河流海岸工程地貌悬移质泥沙运动VIP专享VIP免费

xe第二章悬移质运动二维恒定均匀流平衡输沙扩散方程Sg1dySdgy2单位时间单位水平面积内的泥沙下沉量：单位时间单位水平面积内的泥沙上升量：§2-3悬移质泥沙悬浮机理泥沙扩散理论2.3含沙量沿水深分布一、扩散理论悬移质运动如何求解二元恒定均匀流平衡输沙扩散方程以获得含沙量沿水深的分布？0ydSSdym下一步任务即如何获得？上式求解的关键在于确定沉速ω和质量扩散系数εy:①ω:虽然ω=f(S),但含沙量S较小时影响甚微，可认为ω=ω静②εy:假定悬移质质量扩散系数εy=紊流动量交换系数εm2.3含沙量沿水深分布一、扩散理论εy~εm是否可假定相等？均因为紊动掺混引起mmdudyduuvdyuvydSSvdyym(2-9)2.3含沙量沿水深分布一、扩散理论εm的计算：01mdudyyhmax**1lnuuhdUuyUdyyhyhyUm*2*1myUhdudy卡门-普朗特对数流速分布紊流动量传递理论*0U2.3含沙量沿水深分布一、扩散理论含沙量沿水深分布公式(Rouse方程)hyhyUmy*0dydSSy*lnlnUhySCy2.3含沙量沿水深分布一、扩散理论含沙量沿水深分布公式(Rouse方程)假定参考点水深y=a处的含沙量Sa已知:*lnlnaUhaSCa*lnlnaUhaCSa*UazShyahyayahSyha一般取a=床面层厚度,Einstein说:若泥沙运动强度不大，取a=2D悬浮指标2.3含沙量沿水深分布一、扩散理论悬浮指标z的物理意义*Uz＝物理意义:表征重力作用(使不均匀)与紊动扩散作用(使均匀)的相对大小，进而反映含沙量沿水深分布的均匀程度①z越大，重力作用相对越强，分布越不均匀②z越小，紊动扩散作用相对越强，分布越均匀另一功用:可作为推移质进入悬浮状态的判别标准•Z>4后，悬沙较少，可将z＝5作为推、悬状态的临界判别值①z越大，重力作用相对越强，分布越不均匀②z越小，紊动扩散作用相对越强，分布越均匀•扩散方程公式的结构是否合理？•悬浮指标是否等于？2.3含沙量沿水深分布一、扩散理论对公式的检验*zU＝⑴检验内容:⑵检验结果:•公式结构合理、正确•z的理论值与实测值z1有一定差异:•z较小时(粒径较细、紊流强度较大):实测值≈理论值•z较大时(粒径较粗、紊流强度较小):实测值<理论值,且随z的增大，差距也越大维利卡诺夫根据能量平衡的原理，首创了悬移质垂线分布的重力理论。该理论与扩散理论的不同之处在于，是从能量平衡的观点来分析问题。其基本观点是：挟带悬移质的水流在运动过程中要消耗能量。所消耗能量分为两部分，一部分用于克服边界的阻力；另一部分用于维持悬移质的悬浮。重力理论的观点认为，悬移质的比重一般比水大得多，要使它在水里不下沉，水流必须对它做功以维持悬浮，即水流必须为此而消耗能量。悬移质泥沙悬浮机理泥沙重力理论xe㈠悬浮功泥沙比水重，为维持泥沙在水中悬浮而不下沉，需要水流对泥沙作功将其托起，这部分功称为悬浮功。㈡基本思路基本思路：能量守恒原理，即水流消耗的能量E1＝水流克服阻力所做的功E2＋悬浮功E3。•E1=单位体积浑水中的清水在单位时间内提供的能量•E2=单位体积浑水中的清水克服运动阻力在单位时间内消耗的能量•E3=单位体积浑水中的清水为托起泥沙在单位时间内提供的悬浮功•E1=E2＋E3悬移质泥沙悬浮机理泥沙重力理论2.4悬移质输沙率○、基本概念㈠悬移质输沙率GS*(挟沙能力)本书的定义:一定的水流与河床组成条件下，水流在单位时间内所能挟带并通过河段下泄的悬移质中床沙质的数量(即悬移质中较粗的部分)本书的定义:一般是指河床处于不冲不淤、水流含沙量处于饱和情况下,单位时间内通过河段下泄的悬移质中的床沙质的数量㈢悬移质单宽输沙率gS(挟沙能力)haVshasdyuSuSdyg单宽悬移质输沙率:单位时间内实际通过河段下泄的悬移质泥沙量:GS*≡GS?•Gs*>Gs，河床发生冲刷(水流次饱和)•Gs*=Gs，河床不冲不淤(水流饱和)•Gs*