近年来泥沙数学模型要求不仅要能够计算沿程冲淤和总含沙量沿程变化，还要能够计算悬沙与床沙的级配组成及其变化。为此，就必须建立非均匀沙分组输沙能力的计算方法。何明民和韩其为在研究非均匀悬移质不平衡输沙时引进了输沙能力级配的概念，认为一般条件下，输沙能力级配不仅取决于床沙级配，而且还与含沙量级配有关。并且证明，在明显淤积条件下，淤积物级配即为有效床沙级配，含沙量级配即为输沙能力级配。......
2023-06-22
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。
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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