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2025-09-29
床沙非均匀性对影响土壤渗透性的研究
【摘要】：第二类方法是基于非均匀沙的某一代表粒径来计算床沙质输沙能力。式所示的概念忽略了非均匀沙的掩蔽—暴露作用，但这一作用在沙质河流中并不十分显著，因为所有非均匀沙通常均处于运动之中。式和基于D50的式 所给出的床沙质输沙率之间存在差异。这说明采用基于D50的均匀沙公式所计算的非均匀沙输沙率偏低。因此，对于非均匀沙而言，Kd作为修正因子与适合于均匀沙的输沙能力公式 联合使用，便可得到更为可靠的结果。
非均匀沙输沙能力的计算方法通常可分为两大类。第一类方法先直接计算非均匀沙中每个粒径组的输沙能力，总的床沙质输沙能力则通过分组输沙能力求和来确定，经典的Einstein方法(Einstein，1950)便是该类方法的一个很好例子。由于混合沙输移的复杂性，以及对分组泥沙运动规律及其对其他粒径组泥沙影响的认识不够，这类方法通常难以得到令人满意的结果(Misri，1984;Samaga等，1986b;Swamee&Ojha，1991)。
第二类方法是基于非均匀沙的某一代表粒径来计算床沙质输沙能力。这类方法给出的计算结果一般较为可靠，并在实践中应用较为广泛。基于床沙中值粒径D50的Engelund-Hansen (1967)公式是该类方法中的典型代表，可表示为:
其中
其中
式中:fE为Engelund-Hansen所定义的阻力系数;θ为无量纲的河床剪切力;Φ 为输沙强度函数;τ为河床剪切力;g 为重力加速度;qt为以重量计的单宽输沙率;sg=γs/γ。
从概念上讲，用对应粒径组的平均 (或几何平均)粒径Dk来代替D50，Engelund-Hansen方法便可用于非均匀沙的分组输沙率计算。首先，假定床面泥沙按粒径大小划分为不同的组别，每组泥沙具有相应的可能输沙能力，而不管颗粒是否真的存在;然后，各粒径组泥沙在河床上的实际存在或补给率，可用ΔPbk表示。将补给率和可能输沙能力相乘就可以得到如下的输沙能力表达式
式中:fE为Engelund-Hansen所定义的阻力系数;θ为无量纲的河床剪切力;Φ 为输沙强度函数;τ为河床剪切力;g 为重力加速度;qt为以重量计的单宽输沙率;sg=γs/γ。
从概念上讲，用对应粒径组的平均 (或几何平均)粒径Dk来代替D50，Engelund-Hansen方法便可用于非均匀沙的分组输沙率计算。首先，假定床面泥沙按粒径大小划分为不同的组别，每组泥沙具有相应的可能输沙能力，而不管颗粒是否真的存在;然后，各粒径组泥沙在河床上的实际存在或补给率，可用ΔPbk表示。将补给率和可能输沙能力相乘就可以得到如下的输沙能力表达式
式中:Qs为床沙质输沙率;Qsk为分组床沙质输沙率;Qspk为假定相同水力条件下，粒径为Dk的均匀沙的可能输沙率;k表示分组编号;K 为分组数;f(u)为式(2-32)所示对数正态分布的概率密度函数。
式(2-37)所示的概念忽略了非均匀沙的掩蔽—暴露作用，但这一作用在沙质河流中并不十分显著，因为所有非均匀沙通常均处于运动之中。如果是用于卵石河床的河流，这一概念还需要深入论证。
式中:Qs为床沙质输沙率;Qsk为分组床沙质输沙率;Qspk为假定相同水力条件下，粒径为Dk的均匀沙的可能输沙率;k表示分组编号;K 为分组数;f(u)为式(2-32)所示对数正态分布的概率密度函数。
式(2-37)所示的概念忽略了非均匀沙的掩蔽—暴露作用，但这一作用在沙质河流中并不十分显著，因为所有非均匀沙通常均处于运动之中。如果是用于卵石河床的河流，这一概念还需要深入论证。
式中:C 为系数;b为指数。(https://www.chuimin.cn)
式(2-37)和基于D50的式 (2-34)所给出的床沙质输沙率之间存在差异。令Kd为这两个不同方法所得到的Qs的比值，即
式中:C 为系数;b为指数。
式(2-37)和基于D50的式 (2-34)所给出的床沙质输沙率之间存在差异。令Kd为这两个不同方法所得到的Qs的比值，即
从z的定义可以得到
从z的定义可以得到
因此
因此
最后得到
最后得到
上述公式表明，Kd随着σg的增加而增加，其最小值1对应着均匀分布或σg=1。这说明采用基于D50的均匀沙公式所计算的非均匀沙输沙率偏低。因此，对于非均匀沙而言，Kd作为修正因子与适合于均匀沙的输沙能力公式 (如Engelund-Hansen公式)联合使用，便可得到更为可靠的结果。
上述公式表明，Kd随着σg的增加而增加，其最小值1对应着均匀分布或σg=1。这说明采用基于D50的均匀沙公式所计算的非均匀沙输沙率偏低。因此，对于非均匀沙而言，Kd作为修正因子与适合于均匀沙的输沙能力公式 (如Engelund-Hansen公式)联合使用，便可得到更为可靠的结果。
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