第1章 渭河F游高含沙洪水特性及
冲淤机制研究
1．1 高含沙水流相关文献综述
1．1．1高含沙水流概念
我国早在20世纪50年代就开始系统研究高含沙水流，研究涉及高含沙水流的形成特性、流变特性、流动特性、输沙特性、河床演变规律等，成果丰硕。中国水利科学研究院泥沙研究所、清华大学、武汉水利电力学院、黄河水利委员会(简称黄委)黄河水利科学研究院、水利部西北水利科学研究所等国内重要的科研单位，对高含沙水流运动规律进行深入研究，逐步建立起高含沙水流运动的理论体系。国外高含沙水流的系统研究始于20世纪80年代，国外目前关于高含沙水流的研究遵循与借鉴了我国的方法和理论…。
但究竟什么是高含沙水流，高含沙水流如何界定，迄今尚未有公认的标准。王光谦¨0认为，高含沙水流是指含沙量高达200～300 kg／，m。的挟沙水流。王兴奎等旧0认为，当水体中含沙量较高，并且含有一定量的细(黏)颗粒(d<0．0l mm)，使该挟沙水流的物理特性、运动特性和输沙特性等基本上不再用牛顿流体的运动规律来描述时，这种水流称为高含沙水流。许炯心等旧’以含沙量大于400 k∥m。作为高含沙水流的含沙量标准。为了在不同的河流间进行比较，采用了年悬移质含沙量Cma小年均悬移质含沙量Cmean和有观察资料以来的断面含沙量Cmax。作为指标。当C…。超过100 kg／m。或Cm．x。超过400 kg／。m。时，即认为出现过高含沙水流。廖建华H 0认为主要与悬移质泥沙的粗细有关，悬移质泥沙越粗，呈现宾汉体特性所需要的含沙量越大。陕北地区的支流泥沙颗粒较粗，当含沙量达到400kg／m。时才呈现宾汉体性质；粗颗粒泥沙沿途发生淤积，悬移质泥沙变细，至黄河下游，含沙量达到200 kg／m’左右时，水流便呈现出宾汉体性质，此时水流即为高含沙水流；对于细沙区河流(如渭河)，当含沙量达到100 kg／’m。时，水流就有可能转变为宾汉体，从而形成高含沙水流。为使各区域高含沙水流发生情况具有可比性，以大于200 kg／m。作为高含沙水流的含沙量标准。惠遇甲等M 0给出了高含沙水流紊动结构和非均匀沙运动规律的诸多研究成果，指出关于高含沙水流，一般认为：某一水流强度的挟沙水流中，其含沙量与泥沙颗粒组成，是粒径d<0．01 mm的细颗粒所占百分数，使该挟沙水流在其物理特性、运动特性和输沙特性等方面基本上不能用牛顿流体的运动规律进行描述时，称为高含沙水流。有文献建议将水流黏度肛，>1．5作为判别高含沙水流的标准。1．1．2流变、流动和输沙特性
(1)流变特性方面：田治宗等帕0利用黄河干支流河道的实测流速、含沙量资料，分析泥沙在高含沙紊动水流中的沉降速度，得到高含沙水流紊动状态下的流变参数与雷诺数尺e的关系，当＆<800时，流变参数随着胎的增大而增大；当m>800时，流变参数则随着＆的增大而减小并渐趋稳定。陈立"’用极限浓度综合反映诸因素对高含沙水流流变参数——刚性系数和宾汉极限切应力的影响，提出了确定极限浓度的新方法，并根据流变试验资料，建立了精度较高、适用范围较广的流变参数表达式。白玉川、徐海珏L8 0研究认为，对于高含沙水流等非牛顿流体，层流转换为紊流以及紊流溃灭再次转为层流，其不仅主要取决于惯性力与黏性力的比值——临界雷诺数，而且取决于这种非牛顿流体中含沙量的大小、含沙量的分布形式、含沙颗粒粒径的大小以及含沙颗粒的容重等多种因素。研究结果为解释河流中的“浆河”现象、挟沙水流湍流强度及湍流结构的变化趋势提供了一些重要的科学依据。司凤林、乔永杰一0在黄河中游多沙粗沙区25条支流大量试验资料的基础上进行了分析研究，提出了不同河流形成高含沙水流的定量条件，并给出了不同地区、不同河流流变参数的经验公式。
(2)流动特性方面：张瑞瑾¨m他0致力于河流泥沙运动基本理论和实际工程应用的研究，提出了泥沙沉速、泥沙起动、水流挟沙力公式，被广泛应用。费祥俊¨列对泥沙运动特性进行了研究，建立了高浓度浆体黏滞系数与宾汉屈服应力计算公式，可用于泥石流浆体的黏性计算。舒安平等¨。0推导得出了紊动能转化率表达式以及泥沙悬浮效率系数表达式，并得出了高含沙水流的紊动能量转化与耗散规律，为黄河具有“多来多排”的输沙特性找到了一定的理论依据。黄远东等¨纠基于“紊流涡团模式”和采用高精度的流速垂向分布表达式，建立起高含沙水流的紊动黏性系数计算公式，并将计算公式应用于黄河下游平面二维泥沙数学模型中。王光谦等¨刮建立了流域水沙运动模拟模型，提供了黄土丘陵沟壑区沟道系统水沙运动模拟的一种模式。对于沟道水流挟沙力的计算，验证对比了常用于黄河干流的张红武公式和专为泥沙源区建立的费祥俊公式。刘兆存、徐永年…0综述了高含沙水流的阻力特征、流速分布、紊动强度分布、能量分布等流动过程中所具有的特性，并和清水、低含沙水流做了对比分析。系统论述了高、低含沙水流所共同具有的规律。
(3)输沙特性方面：钱宁等¨副发展了高速不均匀沙的输沙理论，开拓与推动了高含沙水流运动机制研究。窦国仁¨引对泥沙运动、推移质和悬移质输沙、河床变形等基本理论进行研究，提出了河床紊流随机理论、非恒定流不平衡输沙方程式、泥沙沉降的统一公式，被广泛应用。韩其为旧训采用力学与随机过程相结合的方法，对泥沙运动统计(随机)理论进行了长期研究，建立了较为完整的泥沙运动统计理论体系；对不平衡输沙、异重流、淤积形态、变动回水区冲淤、回水抬高、水库淤积控制等均进行了专门研究，基本完成了将淤积由定性描述到定量表达的过渡。曹如轩等旧m引对水库高含沙冲淤、水流挟沙力双值关系、高含沙洪水“揭河底”现象进行了探索。齐璞、余欣等心列利用黄河主要干支流渭河、北洛河、黄河下游及三门峡水库大量实测资料分析得出：河道中的高含沙水流的阻力与低含沙水流相同，均可用曼宁公式进行阻力计算，分析了黄河高含沙水流的输沙特性形成机制。张德茹、苏晓波等r2。0利用洛惠渠近20年的实测资料，分析洛惠渠高含沙水流的特性，指出水流中含沙量的增大和细颗粒含量的增加，一方面使流体黏度增加；另一方面使流体容重增大，从而导致颗粒的沉速大幅度降低，甚至形成不分选泥浆。许继刚、郑宝旺等心纠根据对实测资料的分析，得出了输沙管道高含沙水流沿程和局部阻力系数的变化规律及确定方法，提出了管道综合泥沙因子和综合阻力系数的相关关系，同时指出细颗粒组成对高含沙水流的阻力特性有很大影响……
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