基于起动概率的清水冲刷后河床粗化层级配的计算方法
发布时间：2021-07-23 22:41
河床粗化过程中,床面表层泥沙颗粒的相对位置随机变化,对于非均匀沙输移特性的研究较为困难,已有研究大多采用试验方法.为了定量描述河床粗化过程中泥沙颗粒间的相对位置关系,首先提出非均匀沙暴露角θi的概念,并建立暴露角θi与隐蔽度Δi及非均匀系数σg的关系式,得到了非均匀沙起动过程中的力臂计算公式;在此基础上,运用概率分析法,从理论上推导出河床粗化过程中床面泥沙的可悬及可滚概率,进而得到了基于起动概率的清水冲刷后河床粗化层级配的计算方法,该方法也能用于预测泥沙输移过程中的推移质级配;最后采用搜集到的宽级配非均匀沙清水冲刷水槽试验资料对本文提出的计算方法进行验证,验证结果表明公式计算值与实测资料符合较好.因此本文提出的河床粗化层级配计算方法,可为天然河流中沙质河床或卵石夹沙河床粗化机理研究提供依据.
【文章来源】：应用基础与工程科学学报. 2020,28(06)北大核心EICSCD
【文章页数】：13 页
【部分图文】：
非均匀沙隐蔽度及暴露角示意
非均匀沙起滚、起悬示意
首先采用四川大学何文社的清水冲刷水槽试验资料[21]，对本文公式进行验证．该试验水槽长16m、宽0.3m、高0.4m，变坡范围0～2%，试验段长12.8m，铺沙厚度为5cm．试验过程中，床沙处于部分可动状态，流量稳定并形成均匀流时开始全过程计时接沙，每次接沙5min，直至粗化层形成，并在预定断面进行取样．冲刷试验完成后，实测粗化层级配为河床表层可见的泥沙颗粒级配．粗化后计算与实测的床沙级配，如图3所示．实测资料中，Run5～Run8试验组为人工配沙(天然沙)．此外，在Run8D试验组测得表层加次表层、表层加床沙及试验末泥沙级配，并与初始床沙级配进行了对比;发现冲刷粗化后的4种泥沙颗粒级配粗化程度区别较大，其中实测粗化层(表层泥沙)粗化程度最为明显．由图3可知，Run5C～Run8D试验组床沙粗化前后表层床沙平均粒径明显变粗，床沙级配粒径范围趋窄．为了更直观的反映本文公式的计算精度，选用泥沙特征参数———几何均方差σg(非均匀系数)及床沙代表粒径d50t[26]进行讨论．由图3及表1可以看出，几何均方差σg及床沙代表粒径d50t计算值与实测值误差较小，除个别点外，本文粗化层级配计算值与水槽冲刷试验的实测结果符合较好，能较好地预报床沙粗化后的级配．所以在研究清水冲刷河床粗化级配时，考虑细颗粒泥沙起悬及非均匀泥沙颗粒间的隐蔽及暴露作用对泥沙输移的影响是必要的．
【参考文献】：
期刊论文
[1]清水冲刷下非均匀卵石床面粗化过程及分选模式[J]. 冀坷帆,徐海珏,白玉川. 水力发电学报. 2017(04)
[2]基于相对暴露度的无黏性均匀泥沙起动流速公式[J]. 张根广,周双,邢茹,梁宗祥. 应用基础与工程科学学报. 2016(04)
[3]三峡工程运用对近期荆江段平滩河槽形态调整的影响[J]. 夏军强,邓珊珊,周美蓉,卢金友. 水科学进展. 2016(03)
[4]粗化层厚度及其级配的研究[J]. 王艳华,程小兵,乐培九. 泥沙研究. 2013(03)
[5]粗化层破坏过程中的最大推移质输沙率试验研究[J]. 聂锐华,刘兴年,杨克君,曹叔尤. 四川大学学报(工程科学版). 2013(02)
[6]枢纽下游河床冲刷深度和水位降落估算方法[J]. 乐培九,程小兵,王艳华,朱玉德. 泥沙研究. 2012(03)
[7]沙质河床冲刷过程中床沙级配的模拟[J]. 钟德钰,王光谦,丁赟. 水科学进展. 2007(02)
[8]非均匀推移质输移特性研究[J]. 何文社,曹叔尤,袁杰,戴会超. 四川大学学报(工程科学版). 2006(06)
[9]清水冲刷河床稳定粗化层级配计算[J]. 何文社,曹叔尤,张红武,刘兴年. 水力发电学报. 2003(02)
[10]床沙代表粒径与输移泥沙中值粒径的关系[J]. 吴保生,马吉星. 泥沙研究. 2002(02)
博士论文
[1]非均匀沙运动特性研究[D]. 何文社.四川大学 2002
本文编号：3300177
【文章来源】：应用基础与工程科学学报. 2020,28(06)北大核心EICSCD
【文章页数】：13 页
【部分图文】：
非均匀沙隐蔽度及暴露角示意
非均匀沙起滚、起悬示意
首先采用四川大学何文社的清水冲刷水槽试验资料[21]，对本文公式进行验证．该试验水槽长16m、宽0.3m、高0.4m，变坡范围0～2%，试验段长12.8m，铺沙厚度为5cm．试验过程中，床沙处于部分可动状态，流量稳定并形成均匀流时开始全过程计时接沙，每次接沙5min，直至粗化层形成，并在预定断面进行取样．冲刷试验完成后，实测粗化层级配为河床表层可见的泥沙颗粒级配．粗化后计算与实测的床沙级配，如图3所示．实测资料中，Run5～Run8试验组为人工配沙(天然沙)．此外，在Run8D试验组测得表层加次表层、表层加床沙及试验末泥沙级配，并与初始床沙级配进行了对比;发现冲刷粗化后的4种泥沙颗粒级配粗化程度区别较大，其中实测粗化层(表层泥沙)粗化程度最为明显．由图3可知，Run5C～Run8D试验组床沙粗化前后表层床沙平均粒径明显变粗，床沙级配粒径范围趋窄．为了更直观的反映本文公式的计算精度，选用泥沙特征参数———几何均方差σg(非均匀系数)及床沙代表粒径d50t[26]进行讨论．由图3及表1可以看出，几何均方差σg及床沙代表粒径d50t计算值与实测值误差较小，除个别点外，本文粗化层级配计算值与水槽冲刷试验的实测结果符合较好，能较好地预报床沙粗化后的级配．所以在研究清水冲刷河床粗化级配时，考虑细颗粒泥沙起悬及非均匀泥沙颗粒间的隐蔽及暴露作用对泥沙输移的影响是必要的．
【参考文献】：
期刊论文
[1]清水冲刷下非均匀卵石床面粗化过程及分选模式[J]. 冀坷帆,徐海珏,白玉川. 水力发电学报. 2017(04)
[2]基于相对暴露度的无黏性均匀泥沙起动流速公式[J]. 张根广,周双,邢茹,梁宗祥. 应用基础与工程科学学报. 2016(04)
[3]三峡工程运用对近期荆江段平滩河槽形态调整的影响[J]. 夏军强,邓珊珊,周美蓉,卢金友. 水科学进展. 2016(03)
[4]粗化层厚度及其级配的研究[J]. 王艳华,程小兵,乐培九. 泥沙研究. 2013(03)
[5]粗化层破坏过程中的最大推移质输沙率试验研究[J]. 聂锐华,刘兴年,杨克君,曹叔尤. 四川大学学报(工程科学版). 2013(02)
[6]枢纽下游河床冲刷深度和水位降落估算方法[J]. 乐培九,程小兵,王艳华,朱玉德. 泥沙研究. 2012(03)
[7]沙质河床冲刷过程中床沙级配的模拟[J]. 钟德钰,王光谦,丁赟. 水科学进展. 2007(02)
[8]非均匀推移质输移特性研究[J]. 何文社,曹叔尤,袁杰,戴会超. 四川大学学报(工程科学版). 2006(06)
[9]清水冲刷河床稳定粗化层级配计算[J]. 何文社,曹叔尤,张红武,刘兴年. 水力发电学报. 2003(02)
[10]床沙代表粒径与输移泥沙中值粒径的关系[J]. 吴保生,马吉星. 泥沙研究. 2002(02)
博士论文
[1]非均匀沙运动特性研究[D]. 何文社.四川大学 2002
本文编号：3300177
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