恢复饱和系数浅析..doc

恢复饱和系数公式收集及比较 梁连松 恢复饱和系数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重要参数，即： 式中，为含沙量，为泥沙沉降速度，为单宽流量，为水流纵向坐标，为挟沙能力。当越大时，变化就越快，于是含沙量和挟沙能力恢复得也就越快。 恢复饱和系数的物理意义 对于恢复饱和系数的物理意义,各家有不同的解释。窦国仁在建立一维泥沙连续方程时，将解释为泥沙沉降概率。韩其为认为值是临底含沙量与垂向平均含沙量之比。 张书农、华国祥认为是在泥沙重力和水流紊动的综合作用下能沉积在床面上的泥沙量与可能下沉的泥沙量之比，表征其关系的特征值是，尽管解释有所差异，但均涉及重力作用于水流紊动作用。 武汉水利电力学院河流泥沙工程学教研室认为是一个变量，与泥沙沉速、水深以及水流摩阻流速有关。 常见的三类恢复饱和系数研究 目前，对泥沙的恢复饱和系数已经开展了大量的理论研究，根据研究思路和所依据的物理模型的不同，常见一般可分为3类： 第一类是在直接建立一维泥沙连续方程是将解释为泥沙沉降概率，其值小于1 其中为脉动速度，，为竖向脉动速度。 第二类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。由于边界条件不尽合理，恒大于1，结果也无法符合实际。 如张启舜为应用简便，将不平衡的过程简化为一维的变化过程，将称为扩散系数，可分为两部分，即水体的扩散与底部的交换两个部分，其计算值大于1。但作者同时也指出了的实际值往往小于1，这可能是多种因素共同影响的结果，如床沙的交换，含沙浓度的影响等等。 周建军等试图沿横向积分以降低其数值，其恢复饱和系数的公式为 式中，为加权因子，为Rouse数。但只考虑流速分布的影响，并未反应扩散及“恢复”的作用。 假定不平衡输沙和平衡输沙的河堤含沙量梯度相同，积分二维扩散后得出为底部含沙量（或挟沙能力）与垂向平均含沙量（或平均挟沙能力）的比值，其值也大于1。 第三类，积分二维扩散方程，当边界条件比较简单时，得出为底部含沙量（底部挟沙能力）对平均含沙量（平均挟沙能力）的比值，显然也大于1。 非均匀沙恢复饱和系数研究 70年代，韩其为研究了非均匀质悬移质不平衡输沙的规律，通过实测资料分析，认为冲刷时取1.0，淤积时取0.25，不同粒径组泥沙取值相同。此后相当长一段时间内，许多泥沙数学模型都采用了这一研究成果。该种计算方式会出现一些不令人满意的地方。 如将其应用于非均匀悬移质输移计算时，相当于： 其中，是第粒径组泥沙的恢复饱和系数；是粒径组下标。 若取为定值，则含沙量沿程恢复饱和系数的速率仅与该粒径组泥沙的沉速有关，则含沙量恢复饱和的速率就越大；沉速越小，则含沙量恢复饱和系数的速率就越小。由于各粒径组的泥沙粒径可能相差几个数量级，不同组粒径的泥沙恢复饱和速率因此相差较大，冲得比细粒径，这样计算有可能发生河床发生细化的反常结果，而且，相当粗的粒径组，细粒径组的冲淤量极小，常常可以忽略不计。为此，一些研究理论相继提出用来解决这一问题。 韩其为等 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。 韩其为根据非均匀沙交换强度理论建立的二维扩散方程边界条件表达式，从理论上较为深刻地研究了恢复饱和系数随冲淤状态的变化，定义冲淤强平衡时的恢复饱和系数。 数值计算的结果，可发现： 1粒径固定是，也固定，故随着的减小，愈来愈大，故止动概率减小 2尽管变化的规律较复杂，但其幅度并不是很大，在0.0199至5.88之间。 3大于1的值均在小的时候 4如果舍去不常见的和的数据，剩下的平均值是0.68，舍去一个代表性较差的点，其平均值为0.5 冲淤不平衡条件下的恢复饱和系数 式中，为泥沙的落距，为不止动概率，为悬移质单步距离的倒数，等于床面颗粒处于疏松状态下的起悬概率，是悬移质单步距离。由该式可知，恢复饱和系数仅取决于止悬概率，止动概率及单步距离和落距，为颗粒上升的期望。 考虑到冲刷时较之平衡时其含沙量沿垂线分布靠近底层，故较平衡是要小，因此较要大；反之对于淤积，则相反，即较之要小。结合实测资料，则冲刷是可取，淤积是. 张红武等 通过引入泥沙非饱和系数和附加系数的概念，对分组沙的河床变形方程进行了改造，并提出了平衡含沙量的分布系数（相对于恢复饱和系数）的理论计算公式，如下： 其中， 式中，为相对水深；表示摩阻流速；C为谢才系数；、为涡团及浑水卡门常数。 经验关系式 韦直林认为恢复饱和系数反映了各种复杂因素对河床变形速率及含沙量恢复饱和速率的影响，只能通过模型验证来率定，经反复调试计算，最后得出了分组沙的恢复饱和系数与其沉速成反比的经验关系式。 王宗文、韦直林等在使用复合一维水沙数学模型对黄河河口挖河减淤的效果进行研究时，对于恢复饱和系数做了如下处理： 1 对不同粒径组用不