挟沙能力公式的应用技巧探究

2025-09-29 理论教育版权反馈

【摘要】：作者在前面关于挟沙能力公式结构形式分析时，曾经直接拟合张瑞瑾等原始公式，得到张瑞瑾公式的指数应该为式。

5.6.1.1　挟沙能力公式指数的合理范围

张瑞瑾公式，挟沙能力和泥沙沉降速度成反比，表明泥沙越细、挟沙能力越大这是完全合理的。但是，根据不平衡输沙的河床冲淤方程，单组泥沙冲淤强度具有如下形式:

在上游来沙较少的冲刷情况下，有理由得到

根据这一公式，如果假设不同分组泥沙恢复饱和系数为常数，比如都取1，而且取挟沙能力公式的指数m＜1.0，式(5-112)表明明显冲刷情况下，粗泥沙冲刷强度远大于细泥沙。一般，在实际计算中，较粗沙分组泥沙的沉速比细泥沙分组大几个数量级，可见上述强度差别是非常严重的。换言之，冲刷后床沙将趋于细化。在水流强度比较低、没有进入普遍冲刷状态的范围内，这是明显不合理的。

作者在前面关于挟沙能力公式结构形式分析时，曾经直接拟合张瑞瑾等(1993)原始公式，得到张瑞瑾公式的指数应该为式 (5-37)。在通常情况下(U 3/g Hω ＜1000)指数都是大于1的。而U 3/g Hω ＜1000是长江、黄河主要资料的范围。可见，张瑞瑾等原始公式不会具有上述问题。至于输沙强度极强，所有泥沙都处于高强度冲刷的条件下，是否粗沙更容易冲刷的可能性是存在的，但需要认真研究。但是，目前泥沙数学模型对挟沙能力系数和指数的选取非常混乱。很多泥沙数学模型，包括很多在三峡和黄河重大工程中大量应用的模型都选取小于1的挟沙能力指数，其合理性值得研究。(https://www.chuimin.cn)

5.6.1.2　平面二维模型挟沙力计算的问题

张瑞瑾公式是根据重力理论得到结构公式，然后依据断面平均的水沙资料经过回归分析等得到断面挟沙能力。理论上讲，这一公式应该适用于断面任意垂线，但是，由于该公式是非线性的，直接利用这一公式计算断面挟沙能力分布存在严重问题。

对如图5-126所示意的一个河道断面。根据垂线流速直接应用张瑞瑾公式于垂线，可计算出每个垂线的挟沙能力。由断面挟沙能力分布平均得到的断面平均挟沙能力 (图5-126中A)和根据平均流速和水深计算得到的断面平均挟沙能力 (图5-126中B)存在很大差别。通常前者大于后者，二者相差的幅度较大。对于滩槽明显的河道，有时差别可以达到一倍以上。应用这一公式和平面二维模型计算黄河河道冲淤时，常常发现主槽严重冲刷现象。作者发现，其主要原因就在于计算主槽挟沙能力严重偏大。如果假设张瑞瑾公式在一维河道是正确的，则有理由肯定:这一公式不能直接应用于平面二维泥沙数学模型，应用时必须对系数进行修正。关于修正方法，作者在二维数学模型计算中进行了一些初步的尝试和试验，取得一定的改进效果。但是，迄今没有得到普遍适用的公式。如何从理论上系统解决上述问题，仍然值得深入研究。

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图5-126　根据式(5-36)计算断面挟沙能力分布存在问题示意

或者也有理由反过来认为，对天然河道，断面平均挟沙能力大小应该和断面形状等有关系。张瑞瑾公式的系数和指数不能反映这些特征、过分简化，可能使一维挟沙能力在有些断面情况下也不一定准确，这是公式的缺陷。比如，利用天然河道相对浅水的资料得到的挟沙能力公式(比如长江中下游资料)是否适用于水库泥沙计算 (比如三峡水库)，如果适用，其系数和指数应该如何选取更合理? 这些都是值得深入研究的问题。

挟沙能力公式的应用技巧探究

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