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观察沙波运动的规律-桥涵水文学

【摘要】:观察发现,泥沙起动后,当推移质运动到一定规模时河床表面便形成起伏的沙波。沙波的形成是水流作用的结果,与水流强度有密切关系。天然河流的沙波运动,一般是指沙垄而言。沙波运动不是泥沙的整体移动,而是泥沙颗粒运动的综合结果。桥梁墩台处的河床随沙波运动而变化,直接影响墩台的冲刷深度。河床上有沙波运动时,即使水流为恒定流,局部冲刷坑的深度仍将随时间而变动,沙波运动的规模越大,冲刷坑深度的变幅也越大。

观察发现,泥沙起动后,当推移质运动到一定规模时河床表面便形成起伏的沙波。沙波运动是推移质运动的主要形式,它对河床形态、河床演变和推移质输沙量,都有直接影响,与桥梁墩台的冲刷深度,也有一定关系。

沙波的形成是水流作用的结果,与水流强度有密切关系。泥沙起动后,弗汝德数很小时,床面出现沙纹。波长由几厘米到十几厘米,波高有1~2cm,常见于天然河流的河滩上;弗劳德数增大到一定程度,沙纹成为沙垄,沙垄比沙纹大得多,二者剖面形状相似,也常见于天然河流的河滩上;水流强度再增大,则形成沙丘,是一种结构状泥沙堆。天然河流的沙波运动,一般是指沙垄而言。

沙纹和沙垄都属于一般沙波,它们出现在Fr<1的缓流河槽中;当Fr接近1时,沙波将逐渐消失,河床趋向平整;当Fr>1时(在急流河槽)中,将出现纵剖面上下游对称的逆行沙波。(www.chuimin.cn)

沙波运动不是泥沙的整体移动,而是泥沙颗粒运动的综合结果。沙波迎水坡面附近的流速是沿程增大的,使该区域发生冲刷,泥沙颗粒被冲起后落入背水坡面的漩涡区内,又被水流挟带到背水面的坡角处停滞淤积起来,逐渐淤高;这种泥沙颗粒的搬运结果,形成沙波向下游缓慢地移动。

桥梁墩台处的河床随沙波运动而变化,直接影响墩台的冲刷深度。河床上有沙波运动时,即使水流为恒定流,局部冲刷坑的深度仍将随时间而变动,沙波运动的规模越大,冲刷坑深度的变幅也越大。沙波的波峰接近冲刷坑范围时,进入冲刷坑的泥沙增多,形成回填,使冲刷坑深度减小;波谷接近冲刷坑范围时,进入冲刷坑的泥沙减小,冲刷坑深度增大。