41、泥沙输运与非恒定流专题研究

泥沙输运与非恒定流专题研究

1. 泥沙输运相关内容

1.1 阻力关系

在泥沙输运过程中，阻力关系是重要的研究内容。存在如下公式：
- $\tau_b = \rho C_f\frac{q_w^2}{H^2} = \rho gHS$ （17 - 86），其中 $q_w$ 是单位宽度的流量。
- 谢才方程可写为 $U = \sqrt{\frac{g}{C_f}}H^{1/2}S^{1/2}$ （17 - 87）。考虑阻力关系（Eq. 17 - 85），该方程可表示为 $U = \alpha_r\sqrt{g}C_f^{1/6}H^{2/3}S^{1/2}$ （17 - 88）。
- 通过方程 17 - 83、17 - 86 和 17 - 88 可得到均匀流条件下希尔兹应力的关系：$\tau^* = (\frac{k_s^{1/3}q_w^2}{\alpha_r^2g})^{3/10}S^{7/10}/RD$。

1.2 形状阻力分离

在沙质河床河流中，常见的河床形态有沙丘、波纹和逆行沙丘等。
- 波纹 ：当床面泥沙粒径小于粘性底层厚度（$\delta_v = 11.6\nu/u_ \leq D$）时会形成波纹，且波纹不与水面相互作用。
- 沙丘 ：与水面大致不同相，向下游迁移，出现在亚临界流中。
- 逆行沙丘 *：与水面大致同相，通常出现在超临界流中，可向上游或下游迁移。

当存在沙丘等河床形态时，部分阻力为形状阻力，它由作用于床面法线方向的应力组成，不直接促