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探讨岷江特色输沙率计算方法

时间:2023-06-24 理论教育 版权反馈
【摘要】:可见梅叶—彼德公式及其水槽试验不符合岷江河床组成特点及推移质运动情况。图4床沙部分可动的卵石推移质输沙率公式针对我国西南地区山区河流河床卵石具有部分可动和部分不动的特点,提出的推移质输沙率计算公式,其计算成果符合南桠河水槽试验资料及长江寸滩站实测资料如图4。所以提出的公式可用于分析都江堰工程有关推移质泥沙问题。图5都江堰推移质输沙率计算和模型试验及原体观测比较

探讨岷江特色输沙率计算方法

四川省水利设计院等单位曾选用常用的各家公式,计算都江堰年推移质输沙量在232万~495万t,互相间出入很大。现沿用较多的梅叶—彼德公式,是从全部床沙粒径均处于可动的条件下的水槽试验成果整理得来的。岷江河床系由不均匀卵石及砂砾所组成,粗细颗粒相差较大,其中粗粒径组在一般的流量下是不能起动的。因此岷江河床卵石具有部分可动(即小于对应水力条件的起动粒径部分),部分不动(即大于对应水力条件的起动粒径部分)的特点。可见梅叶—彼德公式及其水槽试验不符合岷江河床组成特点及推移质运动情况。

分析前人的工作,总结前水利水电科学研究院及成都勘测设计院1965年为映秀湾工程而进行的水槽比尺输沙模型试验成果,及成都勘测设计院为南桠河工程的水槽试验和原型测验成果,考虑河床部分可动、部分不动的特点,和大颗粒不可动部分对可动床沙质的荫蔽作用,引进了床面可动面积百分数P;不动颗粒对可动颗粒的掩蔽参数d/D;及不均匀床沙的绕流旋涡掀沙参数D90/D。提出山区河流卵石河床的推移质输沙率计算公式如下:

式中:qS为单位宽度推移质输沙率,t/(s·m);γS为沙粒重率,一般取用2.65t/m3;ρS及ρ分别为沙及水的密度;g为重力加速度,m/s2;D90床沙中90%小于该粒径,m;D为床沙平均粒径,m;d为推移质平均粒径,m;P为床沙可动百分数;dmax为推移质最大粒径,m;可用下式确定dmax

式中:Δ为河床凸起高度,对天然河流Δ=(22.9n)6;n为曼宁糙率系数;H为断面平均水深,m;i为水面比降。

应用上述公式计算河道输沙率的步骤如下:

(1)整理河道的水文资料,得出流量Q与断面平均水深H、水面比降i、糙率系数n、水面宽B的关系曲线。将河道可能出现的流量范围分成若干级,分别查出对应的H、i、B、n的数值。(www.xing528.com)

(2)根据河道的平均水深H、水面比降i、糙率n计算推移质最大粒径dmax。根据河床质级配曲线及推移质最大粒径,推求推移质级配曲线及平均粒径d及床沙可动百分数P、河床质D90和D。

(3)将D90、D、d、dmax等数值代入公式计算出单宽推移质输沙率qS,再乘以水面宽度B即可得出对应流量下的河道推移质输沙率。

图4 床沙部分可动的卵石推移质输沙率公式

针对我国西南地区山区河流河床卵石具有部分可动和部分不动的特点,提出的推移质输沙率计算公式,其计算成果符合南桠河水槽试验资料及长江寸滩站实测资料如图4。用之计算都江堰河段推移质输沙率,见图5。从中可以看出计算的输沙率与都江堰动床模型试验成果相接近,与都江堰原体观测资料相比则偏大;但比用改正的梅叶—彼德公式计算的输沙率接近都江堰原体观测资料。所以提出的公式可用于分析都江堰工程有关推移质泥沙问题。计算公式的进一步完善还有待于都江堰河段和其他河流推移质实测资料的补充验证,但对于我国许多缺乏推移质实测资料的山区河流估计推移质输沙率具有现实意义。

图5 都江堰推移质输沙率计算和模型试验及原体观测比较

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