流速与泥沙起动概率关系研究.pdf

维普资讯 一 四 川 水 利 2o04．No．3 试l5 验 I5研 究 。 ‘毒 流速与泥沙起动概率关系研究术 王智娟，刘兴年 (四川大学高速水力学国家重点实验室，成都，610065) 【摘 要】泥沙的起动概率研究，首先直接利用对泥沙颗粒在水流中的受力情况的分析，推导出泥沙处于临界起动 状态时的近底水流流速 ；然后运用概率论的思想，建立其与泥沙起动概率的关系；再根据相关公式将近底流速转变为容 易测量的垂线平均流速 ，使得泥沙的起动概率可直接通过测量水流速度来确定，为泥沙起动的研究提供了一个很好的工 具 【关键词】泥沙起动 起动概率 附加质量力 起动流速 泥沙颗粒在水流作用下由静止转为运动的现 象称为泥沙起动。泥沙起动是泥沙运动理论的基 一 √／ 本问题之一 ，也是泥沙研究的难点问题之一。对 于泥沙起动的条件，国内外许多专家学者都进行 式中：m——在时问t内从床面面积为A范围内冲 了大量的研究和实验，得出了很多计算公式。众 刷它移的泥沙颗粒数。 多研究结果表明，泥沙的起动具有很强的不确定 另外窦国仁以近底流速作为标志泥沙起动的 性。虽然从理论上来说，当水流强度达到一定限 水力指标，考虑到水流的脉动性，提出了克雷默三 度时，泥沙颗粒就会在其作用下由静止转为运动 种泥沙运动强度相应的概率： 状态 ，但是实际情况并非如此。由于泥沙本身的 弱动 P1=P(／,／6／,／6+3o-)=0．001135 性质 ，如颗粒的大小 、形状 、比重，以及泥沙问的排 列情况等，还有水流运动 的脉动性和河床 的几何 中动 P2=P(Z／6Z／6+2o-％)=0．0227 形状和糙度等，都对泥沙起动有很大的影响。因 普动 P3：P(Z／6Z／6+-o )=0．159 此 ，要想准确地确定一个临界流速 ，使泥沙在低于 另外，还有用输沙率作为判断标准的，主要有 这个流速时全部静止 ，而高于这个流速时所有的 零输沙率和低输沙率两种。在室内和野外资料整 泥沙都运动是不可能的uJ。总之 ，泥沙的起动具 理时，通过绘制单宽输沙率与垂线流速的关系，将 有很强的不确定性，具有随机的性质。 关系线外推，找到当输沙率为零时对应的起动流 l 泥沙起动标准的研究现状 速，即采用零输沙率的标准。美国水道实验站曾 克雷默(H．Kramer)最早对泥沙起动的随机 针对性的提出以推移质输沙率达到4．1×10 g／ 性进行了描述和划分，他把推移质的运动分为四 cm ·s为起动标准。韩其为提出以均匀沙无量纲 个阶段：无泥沙运动，轻微的泥沙运动，中等强度 输沙率 ／y；∞d=0．000317为起动标准，非均匀 的泥沙运动和普遍的泥沙运动…这种划分不能作 沙 以分组无量 纲输 沙率 ．／y，∞ ．咖 = 为判断泥沙起动的标准，因为它只是一种定性的 0．000113为起动标准。其中，∞ 为泥沙粒径的函 方法 ，观测的结果因人而异。 为了