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沟道输沙计算优化方法

2025-09-29 理论教育版权反馈

【摘要】：因而，为区分侵蚀与产沙的不同概念，以使模型的建立符合流域泥沙运动的基本物理图景，沟道输沙模型应采用不平衡输沙模式。不平衡输沙的结果将能够反映河网范围内不同位置的冲淤分布，以及各河段的冲淤变化过程。上式的积分形式为河段出口含沙量的显式计算公式式中:Sx、Sx*分别为断面的平均含沙量和水流挟沙力;q 为单宽流量;α 为恢复饱和系数。为充分考虑高含沙量的影响，雷诺数Re 基于含沙水流的粘度μ 计算。

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图6-17　Ⅴ形断面顺直河道下的水动力学方法、本文方法和马斯京根法演进结果

一般而言，在由小的流域单元向更高级别的流域汇流的过程中，以及由上游向下游的运动过程中，水流中的泥沙不断沉积细化，从而表现出泥沙输移比随流域面积的增大而减小的规律。另一方面，从时间变化上看，洪水的涨落过程造成特定河段泥沙冲淤随时间的变化，并在不同的来水来沙条件下引起不同的河床演变趋势。

因而，为区分侵蚀与产沙的不同概念，以使模型的建立符合流域泥沙运动的基本物理图景，沟道输沙模型应采用不平衡输沙模式。不平衡输沙的结果将能够反映河网范围内不同位置的冲淤分布，以及各河段的冲淤变化过程。

采用沿水深积分后的一维恒定水流泥沙扩散方程

式中:Sx、Sx分别为断面的平均含沙量和水流挟沙力;q 为单宽流量;α 为恢复饱和系数。

上式的积分形式为河段出口含沙量的显式计算公式

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式中:S、S0分别为出口断面和进口断面的平均含沙量;S、S0分别为出口断面和进口断面的水流挟沙力。(https://www.chuimin.cn)

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式中:D90为泥沙的上限粒径;ω90为对应的沉速;f 为Darcy阻力系数。

考虑粘性阻力可表示为

式中:ks为床面糙度，取为2D90。

为充分考虑高含沙量的影响，雷诺数Re 基于含沙水流的粘度μ 计算 (费祥俊，1988)。泥沙在浑水中的沉速采用

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式中:ρm为浑水的密度。

由沟道精确扩散波方法获得的水力要素值代入上述公式，即可获得水流挟沙能力。