高濃度運動水流流速分布的研究.docx

1、12四川水利C水13怯._1992年_研究成果高濃度運動水流流速分布的研究*白永峰（鐵道科學(xué)做頑南研究所）一2屣_歹/3£提要高法度運動水流流速分布計算，對于研究挾沙水流的挾沙機理有著極其重要的意義.本文根據(jù)高含小賓漢體二度怛定明渠均勾素流的乾切力方程，在考慮素動項的前提下.推導(dǎo)出明渠高含D水流流速分布公式.用實瀏資料粉證，計算值與實測值的符合令人瀟需.同時與不考慮紊動項的流速分布公式比較，前者的計算結(jié)果與實測資料更為吻合.該公式適用于牛頓流體和賓漢流體的各種素流.關(guān)鎮(zhèn)詞，高含沙水流坦也公式H暨均勻卷匝（->問題的提出流速分布，是運動水流在其垂直方向上不同位置流動強度的真實反映

2、，可以為計算運動水流的斷面平均流速提供依據(jù)，更重要的是通過它可以計算挾沙水流垂線上點的濃度分布。這對于研究挾沙水流的挾沙機理,有著極其重要的意義。對于高含沙水流，由于賓漢極限剪切力色的存在，使得二度明渠均勻流的流速分布出現(xiàn)了流核區(qū)和非流核區(qū)兩部分。其中相對非流核區(qū)厚度為a=R=旦<1）nTo式中，力為非流核區(qū)厚度。從公式可以看出，在L一定的條件下，a與句成線性關(guān)系.a隨“的增大而減小；對于有”的高含沙素流而言.賓漢極限切應(yīng)力re和相對非流核區(qū)厚度a受含沙量和水流紊動強度的影響.所以考慮ra時的流速分布應(yīng)適用于牛頓流體和賓漢流體的各種紊流。根據(jù)以往的研究成果.認為高含沙賓漢流體二度恒定明案

3、均勻素流的剪切力方程可寫為：r=to4-i?（uV）（2）現(xiàn)有的研究成果都是在未考慮一Pm（W）素動項的條件下建立流速分布公式的，使得計算出的紊動水流的流速分布與實際相差甚遠.公式的適用性受到了限制。本文在充分考慮水流紊動一山（HV）的條件下，對水流流速分布進行研究。（二）建立公式的理論基礎(chǔ)對于高含沙賓漢體二度恒定明渠均勻素流，其翦切力方程為：'（=曲+可空-Pm<UV）本文承象武漢水院王明甫敦授指導(dǎo).深表感謝.的.從而證明了本文計算的合理性。參考文獻co梁在潮，王歪增.“素流邊界層挾氣能力的研究".水利學(xué)推,1982年第2期23羅銘.技氣成蝕設(shè)旋后沿程協(xié)氣儂度的敷學(xué)拽

4、擬水利學(xué)報.387年第9期13】汪國鳳.王正臬.通弋坎下游拌氣濃度分布的研究.水利水運科學(xué)研究，1988年第2期4）時自魅活水族.佛瑛瑛，夏小頁.通，誠蝕挑坎水力學(xué)何題的試成研究.水利學(xué)報.1983年第3期四川水利）帑13尊1992年弟5期13其中一上（UV>=pJZ（財（3）對于式中的摻長Ln,至今未有合適的公式計算。本文通過對比清水水流的摻長公式后，采用相似性理論的摻長表達式：Jk益/骰砰）因此方.程（2）即變?yōu)椋海?嘿+以（土*嘴尸膏/（5）（三）流速公式的推導(dǎo)根據(jù)方程（5）,在清水紊流中，粘性切應(yīng)力町£的大小僅為紊動切應(yīng)力一p（W）的百分之一左右.盡管,在高含沙水流中，

5、q£有所增大，但與一土（W）相比還是很小,可加以忽略。即方程（5）可改寫為：下=玨+缶（一Kb*/牌）2（*）*甘=7牒穿（6）將r=T<）（1是）代入式（6）得：-忐怕再進行變此代換：令金=sinla,dy=2ahsinacosadaa£0,江/25一五對(10)式再進行積分變換.且令y/ah=sir?B即dy=2ahsinpcospB£CO*du_u，.2ahsinpcosBap2ahKm*1cos?兩邊積分：.再將式（1）代入式（7）,同時令(7)得：利用變笊代換:rxdu、？/dUr_K-"/而7=ud'udPdy?dyf（dp/d

6、y）兩邊積分：C2（11）當(dāng)y=ah,即流核區(qū)與非流核區(qū)交界面處，流速與水面流速相同，即UUUg二0=115式（11）就變?yōu)镮因此,高含沙水流流速分布公式為：研究成果4<四川水利第13卷1992年第5期/y<i2）式（12即為具有賓漢極限切應(yīng)力S的高含沙恒定二度明渠均勻流的流速沉垂線分布公式,它既適用于有流核的高含沙水流，也適用于無流核的高含沙水流和清水及一殷挾沙水流。肘于清水和一般低含沙水流及素動強度很高的高含沙水流,賓漢極限切應(yīng)力邛趨于0,a=l,y°=h,此時流速分布所描述的是無流核的水流情況.明果高含沙水流流速公式的推導(dǎo)過程，采用了t=L（ly/h）,而并不是簡單

7、的近似假定致使公式在結(jié)枸上較復(fù)雜。但是在公式推導(dǎo)過程中，充分考虛了水流親動項的作用，同時采用了摻長U=一K=*/*.也較好的反映了水流的紊動結(jié)構(gòu),故公式在水流流區(qū)內(nèi)比以往的對數(shù)流速分布更符合實際。（四）公式的驗證和比較為了檢驗公式的準確性，本文采用了無定河丁家冉水文站1964年汛期洪水的21次流速分布資料進行驗證。其中公式（12）中的Ktn值來自于大量實測資料確定的KmS關(guān)系（圖1）；式中S是采用費祥俊公式進行計算的:“5沿水深方向積分求得。驗證結(jié)果見圖2,3。其中圖2中水流含沙墾變幅為42.51021kg/m同時水流的雷諾數(shù)Re均大于10從圖上可以看出，利用式（12）計算高含沙水流的流速分布

8、，不管含沙高低，計算值與實測值符合得比較滿意。這也說明利用式（12）計算挾沙水流的垂線流速分布可以較準確的反映水流內(nèi)部結(jié)構(gòu)。圖還表明了當(dāng)含沙量大于600kg/m3時.計算值與實測值符合程度更好，說明此公式更適用于含沙量很高的水流流速分布計算.同時為了更進一步顯示公式的準確性.本文還采用了在未考慮一J（W）情況下的流速分布公式廣、與式（12）比較，其中選用了無定河丁家溝水文站1964年汛期的5次不同含沙量洪水流速分布資料進行計算，點繪關(guān)系線,結(jié)果表明用式（12）比用式（13）的計算結(jié)果與實測資料更吻合（覽圖13）。（五）結(jié)論1.仿照清水水流的摻長計算方法.根據(jù)相似性理論得到摻長公式:2.卡門常數(shù)

9、Kg隨著水流含沙量的變化而變化，其中Km最大值為清水的卡門常數(shù)0.4.般是：Km<K30755.招量()43.54104603534991859610119634209123054311205536524379843圖2.潴速分市驗證gfl川水利第13苦1992年第S期研究成果林分狀態(tài)與徑流量關(guān)系的初步研究劉育賢（綿陽市林業(yè)料研所卞2提要本文利用低效林改造試臉過程中所獲得的20組200個突測數(shù)據(jù)，對川西北丘陵區(qū)的林分因子和徑潭*進行了相關(guān)分析研究，揭示了徑流量與林分因子及各林分因于之間的關(guān)系，應(yīng)用逐步回歸分析方法，建立了徑流量的最優(yōu)回婦模型.文中還采用了偏相關(guān)和標(biāo)準回歸系數(shù)分析法，弄清了

10、影響徑流量的主要因子依次為土壤蓄水深、總孔隙度、植被總生物*、總蓋度和土壤容重。關(guān)鍵詞：徑波量林分因于相關(guān)分析逐步回歸分析模型研究區(qū)位于川西北丘陵區(qū)，隸屬于江油市小溪壩鎮(zhèn)。該區(qū)屑亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候區(qū)，年平均氣溫18C,年平均雨<1212.0mmo盛夏雨量集中，多暴雨，69月份降水量852.2mm,占全年70.3%,一日最大降雨量150.Omm；年水面蒸發(fā)量1070.5mm«以48月為最大，平均相對濕度為81%._g必泌滬泌灑滲灑g泌硬g滬灑泌滬灑g灑淼灑泌泌灑滲灑gg泌3.高濃度賓漢體流速分布仍符合對數(shù)流速分布的規(guī)律，計算式為，u1（三）結(jié)果分析種流體的統(tǒng)一公式。參考乂獻森林植

11、被是自然因素中對減緩徑流起積極作用的因素，幾乎在任何條件下均可阻緩徑流，提高土壤滲透性和蓄水能力.為了綜合反映林分諸因子對徑流量的作用，本文利用低效林改造試驗過程中積累的部分資料,對川西北丘陵區(qū)的林分因子和徑流量進行相關(guān)分析和逐步回歸分析，并采用標(biāo)準回歸系數(shù)比較法，弄清各林分因子對徑流量影響的主次關(guān)系.為治理水土流失提供背景值。（）概況=-CLn（1V<r0rB）Ip。m>/ly/afi）+>/ly/ahD4.此流速分布公式不僅適用于賓漢流體，而且也適用于牛頓流體，因此可做為兩該區(qū)地層屬侏羅系遂寧組，為紫色砂頁巖母質(zhì)，土壤類型是紅株紫色土，土層厚度約40cm,丘坡坡度一般為18度左右。植被類型主要有馬尾松、株類、馬榛、黃荊、鐵子等。（二）觀測內(nèi)容及方法每次雨后觀測徑流池的徑流量，在自記雨成計記錄圖紙上計算每次降雨的雨最和雨強；植被生物量、喬木按徑級標(biāo)準木，采用分層切割法，灌木和草本用稱重法，植被蓋度用目測法；土壤滲透速度采用滲透簡法，土壤水分一物理性質(zhì)用環(huán)刀稱重法。b林分因于與徑流髭的相關(guān)分析我們使用微型計算機，對20組2