推移质输沙率计算
卵砾石推移质无量纲输沙率探究

卵砾石推移质无量纲输沙率探究卵砾石推移质无量纲输沙率探究在河流中,水流会带动各种颗粒物,其中包括沙子、卵砾石等。
这些颗粒物在水流中运动时,会与河底发生碰撞作用,从而摩擦出一定的能量,进而造成底部物质的磨损和侵蚀。
这些过程是河流形态变化和河床演化的重要因素,也是研究水动力学和河流地貌学的重要内容。
因此,在河流研究中,如何准确测算颗粒物质量输沙率是十分重要的。
传统的水动力学中,输沙率一般以颗粒物的输沙率或质量输沙率来表示。
而近年来,研究人员提出了一种新的描述河流输沙特性的方法,即利用无量纲输沙率来描述。
该方法不仅可以消除传统的质量和体积单位的误差,还可以更直接、更准确地反映颗粒物在水流中的运动规律。
卵砾石推移质(Bed Load)无量纲输沙率是指卵砾石在底部推移过程中所输送的质量的比例。
在河流的输沙研究中,由于颗粒物尺度和密度不同,实验结果通常只针对一种粒径的颗粒物进行研究。
因此,为了更准确地描述卵砾石在河床上的运动规律,研究者往往需要将输入的粒径、流速、水深、卵砾石的质量等各参量进行无量纲处理,再进行相关分析。
在卵砾石推移质无量纲输沙率的研究中,最常用的无量纲参数是Shields参数,即沙盾系数,它描述了水流所受到的水下碎石推动力与颗粒物所抵抗的阻力之间的关系。
Shields参数的计算方法为:$$\Theta = {{\tau / \rho_s gD} }$$其中,$\tau$为水下重力和流体剪切力之间的差值;$\rho_s$为颗粒物的密度;$g$为重力常数,$D$为颗粒物的直径。
然而,利用Shields参数来解释卵砾石推移特性仅仅是近似的方法。
因为卵砾石的形状和粗糙度比较复杂,无法通过简单的Shields参数来描述。
因此,许多研究者也采用了其他的无量纲参数,如Reynolds数、Froude数、Rouse数等,来描述卵砾石推移特性。
近年来,随着计算机技术的发展,更加复杂的计算方法和模型也被应用到了这一领域。
百色水利枢纽推移质泥沙计算方法探讨

1 0 96 0
, 高 1 2 总库容 5 . 坝 3 m, 60亿 , 为一防洪 、 电、 发
航运 、 灌溉 、 供水等 综合利 用工程 。百色水 库正常蓄 水位为
2 8m( 2 黄基 , 下同) 死水位 2 3m, , 0 水电站装机 5 万 k , 4 W 灌 溉面积 l 7 4万 h f, 7 n 航运 规模 为 2 0 级。航运码头建 ×30 t
维普资讯
20 0 2年第 l ・E R 期 P A LRI R 人 民 珠 江 VE
百 色 水利枢 纽推 移 质泥 沙计算 方法探讨
张 星
南宁 502) 3 0 3 ( 西水 电力勘测设计研究院, 广 广西
摘
要: 为了解泥沙井积对航 运码头的影响 , 百色水利 枢纽稚 移质输沙量进行 了计算 , 对 重点撂讨 了输 沙量公式 中
在库区 , 泥沙淤积对其影 响较 大 本文对其推移 质泥沙计算 方法进行探讨 , 以供参考 。 因百 色水 库坝 址没 有水 文资 料, 但其 下 游有 百色 水文 站, 制集水 面积为 2 3 控 19 0 , 百色坝址 控制集水 面积占 百色水文站的 8 %, 9 4 因此本文计 算百色水文站的推移质泥 沙, 以代表百色水库的推移质泥沙 。
式中
△——河床 凸起 度, 对天然 河流 △:( 9 ), 为 2 2.
糙率。
又根据铜鼓滩 与百 色床沙资 料, 提出下 式 ( 实测 资料 很
少, 有待进一步研究 ) ,
d :0 2 6 .3 () 2
计算 出的推移 质输 沙量 , 必须 与悬移 质特 征值 进行 比 较, 算出典型年推悬比。推移质年 内分配情况可能 与悬 移 计 质年内分配有一致性, 为便于利用流量推算 多年推移质输 沙 量, 需要计算悬 移质输 沙量 。百 色水文 站有 1 5 ~1 9 9 9 9 8年
江苏辐射沙洲海域推移质输沙率计算与分析

第16卷第29期2016年10月1671—1815(2016)29-0287-09科学技术与工程Science Technology and EngineeringVol. 16 No.29 Oct.2016©2016 Sci.Tech.Engrg.水利工程江苏辐射沙洲海域推移质输沙率计算与分析傅玲芬吴德安潘金仙(河海大学海岸灾害与防护教育部重点实验室,港口海岸与近海工程学院,南京210098)摘要根据江苏省辐射沙洲潮流水道33个站次连续两个潮次的潮流、底沙实测资料,利用比较分析与拟合研究方法,对各 潮流水道的推移质输沙率进行了计算与分析,明确了辐射沙洲主要潮流水道涨潮、落潮、全潮平均推移质单宽输沙率和输运 路线;分析得出了 1m深流速流向和临底层流速、垂线平均流速有很好的线性关系;拟合构建了江苏省辐射沙洲海域主要潮流 水道相应的推移质输沙率流速表达的动力关系式。
利用4# ~20#站位测量数据及对应计算结果计算拟合得出了西洋水道、豆腐渣腰门水道、陈家坞槽水道的推移质输沙率流速关系式。
拟合得出了 21#~24#站位所在水道的推移质输沙率计算式,得出 了沙洲中心浅滩汊道推移质输沙率关系式;发现推移质输沙率流速表达式在辐射沙洲三个不同区域是有差别。
最后利用3 3个测站的水文测量及计算结果得出了辐射沙洲的整个海域的推移质输沙率计算式。
推移质输沙率能用流速很好的表达,一是方便于计算应用,二是可反映内在动力机理。
关键词辐射沙洲 潮流水道 推移质 输沙率 统计分析中图法分类号TV92; 文献标志码A1研究背景当水流条件满足或超过初始运动条件时,河床 上的泥沙将开始运动,如果泥沙运动的方式是沿河 床滚动、滑动或有时是跳跃,则称为推移质输送。
在 一般情况下,河流的推移质输沙率是悬移质的5% ~25%。
推移质运动是一个经典力学的难题,其根 本原因在于,对于沉积物运动只有在某些特殊条件 下可以根据牛顿定律导出运动方程,多数情况下只 有连续方程而无法导出运动方程。
河流推移质泥沙计算方法

众 集 、股 份 募 、以 工 代 赈 等 多 种 资 金 使 用 的 办 法 , 全面做好农村自来水工程建设。
1 “推悬 比 ”概 念
悬 移 质 是 指“ 悬 浮 于 水 中 并 随 水 流 移 动 的 泥 沙 , 推 移 质 是 沿 河 底 滚 动 、移 动 或 跳 动 的 泥 沙 ”, 它 是 根 据 泥 沙 运 动 方 式 进 行 分 类 的 。工 程 上 为 计 算推移质方便, 一般常用推悬比表示推移质大 小 。推 悬 比 是 指 通 过 河 流 某 断 面 推 移 质 沙 量 与 悬 移质沙量的比值。即
( 下 转 第 31 页 )
2006年第 11 期( 第 24 卷 268 期)
东北水利水电
31
含水层较少甚至没有含水层, 水量不能满足生活 用水需要。受气候条件的影响地面蒸发量大, 地 表水也非常贫乏。每逢干旱时节, 地下水位大幅 度 下 降 造 成 部 分 村 屯 的 手 压 井 、筒 井 、大 口 井 干 涸 , 无 水 可 用 。 水 源 保 证 率 低 , 水 量 不 足 、用 水 不 方便, 不能保证基本的生存需求, 影响了农村经 济 发 展 和 社 会 稳 定 。再 加 上 工 农 业 和 城 市 经 济 快 速发展, 生产和生活用水量大幅度增加, 工农业 争 水 、城 乡 争 水 , 使 一 些 地 区 农 村 生 活 饮 用 水 不 足问题更加突出。
一般流域面积决定推悬比的范围, 面积越 大 , 推 悬 比 越 小 , 从 表 1 可 以 得 出 这 一 结 论 。分 析 其原因, 一方面随着流域面积的增大, 流域的坡
雨水降落到森林流域地面以后, 其枯枝落叶层, 一方面大大削弱雨强冲刷能力, 保护地面不被雨 水冲刷; 一方面把雨水涵蓄起来, 在雨后缓慢供 给河流, 从而平衡径流, 减少悬移质泥沙冲入河 道 。但 当 雨 强 较 大 时 , 超 过 土 壤 储 水 能 力 时 , 形 成 地面径流, 这样就会有相对较多的粗颗粒冲入河 道 。从 表 1 可 以 知 道 , 尽 管 该 流 域 泥 沙 总 量 很 少 , 但推悬比较大, 植被较好就是一个重要原因。该 水 库 虽 然 较 小 , 以 其 淤 积 少 、效 益 好 在 山 西 著 称 。
09 第九次课(第二章第五节)

2 2
NP
3 3
NP
4
NP(1-P)
NP(1-P)
λ D
λ D
λ D
λ D
9
四、 Einstein推移质运动理论 一、Einstein推移质输沙率公式推导 在完成第二个单步距离后,又有NP(1-P)颗沙粒沉积 如此发展下去,当走完第K个单步距离后,会有 NP k 1 1 P 颗沙粒沉积下来。
' U * Rb Jg '
u0 Rb Jg5.75 lg 10.6
2 '
2
18
一、Einstein推移质输沙率公式推导 4、泥沙起动概率与水流运动强度的关系(P~Ψ)
' FL FL FL
FL:瞬时上举力;
' ' FL:时均上举力;FL:脉动上举力; FL 0
' FL FL 1 FL FL ' FL FL
L
U
B
L
U
h
h
h t=ω
U
ω
L=Ut
2
第三次作业
第二章作业2(动床阻力与推移质输沙率)
1、已知某河流床沙d90=0.9mm,推移质平均粒径 D=0.5mm, s 2.65tf / m 3,比降J=0.0004,单宽流 量 q 3m 3 / s.m ,水深h=1.89m。忽略岸壁影响, 试用Meyer-Peter公式计算推移质单宽输沙率。 2 已知:梯形断面渠道,底宽b=5m,边坡系数m=2, 流量Q=40m3/s,坡降J=0.0008,运动粘滞系数 ν=10-6m2/s,泥沙粒径D35=0.3mm,D65=0.9mm, 水深H=1.93m。设断面平均流速U由沙粒阻力决定, R' 即 U 求沙粒阻力对应的水力半径R’。 3 、(P55:第15题)
水文测验学(第四章)

4、输沙率Qs、Qb(kg/s)
Qs Qc s
单位时间内通过河流某一 横断面的悬移质/推移质的 干沙重量,称为悬移质输 沙率Qs/推移质输沙率Qb
5、断沙 CS(kg/m3)
悬移质断面平均含沙量
6、单样含沙量(单沙)
断面上有代表性的垂线或 测点的悬移质含沙量
7、侵蚀模数Ms[t/(km2▪a)
步 骤
(一)垂线平均含沙量的计算
用积深法或垂线混合法取样,经处理直接得到垂线平均含沙量。 用逐点法取样,需用算术平均法或面积包围法计算垂线平均含 沙量。
1、畅流期
取样点的含沙量
一点法 二点法 三点法 五点法
Csm 1Cs0.6
C sm
q s 0.2
0.2
q s 0.8 0.8
缺点:①不能克服泥沙的脉动影响;②取样时,严重干扰天
然水流;③采样器关闭时口门击闭影响水流;④器壁粘沙。
取样测点要求:输沙率测验时,因断面内测沙点较多,脉动
影响相互可以抵消,每个测沙点只需取一个水样。在取单位 水样含沙量时,采用多点一次或一点多次的方法。
普通瓶式采样器由容积为500~ 2000ml的玻璃瓶制成,瓶口加有橡 皮塞,塞上装有进水管和排气管, 调整进水管和排气管出口的高差ΔH, 选用粗细不同进水管和排气管,可 以调整进口流速。
流域内单位面积上每年的 输沙总量
第二节 悬移质泥沙测验 ( Suspended Sediment Test)
二、悬移质泥沙测验仪器及使用
(一)常用采样器
横式采样器属于瞬时采 样器,器身为圆管,容积 500~3000ml,两端有筒盖, 取样时张开两盖,将采样器 下放至测点位置,水样自然 的从筒内流过,操纵开关关 闭桶盖。
基于水流功率的推移质输沙率推求方法探讨

( 3)
该 方 法存 在 以下 缺 陷 : ① 总体 来 讲 , 推 移 质 输 沙
率 与 流量 或流 速 的相关 性 较差 , 谭颖 研究 结 果表 明 , 推 移 质 的 、 值 较 大 , 如 都 江堰 站 值 约 为 1 0 —1 6 ,
宜 昌站 约 为 6 ~9 ; 都 江堰 站 值 约 为 1 4 ~4 0, 川 江朱 沱、 寸滩 、 万县 站 约为 1 8 , 宜 昌站 约为 1 4 。 龚兴 、 汤 运南 认为, 如果 或 值超 过 1 0 , 推 移质 输 沙率与 流 量或 流
率 过 程线 法 和水 力 因 素 法 两 种 。过 程 线 法 主 要 用 于 推移 质测 次 布置基 本 能控 制住 输沙 率变 化过 程 的测 站, 由于该 法要 求测 次 较 多 , 野外测验工作量较大, 目 前 仅在 少数 水 文站 使用 。水 力 因素法 不要 求 推移质 测 次 能控 制输 沙 率变 化 过 程 , 测次较少 , 在实际整编 中,
第4 5卷 第 3期 2 0 1 4 年 2月 文章编号 : 1 0 0 1— 4 1 7 9 ( 2 0 1 4 ) 0 3— 0 0 2 0— 0 4
人 民 长 江
Ya ng t z e Ri v e r
Vo 1 . 4 5. No. 3 Fe b., 2 01 4
作者简介 : 5 ' 1 德春 , 男, 教 授 级 高级 工 程 师 , 主 要 从 事 水 文 测 验 技 术 管 理 和 研 究 工作 。E—m a i l : 2 5 7 0 7 3 3 5 5 2 @q q . c o n
式中, G 为 泥沙 颗粒 水下 重量 ; 、 r 分别 为泥 沙及 水 的
实测流量悬移质输沙率计算

实测流量悬移质输沙率计算实测流量悬移质输沙率计算是水力学中的一种重要计算方法,用于研究河流、湖泊等水体中的沙质物质在水流中的运移情况,对于水资源的合理利用和环境保护具有重要意义。
下面将详细介绍实测流量悬移质输沙率的计算方法。
1.测定水流的流量:实测流量悬移质输沙率的计算首先需要测定水流的流量。
流量的测量方法有多种,常见的有水位流速法、流速积分法等。
根据实际情况选择适当的流量测量方法,并在测量过程中注意准确、精密。
2.测定沉积物的质量和体积:在水流中,悬移质是以颗粒的形式存在的,因此需要测定沉积物的质量和体积。
质量的测定可以通过称重的方法进行,体积的测定可以通过容积计等仪器进行。
3.计算悬移质的输沙率:根据测得的水流流量、沉积物的质量和体积,可以计算出悬移质的输沙率。
输沙率的计算一般采用下面的公式:输沙率(t/km²·a)= 沉积物质量(t)/ 沉积物体积(km³)/ 流域面积(km²)/ 测量时间(a)其中,沉积物质量是指沉积物的总质量,沉积物体积是指沉积物的总体积,流域面积是指河流或湖泊对应的流域面积,测量时间是指实测流量和沉积物质量的时间跨度。
4.数据处理和分析:得到悬移质的输沙率数据后,还需要进行数据处理和分析。
可以通过统计学方法对数据进行处理,计算平均值、标准差等参数,以评估数据的可靠性和稳定性。
对于实测流量悬移质输沙率计算的结果,需要根据实际情况进行分析和应用。
输沙率的大小反映了水流中沉积物的运动情况,对于水土保持、防洪减灾等工程设计和管理具有重要意义。
此外,还可以通过输沙率的计算结果评估河流、湖泊等水体的水质状况,对水环境保护和管理提供参考。
需要注意的是,实测流量悬移质输沙率的计算结果可能存在一定的误差,因此在实际应用中需要结合其他测量方法和监测数据进行综合分析和判断。
总之,实测流量悬移质输沙率的计算方法对于研究水流中沙质物质的运移规律和水体的水质状况具有重要意义。
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解:1、D=0.05mm
选用层流区岗恰洛夫沉速公式
1 s gd 2 24
1
0.05103 2
1.65 9.8 24
106
0.00168m / s 0.168cm / s
8
1、D=0.05mm
张瑞瑾公式
13.95
2 1.09 s
11
3、D=5mm
沙玉清紊流区沉速公式
1.14 s gD 1.14 1.65 9.8 5103
0.3270m / s 32.7cm / s
张瑞瑾各区统一沉速公式
13.95
2
1.09 s
gD 13.95
D
D
13.95
U 4.6D h 天然沙,重率
2.65kg/m3
0
1/3 1/6
U 6D h 当大量泥沙起动
时:
C
1/3 1/6
• 3.1.2岗卡洛夫公式(D=0.08-1.5mm)
UC
1.07 lg
8.8h D95
S gD
• 3.2粘性泥沙沙的起动流速公式 • 3.2.1窦国仁公式
1.4.2赵连白、袁美琦公式
本公式与张瑞瑾公式的形式完全相同。
4.5统计分析方法建立的推移质输沙率公式
爱因斯坦在1950年建立的推移质输沙率公式
Φ推移质输沙强度函数;Ψ水流强度函数。A*,B*根据均匀沙推移质试验成果确定, A*=43.5,B*=0.143.
Φ和Ψ之间关系的建立
Einstein校正系数图
(D<0.15mm)
g2/ 3 1/3
s
2/ 3
D
1 .068 s gD
(D>1.5mm)
-
沙玉清
1 s gD 2 lg S a 3.790 2 1 .14 s gD
24 lg 5 .777 2 39
gD 13.95
D
D
13.95
106 0.05 103
2
1.09
1.65
9.8
0.05
103
106 13.95 0.05 103
0.00157m / s 0.157cm / s
9
2、D=0.5mm
沙玉清过渡区泥沙沉速的实用算式 (单位采用kg、m、s制)
务实、 创新、 担当、共赢
Practice Innovation Responsibility Win-win
1.我国泥沙界两院院士
1.我国泥沙界两院院士
2.泥沙沉降速度计算
2.1 沙粒雷诺数
Red
D
泥沙运动状态 示意图
运动特点
沙粒铅直下沉,周围水体几 颗粒摆动下沉,颗粒后的水体颗粒盘旋下沉,附近水体产生
4.2.3沙漠夫公式
4.2.4窦国仁公式
对综合系数k0的取值修正,即为修正的窦国仁公式: k0=0.005+0.008115P+0.02392P2-0.06336P3+0.1263P4,p为床沙可动百 分数,比如,可起动粒径百分数为50%,则计算时取0.5。
4.2.5秦荣昱公式
床沙可悬浮百分数PS的计算步骤如下:
沉速公式
沉速与各变量的关 系
层流区
1 s gD 2 24
与 D 2 , g、 s (有效容重系数)的一次方及 1 成正比
过渡区
g2 /3 1/3
s
2 /3 D
与 D 、与 g 和 s 的 2/3 次方、及 1 / 3 成正比
-
(D<0.1mm)
(D>2.0mm)
层流区,采用Stokes公式;
过渡区,采用沙玉清的过渡区公式;
紊流区,采用岗恰洛夫紊流区公式;
在实际工作中,常采用张瑞瑾各区统一公式计算沉速。
13
3、泥沙起动流速的计算
• 3.1无粘性均匀沙的起动流速公式
• 考虑的条件:泥沙粒径是均匀的;颗粒之间没有粘结力
• 3.1.1 沙莫夫公式(适用范围 D > 0.2㎜)
5推移质计算的准备工作
• 5.1、基本资料 • 河床质泥沙级配曲线; • 计算断面大断面图; • 河道纵断面图; • 水位流量关系曲线; • 5.2、转换的基本资料 • 流量~平均流速关系; • 流量~平均水深关系; • 流量~平均和宽关系。 • 5.3流量资料
• 根据流量系列资料,提出丰水年、平水年、枯水年逐日流量资料。根据丰、平、枯水年的流量资料,
d
d
• ③如果计算的沉速ω与ωsk 相等,则假定的DS正确,否则重新假 定计算;
• ④根据试算的DS值,查推移质泥沙颗粒级配曲线,即可得出可悬 浮粒径百分数PS。
•
4.3基于水流功率理论建立的推移质输沙率公 式
• 4.3.1拜格诺公式
4.3.2雅林公式
4.3.3艾克尔斯及怀特公式
4.4几何形状尺寸和运行速度为参变数的沙波运动理论 • 4.4.1张瑞瑾公式
进行流量分级。
6、推移质计算的步骤
① 假设流量Qi,由水位求得各水力要素即vi,hi,bi等; ② 根据计算的Vi计算起动最大粒径Dmax; ③ 由起动最大粒径对床沙质粒径级配曲线进行“砍头”;给出推移质 泥沙颗粒级配曲线;并对推移质颗粒级配曲线进行调整。最大粒径的百 分数是100,据此对以下的粒径的百分数进行修订,修订完成后即可计 算平均粒径Dm, D35,D50, D65 ,D95等,根据推移质输沙率公式待用。
6、推移质计算的步骤
6、推移质计算的步骤
• 平均粒径的计算公式:
dm
dmi pi pi
• ④根据平均粒径再利用起动流速公式计算“起动流速”; • ⑤利用前述推移质输沙率公式计算“单宽推移质输沙量”; • ⑥单宽推移质输沙量乘推移质输沙带宽度,即可获得推移质输沙量; • ⑦逐日输沙率按照整编规范计算月年输沙率,即可获得丰平枯水年逐
lg
1/
3
3.386 2
lg
d
2/
3
5.3742
39
χ
lg
106
1/ 3
2 3.386
lg
0.5 103 106 2 / 3
2 5.374
39
解得
0.0568m / s 5.68cm / s
13.95
2 1.09 s
gd
13.95
d
d
注:ν 为水的运动粘滞系数,它与水温t的关系为 ν =0.01775/(1+0.0337t+0.000221t2,
2.4举例计算
例、计算粒径为d=0.05mm,0.5mm,5.0mm的泥沙沉 速,假定水温为20℃,运动粘滞系数为ν=10-6m2/s。
过渡区 -
紊流区 -
各区统一式 -
张瑞瑾
1 s gD2 25.6
-
(D<0.1mm)
1 .044 s gD
(D>4mm)
13.95
2
1.09s
gD
13.95
D
D
冈恰洛夫
1 s gD 2 24
106 5 103
2
1.09 1.65
9.8
5 103
13.95 106 5 103
0.2941m / s 29.41cm / s
12
2.5总结
作者 Stokes
层流区
1 s gD 2 18 (D<0.1mm)
10
2、D=0.5mm 张瑞瑾公式
13.95 2 1.09 s gD 13.95
D
D
13.95
106 0.5 10
32 1.源自91.65
9.8
0.5
103
13.95
106 0.5 10
3
0.0700m / s 7.00cm / s
日推移质输沙率。
7、有关问题的讨论
• 7.1推移质河宽的问题 • 对于山区性河道,由于两岸悬崖峭壁,推移质河宽可取整个河道
断面;对于平原河道,要根据实际情况取推移质输沙河宽。
7、有关问题的讨论
• 7.2计算单位 • 推移质输沙率公式一般比较复杂,单位也比较复杂,推移质计算
时最好研究“原著”,对原公式的每一个参数的物理意义及采用 单位进行逐个研究,才能保证计算成果“正确”。
ωsk为床沙颗粒的浮、沉特征速度,沉速ω≤ ωsk时沙粒为悬移质, 沉速ω > ωsk时为推移质;Kd为一系数,与可悬浮粒径Ds的大小有 关
• 计算的步骤如下:
• ①先假定一可悬浮粒径DS,由上表可查出一Kd值,根据
• 可计算出ω sk ;
• ②根据张瑞瑾公式计算泥沙沉速: 13.95 2 1.09 s gd 13.95
(颗粒周围水 乎不发生紊动现象。
开始发生扰动、产生漩涡。 强烈的扰动和涡动。
体流态)
Re D