黃河下游河槽泥沙揚動與輸移特性

蔡蓉蓉，張紅武，張 宇，張羅號

(1.水利部 國際經濟技術合作交流中心，北京 100038；2.清華大學 黃河研究中心，北京 100084；3.清華大學 水沙科學與水利水電工程國家重點實驗室，北京 100084)

1 引言

沖積河流的水流與泥沙運動是相互影響的[1-2]，挾沙水流運動塑造沖積河流床面形態，后者又約束挾沙水流的運動[3-4]。泥沙起動與揚動條件是研究泥沙運動的基礎[5-6]，前者有助于把握河床上泥沙靜止與運動的臨界條件，后者則有助于把握泥沙能否進入懸移運動的行列[7]，甚至有學者認為有助于預先判斷沙質河床的沖淤狀態[8]，與進一步研究泥沙輸移規律也有密切聯系。因此，研究泥沙揚動與輸移特性是了解河床演變規律與制定河道治理方案的基礎內容[9]，其意義重大。為提高黃河中水河槽輸沙潛力，更需要研究河槽泥沙揚動與輸移特性。

國外學者在泥沙揚動特性方面的研究成果不多[10]。較有代表性的研究有Bagnold[11]和Van Rijn[12]的成果。例如，Bagnold[11]提出泥沙顆粒的懸浮臨界條件為泥沙顆粒的沉速與紊動漩渦的上升速度相等，據此推導出泥沙揚動的臨界條件為：

ω=1.25u*

(1)

式中：ω為沉速；u*為摩阻流速。Van Rijn[12]假定泥沙顆粒的懸浮臨界條件是泥沙顆粒瞬時跳躍上升距離為泥沙顆粒直徑的100倍，通過實驗得出泥沙懸浮的臨界條件為：

(2a)

(2b)

式中d*為無量綱粒徑。Bagnold和Van Rijn的研究成果給出了泥沙懸浮的臨界條件，考慮了紊動懸浮作用對泥沙運動的影響，但僅能粗略判斷一定條件下水槽泥沙能否進入懸浮狀態，在定量描述泥沙顆粒揚動狀態時相互出入較大。……