坡面流挾沙能力計(jì)算方法.pdf

1、坡面流挾沙能力被定義為在給定流量、地形、表面特征、沉積物的密度和大小的情況下，水流所能帶走的沉積物的最大數(shù)量。坡面流在順坡流動(dòng)過程中會(huì)產(chǎn)生土壤顆粒的分離、泥沙的輸移和泥沙的沉積。若來水的含沙量小于該水流條件下的挾沙力，坡面水流就會(huì)從本段坡面上挾帶更多同類型泥沙，從而造成坡面侵蝕和水土流失;反之，若來水的含沙量大于該水流條件下的挾沙力，水流中過剩的泥沙就會(huì)在該段坡面發(fā)生淤積。坡面處于不沖不淤平衡輸沙時(shí)水流搬運(yùn)泥沙的最大通量即為水流挾沙力，

2、它是確定泥沙是否分離或沉積的控制因子。因此，挾沙能力的精確估計(jì)是許多基于過程的土壤侵蝕模型的關(guān)鍵，研究坡面水流的挾沙能力對(duì)建立適合于我國實(shí)際情況的土壤侵蝕過程模型具有重要的理論意義，并為我國黃土高原坡面水土流失治理提供重要科學(xué)依據(jù)。
　　本文通過室內(nèi)水槽輸沙模擬試驗(yàn)，系統(tǒng)研究了3種坡度(6°、9°、12°)，7種流量(0.042L/s、0.083L/s、0.125L/s、0.167L/s、0.208L/s、0.250L/s、0.3

3、33L/s)組合沖刷試驗(yàn)條件下坡面流水動(dòng)力學(xué)特性。綜合其他學(xué)者的試驗(yàn)數(shù)據(jù)共計(jì)355組，采用無量綱化分析坡面流挾沙能力與無量綱平均流速、無量綱水流剪切力、無量綱水流功率、無量綱單位水流功率、無量綱有效水流功率等水力參數(shù)的耦合關(guān)系，最后基于無量綱有效水流功率建立統(tǒng)一挾沙力公式。取得了以下主要結(jié)論:
　　(1)本試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析表明，坡面流挾沙力隨著坡度和流量的增加而增加，平均流速、水流剪切力、水流功率、單位水流功率、有效水流功率均與坡面流

4、挾沙力呈正相關(guān)關(guān)系。
　　(2)揭示了坡面流挾沙能力與水動(dòng)力學(xué)參數(shù)的耦合關(guān)系。為了消除量綱對(duì)挾沙力的影響，對(duì)水動(dòng)力參數(shù)和挾沙力進(jìn)行無因次化。在本試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合其他學(xué)者的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，共計(jì)355組進(jìn)行分析，經(jīng)過回歸分析得出:不同粒徑、流量及坡度下，坡面流挾沙能力對(duì)平均流速、水流剪切力、水流功率、單位水流功率、有效水流功率等水力參數(shù)的響應(yīng)關(guān)系均可以用冪函數(shù)方程描述。
　　(3)闡明了坡面流挾沙能力變化的動(dòng)力學(xué)機(jī)理。綜合355組各

5、學(xué)者試驗(yàn)數(shù)據(jù)得出，坡面流挾沙能力對(duì)主要水動(dòng)力參數(shù)響應(yīng)的決定系數(shù)大小順序?yàn)?有效水流功率(R2=0.9785)＞水流功率(R2=0.9701)＞水流剪切力(R2=0.9662)＞單位水流功率(R2=0.8770)＞平均流速(R2=0.8428)。由此表明，有效水流功率是與坡面水流挾沙能力變化關(guān)系最密切的水動(dòng)力學(xué)指標(biāo)，是描述坡面水流輸沙能力變化最好的動(dòng)力學(xué)參數(shù)。
　　(4)建立了具有動(dòng)力學(xué)意義的坡面流挾沙能力數(shù)學(xué)模型。選擇無量綱有效水