薄层水流速度、弥散系数与泥沙含量关系的初步探讨

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1、第18卷第2期水土保持学报Vol.18No.22004年4月JournalofSoilandWaterConservationApr.,2004薄层水流速度、弥散系数与泥沙含量关系的初步探讨X1,32,33夏卫生,雷廷武,赵　军(1.湖南师范大学资源与环境科学院,湖南长沙410081;2.中国农业大学水利土木工程学院,北京100083;3.中国科学院水利部水土保持研究所重点室,陕西杨陵712100)摘要:利用坡面薄层水流的电解质脉冲数学模型,计算了不同坡度和含沙量下的电解质弥散系数,发现在泥沙含量较低时

2、,弥散系数与水流速度有较好的线性相关性,但泥沙含量较高时,泥沙含量对弥散系数作用更加强烈,弥散系数与速度的相关性较差,说明弥散系数受泥沙含量和水流速度影响,但三者的关系函数有待于进一步探讨。关键词:坡面水流;　电解质脉冲;　弥散系数中图分类号:152.7　　　文献标识码:A　　　文章编号:100922242(2004)0220078202ElementaryStudyonRelationshipofVelocityandDispersionCoefficientandSedimentConcentrat

3、ionofLaminarFlow1,323XIAWei2sheng,LEITing2wu,ZHAOJun(1.CollegeofResourceandEnvironmentScience,HunanNormalUniversity,Changsha,Hunan410081;2.CollegeofWaterConservancyandCivilEngineering,ChinaAgriculturalUniversiyt,Beijing100083;3.InstituteofSoilandWaterCon

4、servation,ChineseAcademyofScienceandMinistryofWaterResources,Yangling712100)Abstract:Thedispersioncoefficientsofelectrolytesoluteinflowofdifferentslopeandsedimentconcentrationarecalculatedusingthemathematicalmodelofelectrolytepulsetransferringinlaminarfl

5、ow.Thedispersioncoefficientislinerrelatedtothevelocityofflowwhenthesedimentconcentrationisrelativelylow;Thesedimentconcentrationishigh,itaffectsinten2sivelythedispersioncoefficient,andmaketheirlinerrelationshipbad.Theseresultsshowsthattherelationbetweend

6、isper2sioncoefficientandsedimentconcentrationandvelocitydeservestomorediscuss.Keywords:slopeflow;electrolytepulse;dispersioncoefficient在坡面土壤侵蚀过程中,径流中的水流速度和泥沙含量是一个动态变化的过程,水流速度与流量或水流深[1～4]度决定了径流的剥蚀能力和挟沙能力,从而使坡面径流的泥沙处于动态平衡,当坡面表面径流为漫流形态时,水流一般为层流,在细沟发育时水流大多为过

7、渡流或伪层流(坡度<30°),在坡度>30°时,表现为紊流,同时水流形态还与流量有关。溶质运移理论表明,水流中的溶质弥散与流速和流体的密度有关。在坡面土壤侵蚀中,坡面水流密度与泥沙含量成正比。水流中溶质的水动力弥散系数分为分子扩散和机械弥散,分子扩散在坡面水流中相对于机械弥散是可以忽略不计的,而土壤水、地下水和明渠的溶质运移研究表明,机械弥散系数可[5～8]能是水流速度与泥沙含量的函数。如果能确定函数的有关系数,就有可能在测量水流速度的同时确定测量距离内的平均含沙量。因此本研究将对坡面中盐液的弥散系数与

8、泥沙含量和水流速度的关系进行初步研究,为动态测量径流中的泥沙含量提供有益的参考。1　坡面径流中溶质迁移的数学模型根据溶质运移理论,盐液浓度的控制方程为:5C5C55C+u=DH(1)5t5x5x5x　　在加溶质(如盐溶液)时如果时间较短,可以认为是一个电解质脉冲。由此可得边界条件为:C(0,t)=C0δ(t);C(∞,t)=0;C(x,0)=0,其中,C为水流中的溶质浓度,若用电导率测量时为溶质(电解液)的迁移2强度(V),是x和t的函数;