非均匀沙起动标准的比较研究.pdf

第l卷第4期四川联合大学学报(工程科学版)．1No．

1997年7月jOURNALOFSICHUANUNIONUNIVERSITY(ENGINEERINGSCIENEEEDITION)Julyl997
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非均匀沙起动标准的比较研究

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(四川联音太每速水力学画豸点实验室彘都610065)

摘要率文介绍了据抄起动的多种判断标准文中指出，定性标准不宜作为非均
匀秒的分缎起动标准。对推移质输牡率标准和取样标准的比较研究结果表明PKM
标准要求的输沙卑偏低．就试验的实际起动粒径而言AW标准要求的l旬沙率比HH
标准要求的输沙阜低最后对如何采用起动标准提出了建议。

荚键词!；毋绒起动；标准
．
分类号Tv142l泥沙氘劝
经
起动标准在泥沙起动研究中占有十分重要的弛位。在崩哟的泥沙起动研究中，为了
对床沙的起动状况进行判断，已提出并采用了各式各样的起动标准。但是，人们不得不承
认，各家实验资料之间，实验室资料与野外资料之间以及公式与实测点据之间，常常存在
2大的偏离。这中间除了泥沙运动所固有的复杂特性(随机性、荫暴作用等)外，一个重要
原因就是起动标准不一致。在这种情况下，对起动标准进行比较、研究，很有必要。
非均匀沙存在分级起动和整体起动两种标准。对非均匀沙，首先应研究其分级起动
标准，它直接和非均匀沙输移规律相联系。整体起动标准则和非均匀沙床面粗化相联系，
对应着粗化层的破坏条件。本文着重对无粘性非均匀沙的分级起动标准进行研究

1起动标准简介

l1定性标准

克雷默针对非均匀沙，把推移质运动分为无泥沙运动、弱动、中动和普动四个阶
段⋯。这四个阶段概括了泥沙运动由弱到强的全_过程，因而常被用来判断床沙的起动状
况。这类标准曾在泥沙起动研究中发挥过重要作用，其缺点是，主观性强，执行中随意性
大，即使采用相同的标准，具体判断也会因人而异。在对精度要求日益提高的今天．这类

收稿日期1996—01—08
国家自然科学基金委与中国长旺三蛾程jf发总公司联合资助项月

明川联台夫学学报f]：程科学版)第1卷第4期

标准已不宜作为非均匀沙的分级起动标准。

1．2定量标准。

推移质输沙率标准。在室内及野外资料整理时，通常的作法是．绘制单宽推移质输沙
率g与垂线平均流速u或床面切应力的关系曲线，外延至输沙率为零的地方，以相应
的u或为起动流速或起动切应力2J。佩恩塔尔(A．S．Painta1)的研究表明[。这种做法
并不可靠。韩其为和何明民提出的标准是．以分组无量纲输沙率^=gb．／(7㈣，)=
0o0O113(HH标准)为起动标准，这里．以重量计，h是泥沙粒径d的函数，是床
沙中第i组泥沙所占的重量分数。帕克(GParker)等人采用了另一种无量纲输沙率Ⅳ

=(s一1)ggl,，／P以w=0．002为起动标准(PKM标准)t5，其中g以体积计，=
／p。怀特和戴(w．R．WhiteandT．JDay)措用了阿克斯和怀特提出的一系列无量纲参
数．通过计算相应于均匀沙的分组输沙参数G=(X,．h／sd)(“／u)／P以G．．=
lO为起动标准(Aw标准)J，其中是以质量比计的含沙量．h是水深，“为摩阻流
速．u为平均流速，为过渡指数，是无量纲粒径D的函数，．是运动泥沙的分组分数。
推移质取样标准。整理野外资料时．常根据运动泥沙沙样分析，以推移质最大粒径或
该粒径与床沙中更大一级粒径两者的平均值为相应水流条件下的起动粒径_2J。由于水流
和泥沙运动的随机特性、上游来沙、河段泥沙补给条件及采样器等方面的影响．同一水流
条件实测的推移质量最大粒径可以相差4倍以上_7J。为此，王兴奎等提出了一种方法．将
各级流量实测的推移质最大粒径按大小排列．求出其概率密度分布，取具有某一较大概
率的粒径作为相应的起动粒径J。一些研究者根据推移质级配．以具有某一较大累积频
率的粒径为起动粒径。
在泥抄起动研究中，研究者还提出或采用过其他一些定量标准，如窦国仁、冷魁的概
率标准、彭凯和陈远信的可动层厚度标准以及雅林(MS．Yalin)的判断泥沙起动强度的
定量关系式等等．但以前述三种标准最为常用。
根据上述介绍，下面只对推移质输沙率标准和取样标准进行比较研究。

2推移质输沙率标准和取样标准的比较研究

2l研究途径

研究泥沙起动有两种途径，一是寻求某种床沙条件下某级泥沙的起动条件．二是寻求
某种水流和床沙条件下的起动粒径。根据习惯，人们关心的往往是泥沙的起动条件，而起
动条件常常是通过起动粒径反算得来的。在泥沙起动研究中，寻求起动粒径是很自然的，
这不仅符台泥沙起动的因果关系(水流条件+床面条件一起动粒径)，还符合野外及实验
室研究操作的实际。起动条件和起动粒径的这种关系和数学中函数和反函数之间的变量
关系相似。两种途