动床阻力是河床上的泥沙颗粒及泥沙运动形成的沙波对水流产生的阻力。动床阻力主要包括由河床表面泥沙颗粒所产生的表面阻力以及由沙波起伏不平而产生的沙波阻力,其大小对流速和输沙率有直接影响。

简介

冲积河流河床上的沙波运动,必然会影响到床面形态,而床面形态的变化又必然会影响到河床阻力,这种可动床面形态形成的水流阻力称为动床阻力。其突出特点是,水流强度决定床面形态,而床面形态反转来又影响水流强度,两者处于一个相互依存、相互制约的对立统一体中,而水流强度属于主要的矛盾方面。这一点与定床阻力截然不同,定床的床面形态影响水流强度,但本身则基本上不受水流强度的影响,虽然两者同处于一个对立统一体中,但床面形态应属于主要的矛盾方面。

河道定床阻力主要由床面(河底)阻力和河岸阻力组成。动床阻力同样也是由床面(河底)阻力和河岸阻力组成,它与定床阻力的差别主要在于床面(河底)阻力这部分。动床的床面(河底)阻力主要包括沙粒阻力和沙波阻力1。

动床阻力计算中的问题

1、河床床面形态问题。由于动床阻力与床面沙波形态紧密相关,有些阻力计算方法对不同的床面形态分别采用不同的计算公式。因此在使用这些公式之前,首先必须根据水流泥沙运动条件区分河床的床面形态,床面形态划分的方法很多,但还没有一个得到公认的较为可靠的划分方法。

2、是断面形状的影响问题。一般的天然河道其断面形状都是非线性的,断面上的水深在各处不样,且沿河宽沙波的形态与尺寸也不相同,而在建立动床阻カ公式时大多采用平均水深,因此有必要在动床阻力公式中引入断面形状校正系数。吴伟明“曾用天然河流资料建立了二维动床阻力的计算公式,此公式对研究天然河流有一定的作用,但未涉及具体的河流断面形式。因此,如何将水槽与天然河流的阻力计算统一在一个公式中还有待进一步研究。

3、公式的结构问题。一个好的阻力公式,不仅要求其预测的精度较高,还要求其公式的结构基本正确。所谓公式结构正确是指某一水流泥沙因子在其它因子不变时,对动床阻力的影响与实测资料吻合。由于单因子影响的动床阻力资料太少,还无法进行,因对诸如水温对动床阻力的影响等问题的研究还存在较大争议。

4、公式的适用范围问题。由于阻力公式大多是根据一定范围的实测资料来率定的,因此在选用阻力公式时一定要注意各公式的适用范围。绝大多数的阻力公式仅能用于低能态范围,对高能态研究不多,对低能态与高能态过渡区适用的公式就更少2。

泥沙运动理论研究展望

动床阻力问题是泥沙运动力学基础理论研究的重要内容,其理论框架在50年代已基本形成,而且在70年代以前已经发展得比较成熟,截至2000年,除一些零星的重大成果外,并无突破性进展。

国内外学者提出的冲积河流阻力计算方法,各家理论及公式各有所长,泥沙研究已经发展到从百家争鸣向成熟转变的阶段。利用大量的野外和实验资料对各家理论和计算公式进行检验和对比,筛选和推荐适用范围大,精度高,且结构合理的理论和公式,将推动泥沙理论在工程上的应用。如钱宁对推移质公式的比较,虽然其比较仅限于无沙波的平整床面情况,但其比较结果还是大大加深了对推移质理论的认识。同样对于冲积河流阻力问题,也应通过分析评价各家理论,开发专用计算机软件对各家公式进行验证和对比,将使泥沙运动理论获得质的提高。

本词条内容贡献者为:

程鹏 - 副教授 - 西南大学

动床阻力

图文简介

动床阻力是河床上的泥沙颗粒及泥沙运动形成的沙波对水流产生的阻力。动床阻力主要包括由河床表面泥沙颗粒所产生的表面阻力以及由沙波起伏不平而产生的沙波阻力,其大小对流速和输沙率有直接影响。