山区河流卵石推移质的输移特性论文

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1、山区河流卵石推移质的输移特性论文摘要：通过对床面颗粒的受力分析，在岷江都江堰河段和青衣江姜射坝河段的实测资料基础上，导出了卵石推移质运动状态数与爱因斯坦的推移质运动强度函数的关系，能较好地反映四川山区河流卵石推移质时均输沙率与水沙因素的关系。用对数正态分布描述卵石推移质输沙率的随机特性，证明在95%的置信水平下是成立的。关键词：泥沙推移质随机特性1前言四川都江堰从公元前250年沿用至今，其成功经验是巧妙地运用了螺旋流凸岸排沙的原理和严格的岁修清淤制度1。进一步认识岷江都江堰河段卵石推移质的输移特性，对山区河流水利水能资

2、源的开发将具有普遍意义。我国西南地区的山区河流，坡陡流急.freelm以下的中、细沙；难以正确反映卵石推移质运动的特点，由于卵石推移质输移过程的复杂性，许多现象，如宽级配床沙颗粒在床面的不同排列状况及其对输沙率的影响，输沙率在时间上的强烈脉动和在空间上的不均匀、不连续等，都很难在水槽中重演，这就必然使基于水槽资料所取得成果的实用性受到限制。为了逐步深入认识、卵石推移质的输移规律，除需要继续进行一些精心设计的、有创造性的水槽试验外，直接利用现有的水文测验部门花费了大量人力、物力取得的实测卵石推移质资料，来研究、阐明有关的

3、问题，是十分必要的。本文用岷江都江堰河段1977年至1985年期间进行的20组共718测次和青衣江梯子岩水文站姜射坝河段1984年和1985年的89测次的实测卵石推移质资料，对卵石推移质输沙率与水沙因素的关系，输沙率的随机特性进行了初步探讨。2卵石推移质输沙率与水沙因素的关系岷江上游流经高山峡谷，平均河床比降为8.2‰，至都江堰河段放缓至5～6‰，汛期断面平均流速在3m/s以上。都江堰河段的泥沙主要来自上游干支流，其间包括三迭纪地震区，岩体破碎，风化严重，粗颗粒丰富，推移质粒径范围为0.15～200mm2。按美国地球物

4、理学会泥沙分类标准，都江堰河段推移质中的80%以上为卵石。都江堰河段床沙级配曲线由中泓线处用坑测法测得，其最大粒径为510mm，个别达700mm，最细为0.15mm，级配宽达4个数量级。1973年都江堰河段汛后鲤鱼沱床沙的坑测结果，其表层全部由大于40mm卵石组成，次表层中的50%粒径小于40mm，说明河床明显粗化。图1和图2分别为时均卵石推移质输沙率与断面平均流速和流量的关系。图1卵石输沙率与平均流速关系Relationshipbet，可视为水流条件不变。图4给出了1983年9月15日实测输沙率过程，可以看出，输沙率

5、在相同的水流条件下，变幅很大，20组观测资料表明，卵石输沙率的脉动率可达时均值的5～25倍。图4输沙率历时图Durationofsedimenttransportrate这里，输沙率的脉动率定义为β＝qbmax-qbmin/b其中qbmax，qbmin和b分别代表最大、最小和时均输沙率，输沙率的极比值，即qbmax/qbmin，常达数百倍乃至数万倍。据20组共718测次的资料统计分析，时均输沙率b=0.27～149.5g/sm；qbmax=1.94～616g/sm；qbmin=0～43.7g/sm；标准差σ=0.242

6、～198.8，离差系数Cv=0.25～3.67。以上统计参数表明，卵石推移质输沙率的变差极大，统计分布分散，呈现明显的随机性质。构成宽级配卵石推移质输沙率随机性的物理力学成因十分复杂。如果将推移质输移过程，看作是水流条件、床沙组成和输沙率这三者间的相互作用5，则这三个方面的每一方面，无不包含着一些随机性的影响因素。例如，因水流的脉动，水流对床沙的作用力是随机的。对于宽级配的床沙，不同数量级粒径的颗粒在床面相互位置的分布、排列是随机的，从而表征它们之间相互影响的隐蔽作用、嵌固作用和暴露度也是随机的。迄今为止，人们对涉及卵

7、石输移过程的若干因素间错综复杂的影响机理尚知之不多。已有的研究，比较集中于探求水流条件对输沙率的影响，而对宽级配床沙组成本身的复杂情况及其对输沙率的影响还研究得不多，用数理统计的方法去处理这一问题，仍不失为一种生产适应的方法。设对卵石推移质输沙率影响的诸因素为一随机变量系列ζn(n=1,2,…)。则输沙率qb与系列ζn的关系可记为qb＝ζ1·ζ2ζn对上式取对数可得lgqb=Σlgζn根据概率论中心极限定理，由诸微小而独立的随机因素引起并累积而成的变量，必将是一个正态随机变量6。由此导出1gqb服从正态分布N（a.σ）

8、，即qb服从对数正态分布，qb的概率分布可记为(4)令(qb0)(5)关于卵石推移质输沙率服从对数正态分布，a合检验法予以证明。计算结果表明，用对数正态分布描述卵石推移质输沙率的统计规律，在95%的置信水平下是成立的，图4给出了1983年8月24日和9月15日的两组试验的理论分布与实测点，其符合程度较好。4结语1.由于卵石推移质级