chap_2 推移质运动

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1、Chap_2推移质运动水力学研究所张春财2012年9月Chap_2推移质运动2.1泥沙运动的形式2.1.1基本概念泥沙颗粒的运动形式(a)(b)(c)(d)ZhChC(e)Chap_2推移质运动2.1泥沙运动的形式2.1.1基本概念悬移区悬移质运动水流跃移质床面层运动接触质推移质运动层移区层移质运动静止泥沙河床分推移质和悬移质两种。推移质：是指在河底附近，以滚动、滑动、跳跃或层移形式前进，其速度远小于水流速度的泥沙。悬移质：悬浮在水中运动，速度与水流速度基本相同。ZhChCChap_2推移质运动2.1泥沙运动的

2、形式2.1.2推移质和悬移质的相对性（1）从河底到水面，泥沙是连续的，中间有交错部分。（2）泥沙交换过程。①悬移质与推移质存在着交换；②运动泥沙与静止泥沙发生交换。（悬移区）（床面层）（河床）悬移质接触质及跃移质床沙（悬移区）（床面层）（层移区）（河床）悬移质接触质及跃移质层移质床沙ZhChCChap_2推移质运动2.1泥沙运动的形式2.1.3推移质和悬移质物理本质上的区别①运动规律不同推移质：床面受力情况；悬移质：床面受力情况、水流悬浮作用。②能量来源的不同浑水能量=水流势能+水流紊动动能+泥沙颗粒的势能推移

3、质运动直接消耗水流的能量；悬移质运动的能量取自紊动动能。③对河床作用的不同推移质影响河床颗粒本身；悬移质影响河床颗粒空隙间的水体。河流中运动的泥沙，推移质数量一般都比悬移质数量少，特别是冲积平原的大中型河流，悬移质数量一般为推移质数量的几十倍或更多。但是，推移质的运动与河床的冲淤变化息息相关，研究推移质泥沙运动规律，对于水利水电（坝前泄水拉沙）、港口航道工程（束水攻沙）意义十分重要。ZhChCChap_2推移质运动2.1泥沙运动的形式2.1.3推移质和悬移质物理本质上的区别推移质悬移质位置床面附近水面之中速度u

4、＜＜uu≈us水流s水流一次运距短，间断，停少动多长，连续，基本不停能量来源直接消耗水流能量水流紊动动能对河床的作用局部，显著，迅速全面，缓慢，不明显运动方式滚，滑，跳无规则悬移前进数量占泥沙总量1~20%80~99%ZhChCChap_2推移质运动2.2泥沙的起动在具有一定泥沙组成的床面上，随着水流条件的增强，静止河床上的泥沙颗粒开始运动，这种现象称为泥沙的起动。试验水槽中的泥沙起动现象维持泥沙颗粒静止状态的平衡条件遭到破坏，床面泥沙由静止转变为运动状态的临界水流条件，就是所谓的泥沙的起动条件。泥沙起动条件可

5、以用流速、拖曳力或功率来三种参数表示。用水流垂线平均流速来表示的，叫做起动流速（Uc）；用拖曳力表示的，叫起动拖曳力（τc）--起动切应力或起动剪应力。用水流功率表示的较起动功率（Wc）。目前在我国的工程实践中，多采用起动流速的表达方式。ZhChCChap_2推移质运动2.2泥沙的起动Ø起动的随机性①泥沙颗粒大小、形状、方位、排列均有随机性；②水流本身具有脉动，脉动本身就具有随机性；③受力情况，受其它颗粒掩盖的随机性；④泥沙组成具有非均匀性，无明显的临界粒径。2.2.1泥沙起动的判别标准（1）泥沙起动的判别标准

6、-克雷默标准（定性）克雷默（H.Kramer）提出划分推移质运动的四个阶段：①不动-无泥沙运动；②弱动-轻微的泥沙运动；缺点：定性不定量。不同的人，或同一人在③中动-中等强度的泥沙运动；不同的情况，判断的结果差异较大。④普动-普遍的泥沙运动。ZhChCChap_2推移质运动2.2泥沙的起动2.2.1泥沙起动的判别标准（2）泥沙起动的判别标准-窦国仁标准（定量）窦国仁提出以瞬时底速作为标志泥沙起动的水力指标。个别起动：Pc1=P(u0>uc=uu00c+3suc==2.11)0.0014少量起动：Pc2=P(u0

7、>uc=uu00c+2suc==1.74)0.0228u0大量起动：Pc3=P(u0>uc=uu00c+suc==1.37)0.1585瞬时底速起动底速时均起动底速瞬时底速均方差s=0.37uuc0试验时，泥沙起动的判别采用的是定性标准，即将部分床面有很少量的泥沙在运动规定为起动标准，这种标准大体上相当于克雷默的所谓弱动。缺点：需要知道起动底速。ZhChCChap_2推移质运动2.2泥沙的起动2.2.1泥沙起动的判别标准（3）亚林（Yalin）的颗粒数标准5mdre=m—t时间内从床面面积A内冲刷外移的沙粒颗数

8、Atgg-s缺点：①颗粒难以数清；②作为一个标准，ε应为一常数，但当粒径变化时，如d=10d，则需很大的观察面积A或观察时间t方能保证ε为常数。21（4）输沙率标准美国水道试验站曾规定：3g=14cm/(m.min)bTaylor提出：无因次数输沙率gF=＝b0.02rr-rdsgdsrZhChCChap_2推移质运动2.2泥沙的起动2.2.2无粘性均匀沙起动流速公式（1）泥沙的受力分