非均勻沙分級(jí)推移質(zhì)公式


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非均勻沙分級(jí)推移質(zhì)公式
摘要：根據(jù)近底泥沙交換的隨機(jī)-力學(xué)模式及輸沙率概率分布，從理論上建立了非均勻沙任意粒級(jí)推移質(zhì)輸沙率的新公式。采用作者提出的分級(jí)起動(dòng)概率和顆粒跳躍速度表達(dá)式處理有關(guān)參數(shù)，而公式所及常數(shù)則由均勻沙輸移試驗(yàn)資料確定。由此獲得的非均勻沙分級(jí)推移質(zhì)公式物理概念清楚、數(shù)學(xué)處理嚴(yán)密、能自動(dòng)適應(yīng)均勻沙情形。用非均勻沙分級(jí)輸移試驗(yàn)資料的驗(yàn)證結(jié)果表明，理論能合理地描述非均勻沙推移質(zhì)運(yùn)動(dòng)的客觀規(guī)律。
關(guān)鍵詞：非均勻沙；推移質(zhì)公式；分級(jí)輸沙率；隨機(jī) 力學(xué)模式；水槽試驗(yàn)
　　天然水流輸移的推移質(zhì)及水流邊界的組成物質(zhì)都是非均勻沙。如何根據(jù)水流條件及床沙組成計(jì)算非均勻沙推移質(zhì)輸沙率，以便有效地預(yù)報(bào)砂、卵石質(zhì)床面的沖淤變形，是輸沙力學(xué)亟待解決的重要理論問(wèn)題。由于非均勻沙不同粒級(jí)間存在著隱暴作用(shelter exposure effect)并增加顆粒所處位置的隨機(jī)性，至今關(guān)于非均勻沙輸移問(wèn)題的研究極為有限。
　　Einstein最早將均勻沙推移質(zhì)公式推廣到非均勻沙情形[1]，但公式包含五個(gè)系數(shù)因而精度較低，推導(dǎo)過(guò)程及參數(shù)處理亦不甚完善，計(jì)算值與后期的非均勻沙試驗(yàn)資料不能令人滿意地一致[2]。近十多年來(lái)，一些學(xué)者對(duì)均勻沙公式進(jìn)行修正使之適合于非均勻沙，即由分級(jí)輸沙率實(shí)測(cè)資料求出滿足均勻沙公式的所謂有效切應(yīng)力τek再與實(shí)測(cè)切應(yīng)力τ0k對(duì)比以確定隱暴修正系數(shù)[3]。由此獲得的公式受所用實(shí)測(cè)資料及均勻沙推移質(zhì)公式的限制，甚至出現(xiàn)隱暴系數(shù)中含有切應(yīng)力變量而不再與原均勻沙公式兼容的不合理現(xiàn)象[２]。有些學(xué)者則僅建立推移質(zhì)總輸沙率的經(jīng)驗(yàn)公式[4]，而推