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冲积河流悬移质泥沙与床沙交换机理及计算方法研究
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【水利论文集】摘要：本文在分析前人研究成果的基础上，从非恒定挟沙水流沙量平衡入手，建立了冲积河流悬移质泥沙与床沙交换关系表达式，并引入平衡冲淤物粒径的概念，对冲淤物粒径的计算方法进行了系统分析，提出了一整套计算非恒定挟沙水流悬移质泥沙与床沙交换的模式与方法，同时将该方法引用到数学模型中，采用黄河下游典型洪水进行了验证。
关键词：悬移质泥沙 床沙 交换机理 平衡冲淤物粒径
1 引言
悬移质泥沙与床沙交换机理及计算方法，作为河流泥沙动力学的重要问题之一， 长期以来，被许多学者所关注，并取得了卓有成效的进展。该问题的研究，对河道演变分析、河工模型设计、河流泥沙数学模型计算以及河流泥沙动力学学科的发展都颇有意义。
现有方法一般为将悬移质泥沙和床沙分成若干组，通过计算分组挟沙力实现悬沙与床沙的交换，从而求出悬沙与床沙级配的变化规律。其中韩其为是由悬移质级配求分组挟沙力，该方法假定含沙量级配与挟沙力级配相同，且各粒径组泥沙独自保持平衡而不相互影响，在此基础上建立了淤积和冲刷两种情况的级配计算公式[1]，但在计算过程中出现与实际河流冲淤不相符合的情况，如河床发生冲刷时，各粒径组的泥沙均发生冲刷，而淤积时各粒径组泥沙均发生淤积。HEC-6模型[2]是以床沙级配求分组挟沙力，其基本思路为：先求每一粒径组泥沙的可能挟沙力，即这一粒径组含沙量占100%的水流挟沙力，而实际挟沙力则是此粒径组泥沙在床沙中所占百分比与上述可能水流挟沙力的乘积，这种方法的前提假定与实际挟沙图形有较大出入。
李义天[3]通过理论分析建立了输沙平衡状态下床沙质级配与床沙级配之间的关系为
(1)
(2)
式中Pi, Pbi分别为床沙质与床沙级配；ωi为第i粒径组泥沙沉速；u*为摩阻流速；κ为卡门常数；m为粒径分组数；σv为垂向紊动强度，原作者取σv=u*。在已知床沙级配的条件下，根据式(1)计算出悬沙中床沙质级配后，再由全沙挟沙力乘以挟沙力级配Pi即可得出分组挟沙力，进一步采用非饱和输
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