj —— 子断面推移质单宽输沙率，kg/(s 〃m)。
(6) 建立全断面的流量—推移质输沙率关系。
本计算虽较复杂，但比式(B1)减少了确定推移质宽度B b 的工作。
二〇一一年十一月。