黄河中下游含沙水流粘度的计算模型

泥　沙　研　究　１９９１年６月　Ｊｏｕｚ＇ｌ￣ｄ．０ｆ　Ｓｅｄｉｍｅｎｔ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　第２期　黄河中下游含沙水流粘度的　计算模型　费　祥　俊　（清华太学）　摄　要　奉文提出了细颗粒悬诚牯度的计算模型，经黄河中下游十泉个悬沙级配的试验验证，及　与国内多家耐悬诚牯度试验结果的比较，表明奉计算摸型有较好的适应性．文中还列举了一　些应用奉摸墨计算不同茹｝件下古沙水流盼牯度及有关舶水流泥沙运动参数的例子．　、引　言　黄河中下游由于水流含抄量高，泥沙的存在对水流运动有强烈的反馈作用　因此，　与一般挟沙水流相比，有不少值得重视的特点，其中最明显的是水流挟沙力及含沙承瘫　韵龃力．　大量野外资料表明　在黄河中下游相同流量下本蛄输沙率与上游站来水含沙量有　关，上站来承含沙量越大，本河段的输　抄率也越大，即所谓的　多来多排　有些科技工作者，根据实测资料整理出　输沙率的经验公式：　Ｑ。＝ＫＱ　Ｓ上　（１）　这里系数Ｋ及指数ａ，　在不同河段和　不同条件下各有不同的数值．　野外观测资料还表明，黄河中下游　图１Ⅱ一ｖＳ的关系。。　河道的糙率很低．在相同流量下，水流　ｍ　ｒｅＩａｔｆｏｎ　ｂｅｔｗｅｅｎ　ｎ　ａｎｄ　Ｓ　驵力系数随含沙量增加有明显减少的现象，图１所示是山东河段在流量ｑ一８００￣ｌＯ００ｍ。　／ｓ时，糙率系数＂与含沙量的关系．虽然，限于野外观测精度点据比较散乱　但图１所　示曼宁糙率系数　值随着含沙量增加而变小的趋势是明显的．　上两个问题虽然十分重要，并早已众所周知，但尚无统一的认识和定量的表达方　祛．此外，还有因水流含沙量增大而引起的其他问题，如泥沙颗粒在浑水中的沉速　悬　浮功随含沙量的变化　及由紊流过渡到层流的判别等，要对这些问题作理论上的说明，　｛　车试验是国家自热科学基金资助项目，用的番抄样品由黄妥台水文局厦有关水文站提供．在此系谢　维普资讯 http://www.cqvip.com

必须要充分掌握高含沙水流的物理特征，而悬浓粘性及其变化规律将是其中最核心的问　题．悬移质含沙量增加，使水流的粘性提高，因而增加水流挟沙力，这和水温下降，使　水流挟沙能力提高具有同样性质．黄河中下游的输沙率经验公式（１）中引入上站含沙　量因子，实际上也即引入了水流牯性的因子，只是粘性变化不完全是含沙量变化而　ｆ起　的．悬移质含沙量对水流阻力系数的影响，目前存在不同的看法，有人认为在相同条件　下（如雷诺数相同），含沙水流的阻力系数（达西系数『）与清水水流并无不同，但越来　越多的资料表明，在相同雷诺数条件下含沙水流的阻力系数低于清水阻力系数，主要原　因是悬移质含沙量的存在使水流紊动受到抑制，如以对数律描述流速分布的话，则含沙　量或水流粘性的提高，使流速公式中的卡门常数　减少，这可能是使阻力系数减少的主要　原因．黄河中下游悬移质泥沙颗粒很细，因此含沙水流的粘性对以上问题的影响，显得　更为突出．　二、泥沙悬液牯性的试验研究　（一）现有的试验研究成果　近年来对高含沙水流流变特性作了很多试验研究，提出各种流变参数的计算公式，　但含沙水流的流型及粘性与泥沙矿物成分、含沙量体积比浓度、固体颗粒组成、以及水　质和温度等很多因素有关，由于影响因素很多，难以通过有限的试验，归纳出有一定普　遍意义的计算公式．多数的试验研究结果，给出在一定的固体颗粒组成及其特性下，不　同浓度的粘滞系数或流变系数．而实际情况是河道中不同浓度的高含沙水流具有不同的　粒度组成，因此，这类试验研究结果的实用性受到限制，无法预料不同含沙量条件下泥　沙悬液的牯性．　Ｉ　９８５年我们以爱因斯坦在球形颗粒的稀悬液条件下，推得的相对粘度理论公式，　。＝（Ｉ＋２．５Ｓ。）为基础，分析求得不同粒度组成下高浓度悬液的相对粘度表达式，通　过黄河花园口淤泥及掺入不同含量较粗颗粒配制成十余组泥沙悬液，作了比较系统的粘　性试验进行验证，最后得出高浓度泥沙悬液相对粘度的公式如下”　ｒ　１　‘　Ｉｌ～　ｉ　ｌ　（２）　式中　系数　系对固体浓度的修正系数，即考虑了细颗粒表面的薄膜水外，又考虑了　粒间封闭水对浓度的影响；Ｓ，和Ｓ　分别为固体体积比浓度及其极限浓度，　和　。分别是　祝沙悬液及同温度清水的粘滞系数．当悬液中固体浓度较高时，已属非牛顿流体，并可　用宾汉模型来描述其剪切力与切变率关系、宾汉极限剪切力的试验结果可用下列经验式　表达　。　ｆ　＝９、８×ｌ　０。ｅｘｐ（Ｂｅ＋Ｉ．５）　（３）　式中　以Ｎ／ｍ　计，系数Ｂ一８．４５，ｓ＝＝　ｒ　．　这里Ｓ。。为由牛顿体转变到非牛顿体的临界浓度（详见后文）、公式（２）及（３）的特点是　除了浓度ｓ。作为影响悬液流变参数的因素以外，加入了反映颗粒组成特性的ｓ。．值，对流　变参数的影响，使其应用范围明显扩大、但以上关系式还存在缺点：首先关系式（２）和　《３）虽然对于试验的十余组样品的几十个数据有良好的相关关系，但还没有用更多的悬　２　．　‘　维普资讯 http://www.cqvip.com

沙级配取样对以上关系式作进一步的检验，其中包括以粘度趋近无限大时的浓度定义的　所谓极限浓度Ｓ¨”及系数　也需要进行改进；其次关系式（２）和（３）仍无法表示出由于　泥沙颗粒矿物成分不同对流变参数的影响，因此，只能用于泥沙矿物成分基本相同的同　流域或产沙条件基本相同的情况．这样影响泥沙悬液流变参数的主要因素将是固体体　积浓度及粒度组成．这种设想是否符合实际，也还需要进一步通过野外悬沙取样，进行　试验，用更多的数据进行检验．　（二）黄河中下游舍沙悬液的粘性试验爰其结果　为验证上述泥沙悬液粘性的表达式是否适用于黄河中、下游的情况，我们采集了黄　河中下游有关水文站的悬沙沙样，利用内径０．５８２ｃｍ长ｌ　２０ｅｍ的立管式粘度计，仔细地　作了各级浓度下的流变试验，这些悬沙沙样的特征值如表ｌ所示．　表１悬沙级配的特征值　Ｔｈｅ　Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ　Ｖａｌｕｅｓ　ｏｆ　Ｓｉｚｅ　Ｏｔ　Ｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎ　站　名　７．ｇ／ｃｍ’　ｄ＿．ｍｍ　ｄ，＿工ｎｉｎ　ｄ＜ｏ．０１工ｎｍ　且　ｄ．　神　术　２．６４　０．１６０　０．７００　６　２２　磐　德　２．Ｂ９　０．０５０　０．０９２　９　３８．Ｂ　延　『『『　２．６６　０．０　３５　０．０７０　２２　７０．６　华　县　２．６７　０．０２９　０．１００　２０　７　．５　擅　关　２．６５　０．０２２　０．０７５　２９　１　Ｊ　Ｄ．７　大　宁　２．　０　０．０８０　０．０７０　２６　１３４．６　太　村　２．７０　Ｏ．０２３　０．０６Ｏ　２８　ｌ　０　丁　家　淘　２．７Ｏ　０．Ｏ３４　０．０７４　ｌ７　ｊ４０　花　匿　口　２．６６　０．０明　Ｄ．Ｄ３５　７Ｄ　７００　武　功　２．６２　０．０１４　０．０　３６　３７　２２０　试验按十个样品，每个样品的体积比浓度变化４～７次，其总的范围为ｓ，＝０．０７２～　０．４３３，相当于含沙量ｌ９０～１１５０ｋｇ／ｍ　，共５４组流变试验．试验结果进一步表明，被溅　悬沙级配的黄河泥抄悬液在高浓度时均可用宾汉模型来描述其流型，将试验结果的悬液　刚度系数相对值－ｑ　＝　及宾汉剪切力　，分别与悬液体积比浓度ｓ。点绘关系．即图２　及３（为使图清楚，并未将全部点据绘出），在半对数纸上上述试验点据相当集中，并　各自成很有规律的直线．各站　～Ｔ：　关系因颗粒粗细组成不同而有不同的斜率．在　Ｒ　浓度较低时，－ｑ，～　关系不能用直线外延到原点，这正是由于在浓度较低时，颗粒　间封闭水的存在，使有效浓度有所提高的原因，而在浓度增加时，颗粒间的封闭水逐渐　Ｒ　被表面束缚水所置换，因而使式２中的改正系数ｋ减少，　—　ｒ关系线近乎直线．图　３中　～Ｓ。关系线圆泥沙粗细组成不同在横座标上的截距不同，为测验时方便起见，我　们采用　＝０．５Ｎ／ｍ。时的浓度Ｓ　。为牛顿体与非牛顿体（宾汉体）的临界浓度，这样各　站　～ｓ。关系在　＝０．５Ｎ／ｍ’线上（如图中所示）的截距，即为相应的牛顿体过渡到非　牛顿体的临界浓度ｓ　图３表明，ｓ．．值因悬抄级配组成加粗而增大．并符合关系式　Ｓ。。＝１．２６Ｓ；：　（４）　图２及３的关系明显的指出颗粒组成不同，对悬液流变参数的影响，在同一体积浓　３　维普资讯 http://www.cqvip.com

度下，不同粒度组成的悬液，其流变参数可以相差几倍到几十倍．因此以往有些研究仅　仅以体积浓度作为变量来反映流变参数的大小是远远不能满足要求的．　／神束　／接德　／牵差　／丁　／诫琦　，花团廿　夕　／　圈。”，～—　关系　Ｔｈｅ　ｒｅｌａ％ｌｏｎ　ｂｅｔｗｅｅｎ　ａｎｄ　·丁蕈对　ｆ　，棚．）　一花回日　／　：　／　ｍ口　：ｏ精艨　ｉ　／　Ｉ　￡　口　／　｝　口　｜　ｅ　５　图３　自～Ｓ　关系　Ｔｈｅ　ｒｅｌａｔｉ￣ｕ　ｂｅｔｗｅｅｒｎ　ａｎｄ　Ｓ．　三、泥沙悬液粘性计算模型　以上图２和３所示的黄河中下游十个悬沙取样流变试验结果的一簇关系线，在Ｂｆ人　反映颗粒级配组成的参数ｓ．　以后，可以将它们统一成单一的关系线．细颗粒较多的级配　组成，由于颗粒比表面积大．颗粒之间的空隙率大，极限浓度ｓ，．相对较低，而粗颗粒　维普资讯 http://www.cqvip.com

的极限浓度相对较高，此外，颗粒组成越不均匀，由于细颗粒可以填充在粗颗粒的空隙　中，使颗粒阅的空隙减少，极限浓度增大．而均匀或接近均匀的颗粒组成由于不具相互　填充作用，粒间的空隙较大，极限浓度就较低．在文献［２］中，我们曾以按流变试验结　果将　一。。时的相应浓度定义为极限浓度与被测涉样的比表面积建立经验关系，即ｓ．。～　芋关系，这里ｄ　Ｐ盼别为某一粒径级的平均直径及其相应的重量百分比．　根据十　余组试验资料得到的上述关系虽然良好，但这一关系线的下端精度不高，这是因为和用　水文年鉴刊布的颗粒级配曲线，其最小粒径只到ｄ＝０．Ｏ０５ｍｍ，或ｄ一０．Ｏ０７ｍｍ，对于　悬沙粒径较细的级配，ｄ＜ｏ．Ｏ０５ｍｒａ往往尚占全抄较大的重量百分比，如果将粒径小于　０．Ｏ０５ｍｍ的全部泥沙都按ｄ＝０．Ｏ０５ｍｍ来计算—　，必然带来误差．根据对黄河中下　ｐ　游悬沙级配组成进行仔细分析，认为如果ｄ＝０．ＯＯＧｍｍ－￣ｄ　则最后一级颗粒的　可按导＝｛　计算，如果ｄ一０．００．５ｍｍ＞ｄ　则宜将颗分曲线顺势外延习　ｄ．．，再按｛ｌＬ＝—　计算最后一级粒径的比表面积，这样处理误差较小，并　使ｓ．　～三午关系得到改善．在半对数纸上这一关系可用下列直钱方程表达　Ｓ。　＝０．９２—０．魄　（５）　如图４所示．　当三　≤２０时，由于颗粒较粗，颗粒比表面积大小不能很好反映极限浓度的大小。　应厢式（５）时应慎重，好在黄河中、下游悬沙组成较细，　—　ｉ＿Ｌ≤２０的情况十分罕见．　利用式（５），可由悬沙颗粒级配确定相应的极限浓度．这样，如将黄河中下游十个悬沙　级配的流变试验结果的图２及３　』人级配因素，从新ｌ；ｌ　～Ｓ…／ｓ及　～（Ｓ。－Ｓ。。）ＩＳ。．　为座标进行点绘，其结果如图５及６所示，而将图２图３的一簇关系线，统一到单一关　系线上，并满意地与式（２）及（３）表达的公式相符．这进一步证明悬沙颗粒级配组成是　影响其悬液流变参数的重要因素，也表明式（２）及（３）可以作为黄河中、下游泥沙惹液　流变参数的计算模式．公式（２）中的系数　，是考虑细颗粒悬液中封闭水对体积浓度　的影响，根据５４组试验的点据，　值用公式（６）表达，使关系线与试验点据达到较好　的吻合．　忆。（　）　（－一　）‘　（６）　应该指出，目前泥沙悬液流变试验的设备、技术操作及数据处理还没有统一的标准　或规范，同一试样即使在同类仪器和相同浓度下进行试验，也不会有相同的结果．图７　是全国７个单位对同一泥沙级配样品在管式粘度计上进行比测并按本文方法整理的结　果“　，由图可见，在对试验数据进行统一方法处理　后，同一浓度下相对粘度相差　±３０　，而　的相差还更大些，如图８所示．至于不同样品及不同数据处理和试验方　法，得到的试验数据将更加散乱，这是完全可以理解的．图９所示是八十年代初黄河浇　维普资讯 http://www.cqvip.com

神柬　磐穗　琏川　华县　埴是　太中　丈村　Ｔ　耗目日　式琦　州　矗　＼　＼　＼．　、　４船吨２台ｚ拿　＼　＼　２　ｍ　图４　ｓ。－～￡　ｕ　关茅　圈５不同悬沙试样的　，～喾．＿关系　Ｔｈｅ　ｒｅ［ａｔｉｏｎ　ｂｅｔｗｅｅｎ　ｓ．一ａｎｄ　Ｅ昔　Ｄ　Ｔｈｅ　ｒｅｌａｔｉｏｎ　ｂＢｔｗｅｅｎ　ａｎｄ　ｆｏｒ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｓａｍｐｌｅｓ　ｏｆ　ｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎ　邱　：ｃ　】　口　　芈碧　：　花园日　。　疽关　。　式　Ａ　太宁　．　口　＋　々　ｔ　圈６不同悬沙试样的ｒ　～Ｅ关系　Ｔｈｅ　ｒｅｌａｔｉｏｎ　ｂｅｔｗｅｅｎ　Ｔｊ　ａｕｄ‘ｆｏｒ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｓａｍｐｌｅｓ　ｏ±ｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎ　６　维普资讯 http://www.cqvip.com

域有关水文站各自测定的泥沙悬液相对粘度，按上述方法点绘的　～｛｝关系．但即　这样，从图７到９比较散乱的点据中，仍可发现它们总的趋势仍和式（２）及（３）相　符，而并没有系统的偏离．这可以进一步证明，式（２）及式（３）作为黄河中．下游　泥沙悬液粘性的计算模型有相当的可靠性，在没有条件进行悬迎流变试验的情况下－上　述计算模型，可用以进行有关的水沙运动的分析与计算（详见后文）．　应该指出，黄河中、下游面积广大，水沙运动条件复杂，泥沙矿物成分虽然大同夺　异，但不能说同一流域不存在差别，有的可能是明显的差别．本文采集的悬沙样品毕竟　还是有限的．因此对一些重要的工程，如需要泥沙悬液的流变参数的话，还宜就地取稃　进行试验与上述计算方法进行配合．　·柬科ＩＩ巴　面此　·　。＋口　艘长黯酋工步益垂矿　末所宕　砬咒眈　｝　Ｃ　●　．／　ｄ　ｘ　：　ｓ　玛　图７同一试样各家试验结果的ｔ｝，～毒＿＿关系　Ｔｈｅ　ｒｅＩａｔｉｏｎ　ｂｅｔｗｅｅｎ　ａｎｄ　ｆ０ｒ　ｔｈｅ　ｄｉｆｔｅｒｅｃｔ　ｒｅｓｅａｒｃｈｅｒｓ　ｗｎｈ　ｔｈｅ　０ａｍｅ　ｓａｍｐｌｅ　７　维普资讯 http://www.cqvip.com

面北琦｝　南亡设计览　△　十　靖辛　口艘工古斯　口　垂　Ｖ长善　冶砑览盹　ｃ％　）　／　／　拿　／　Ｚ　／　图ｅ　同一试样各家试验结果的ｔ－～ｇ关系　Ｔｈｅ　ｒｅｌａｔｉｏｎ　ｂ甘ｔｗｅｅｎ　－ａｎｄ　５　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｒｅａｓｅａｒｃｈｅｒｓ　ｗｎｈ　ｔｈｅ　￥ａｉ￣ｅ　ｓａｍｕｌｅｓ　·蚪　ｘ　王道恒蟒　△膏矗耋。　卫缸　　：’　芒丧咀榭【＝十棹）　·裱哀坪　十　水　０　盈暮Ⅲ　０　＝奎．　｝　ｆ　ｆ　ｘ／　Ｊ　　Ｉ７ｃ　，　Ｏ　冀　／．　。Ｊ　图　不同试样不同单位试验结果　：　关系　Ｔｈｅ　ｒｅｌａｄｏｎ　ｂｅｔｗｅｅＩ１　ａｎｄ　ｆ０ｒ　ｔｈｅ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｒｅｓｅａ呲ｅｒ８蛆ｄ　ｓａｍｐｌｅｓ　８　维普资讯 http://www.cqvip.com

四、粘性计算模型应用举例　（一）流动悬液中颗粒沉速计算　颗粒沉速与悬液浓度及牯性有关，为此先由悬液颗粒级配组成，按本文方法计算　占鲁及相应的极限浓度ｓ．．（见式（５））　表２中列出了悬沙级配组成，及占鲁及　然后按式（２）求得各级浓度下悬液的相对牯度　，作为例子，假定在流动中悬　ｓ…液的　值很小而可以不计．最后由沉速公式计算相应浓度下各级粒径的沉速ｍ－及平均沉　速　＝却　，这里ｐ　为第ｆ组粒级所占重量百分比，计算结果如表３．　表２两组悬沙级配及相应的暑—　ｐ　与ｓ．一　Ｔｈｅ　ｔｗｏ　ｇｒｏｕｐｓ　ｏｆ　ｓｉｚｅ　ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ＝—　Ｄ　ａｎｄ　ｓ．一　第　１　坦　第　２　组　（ＰＡＰＡ）＜０．００１５　０．００１５～Ｏ．００５　ＰＩ　Ｄ．ｉＯ　０．１８　画（ｍｍ）＜０．００３　０．Ｏ０３＾，０．００５　Ｐ　０．１０　０．Ｏ６　０．呻５＾，０．０１０　０．０１０～０．０２５　０．０２５～０．０５０　０．０５０￣０．１０Ｏ　０．１Ｏ６　Ｏ．２２－　口．２３６　Ｏ．１４１　Ｏ．Ｏ０５～０．Ｄ１０　０．０１＾，０．０２５　Ｏ．０７　０．２ｌ　０．０５０￣０．１００　０．１０Ｏ＾，０．２５Ｏ　日．３１　０．０３０　鲁一Ⅲ．１　ｓ．．＝。　２　ｚ鲁一ｓｓｍ　ｓ１．；。ｍ－　表３两组悬沙级配在不同浓度下的牯度与抗速　Ｔｈｅ　ｖｉｓｃｏｓｌｔｙ　ａｎｄ　ｓｅｔｔｌｉｎｇ　ｖｅｌｏｃｉｔｙ　ｏｆ　ｔｗｏ　ｇｒｏｕｐｓ　ｏｆ　ｓｉｚｅ　ｉｓｔｒｉｂｕｔｆｏｎ　ｕｎｄｅｒ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ　ｄＳ　０．Ｏ５　０．１５　Ｏ．２０　０．２５　第１组　Ｓ　ｍ一０．４７２　ｌ　０．儿　１．７９　０．００６　２．７７　０．０３６　３．９２　０．０　２４　５．４９　０．０１６　８．１８　０．０ｌ０　第２组　ｒ　ｍｃｍ／８　ｌ　０．２５７　１．６９　０．１５５　２．５｜　０．０ｇ９　３．５７　０．００８　１．７ｌ　０．０４７　６．ｄ　０．０３２　Ｓ。　＝０．５３Ｉ　如令　为清水（ｓ　：０）中的平均沉速，则计算结果的兰～ｓ．关系如图ｊ０．常用的　Ｄ　经验公式三一（１一ｓ。）　，不能反映出各级浓度下不同颗粒组成对沉速的影响，且指数∞　值也往往变化不定．　（＝）床沙质与冲泻质的区分　区分床沙质与冲泻质对于河床变形计算有重要意义，但尚无统一的区分标准，比较　９　维普资讯 http://www.cqvip.com

台理的区分方法，应是寻求一定浓度下的界限粒径ｄ。，界限粒径以下的颗粒，即ｄ≤ｄ．　盼颗粒不再对平均沉速　产生影响，这样ｄ．便是冲泻质的上限粒径．根据上例第一组级　ｄ　ｒ　配的沉速计算，不难得出ｌ　ｍ　ｐｌ～ｄ的关系，图ｌ１．图中表明，当ｄ≤ｄ．，平均沉速　●ｍ　Ｉ　ｍ　几乎保持不变　随着悬液浓度的　口　提高，冲泻质的上限粒径ｄ．也随着加　￡岂Ｊ　大；Ｓ　一０．１　５时，ｄ。一０．０１　６ｒａｍ，床沙　质占全部悬抄的比例为１－ｐ；０．５２．　（三）舍沙水流的悬浮功估算　泥沙颗粒比永重，因此在水流中总　有下沉的趋向，为维持泥沙悬浮，需要　从水流紊动动能中取得一部分能量，即　口　４却　肋　所谓悬浮功，表达为　Ｅ；Ｓ，（　。一　，）∞　（７）　图１０兰～ｓ。关系　这里　，一　＋ｐＳ，（　。一　）　∞０　ｐ为对浮力有贡献的固体体积所占比　Ｔｈｅ　ｒｅｌａｔｉｏｎ　ｂｅｔｗｅｅｎ兰ａｎｄ　Ｓ。　例，见图１Ｌ这样根据侧１中表３结果　Ｏ　的沉速，如泥沙比重　。　２．６５ｔ／ｍ。，则　觌ｌ中两组悬沙级配的悬浮功与浓度关系如图１　２所示由图可见悬浮功存在一个最大　值，在本例中当Ｓ。一Ｏ．１～Ｏ．１５肘悬浮功达到最大，这表明当含沙量达到３ｏｏ￣４ｏｏｋｇ／　ｍ　以后，再增加泥沙含量，就不会再增加水流的负担．　｛　＝　ｆ　、　０　Ｉ－，Ｐ　Ｚ埘Ｒ　＼　＼　Ｐ：　‘日　＼　＼　＼　图１１床抄质与冲褥质的区分　、　Ｔｈｅ　ｄｉｖｉｓｆｏ：Ｔ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｂｅｄ　ｍａｆｅｒｔａｌ　ｌｅａｄ　ａｎｄ　ｗａｓｈ［ｏａｄ　（四）含沙水流阻力计算　悬移质泥沙存在有抑制水流素动作用，使流速分布趋向更不均匀，这可从对数流速　磐式中卡门常数　值的减少表理出来．我们曾利用浆体管道试验资料，得出　常数与　黎体的相对粘度的密切关系“　，并可用下列经验式表达．　１０　维普资讯 http://www.cqvip.com

＝０．４—０．１　２（１ｇ　，）　‘　（８）　考虑到在平整床面条件下的阻力公式为　品＝孚ｌｇ（　ｚ　鼍）　（９）　Ｕ／丁　ｆ丁　一、／Ｔ　（１　０）　上式中，为达西阻力系数，Ｕ及Ｕ木分别为平均流速及摩阻流速　ｈ和　．分别为水深及床　面糙度，　为系数．将式（８）代人式　（９）及（１Ｏ）不难得出含沙水流的阻　力系数，．　Ｅｘ　设想黄河下游为减少高含沙量期间　ｆ　＼　的河道撒积，修建一条宽４０ｍ，流量为　＼　Ｓ００ｍ。／ｓ的输沙渠道．古沙量按４００ｋｇ／　ｍ　计（即Ｓ．一Ｏ．１５），悬沙级配组成　同例ｌ第一组，床沙ｄ　＝０．１ｍｍ＝ｌｃ．．　＼　根据例１资料ｓ－一Ｏ．１５时，古沙水流的　相对粘度町，＝３．９２，由式（８）得卡门　田１２　Ｉ　、一Ｓ．关系　常数　＝０．３２１，这样由以上各式关系，　Ｔｈｅ　ｒｅｌａｔｉｏｎ　ｂ￣ｗｅｅＤ　Ｅ　ａｎｄ　Ｓ．　推得不同水深条件下的渠道阻力系数，流速及相应的坡度如下表　表４不同条件下的聚道教度　Ｔｈｅ　ｓｌｏｐｅ　ｏｆ　ｃｈ＊．ｎｎｅｌ　ｕｎｄｅｒ　ｄｌｆｆｅｒｅｎｔ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ　木　（ｍ）　禄　ｈ　３．０　３．５　舡力景敷，　０．００４９　０．００４Ｓ　Ｏ．Ｄ０４７　流速Ｕ（ｍ／ｓ）　３．５７　３．Ｉ３　２．７ａ　坡度Ｊ‰　２．２７　１．４９　１．Ｏ０　至于某一流速及相应比降下能否挟带需要的古沙量和渠道保持不冲不淤问题，需用　挟沙力公式进行校核，就不在这里讨论了．　（五）高含沙承漉的漉志搿别　河道中高含沙水流一般属于紊流，但高古抄量承藏在断面较小的渠道或支流河道中　容易形成层流及由此引起的不稳定流动现象．一定浓度的泥沙悬液在什么条件下（流速　或水深）进入层流，只能通过相应的流变参数计算其流动的霄诺数来进行判别．借用例　中两组悬沙级配资料．如含沙浓度达到Ｓ．＝０．３０（相当于古沙量８００ｋｇ／ｍ‘）要求确　定水流进入层流流态的条件．　由公式（４）可以确定以上两组泥沙悬液过渡到非牛顿体的临界浓度Ｓ．。分别为　Ｓ　一Ｏ．¨４　Ｓ　一０．１　６６，由公式（２）及（３）可分别求得这两组悬液在浓度达到Ｓ．＝　Ｄ．３０时的流变参数为　ｌ：ｌ４．３０，　＝９．６０、　ｆＪ▲一１２．６Ｎ／ｍ　，ｆｊ　＝３．７８Ｎ／ｍ‘　维普资讯 http://www.cqvip.com

由紊流转变到层流时的过渡或临界雷诺数与水流赫氏数有关　这里　值将有重要影响　根据文献５的推导，临界雷诺数可表达为　ｃ　．一１３，２３（詈）　对于明渠赫氏数为Ｈ．—　善如，冗为水力半径口。为过渡到层流时的（｛｝）。值，　口。与Ｈ．的关系为”　ｌ６８ＯＯ０　（１２）　［－一知＋ｉ１　ｎ：　由式（１１）可隶得保持紊流流态的过渡流速为　Ｕ．　（音）’　（１３）　根据本例悬液流变参数，表５中计算出不同水深（ｈ　Ｒ）下的Ｈｅ，口．及Ｕ。值．　表５水谦与过渡流速关系　Ｔｈｅ　ｒｅｌａｔｉｏｎ　ｂｅｔｗｅｅｎ　ｄｅｐｔｈ　８ｎｄ　ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ　ｖｅｌｏｃｉｔｙ　（ｃｍ）　ｌＯ　ｌ００　２Ｏ０　（１）　Ｏ．６０　．７５　１５．０　６０．Ｏ　９３．９　ｆ。ｌ０‘　（２）　０．４０　２．５Ｏ　ｌ０．０　４０．０　６２．５　（１）　．８７０　Ｏ．９ＯＢ　Ｏ．９４２　Ｏ．９５９　０．０　６９　０．ｇ　７ｌ　ｄ　（２）　Ｏ．８　Ｆ６　Ｏ．Ｂ９Ｂ　０．０３Ｂ　０．９５５　０．９６３　Ｏ．ｇ６Ｂ　（１）　Ｉ２９．１　ｊ　２６．４　１　２４．１　１２３．０　ｌ　２２．２　ｌ２２．Ｏ　Ｕ　（２）　７１．３　６９．６　６Ｂ．２　６７．５　８７．０　６６．９　表中计算结果表明，　值对ｕ．有重要影响，而水深对ｕ　的影响很小．　参考文献　Ｃ　１］钱宁、万兆崽，泥抄运动力学．科学出版社，１９５３年ｌ２月，Ｐ．蚰２．　Ｃ　２］Ｆｅｌ　Ｘｉａｎｇｊｕｎ、Ｙａｎｇ　Ｍｅｉｑｔｎｇ，Ｔｈｅ　Ｐｈｙｓｉｃａｌ　Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｏｆ　Ｆｌｏｗ　ｗｉｔｈ　Ｈｙｐｅｒ—　ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｓｅｄｌｒ￣．ｅｎｔ．Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ｗｏｒｋｓｈｏｐ　Ｄｎ　Ｆｌｏｗ　ａｔ　Ｈｙｐｅｒｃｏｒｔ－　ｃｅ￣ｔｒａｔｌｏｎｓ　ｏｆ　Ｓｅｄｉｍｅｎｔ．ｓｅｐｔ．１０￣１４，１９８５．Ｂｅｉｊｉ￣，Ｓｅｒｉｅｓ　ｏｆ　Ｐｕｂｌｉｃａｔｉｏｎ　ｌＲＴＣＥＳ　［３］　泥浆体流变比测组．几种毛管式牯度计泥浆体流变试验的比测报告．铁道部科学研究院西　南研究所，１９８９年ｌ２月．　［４］费祥俊，均质浆藏时紊流阻力研究．水利学报，１９９０年第ｌ２期．　Ｃ　５］费样俊，伪均质浆体的层流阻力与过渡流速．泥沙研究，１９８８年第３期，ＰＰ．７６—８５．　Ｊ２　维普资讯 http://www.cqvip.com

Ａ　Ｍｏｄｅｌ　ｆｏｒ　Ｃａｌｃｕｌａｔｉｎｇ　Ｖｉｓｃｏｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｓｅｄｉｍｅｎｔ　Ｃａｒｒｙｉｎｇ　Ｆｌｏｗ　ｉｎ　ｔｈｅ　Ｍｉｄｄｌｅ　ａｎｄ　Ｌｏｗｅｒ　Ｙｅｌｌｏｗ　Ｒｉｖｅｒ　Ｆｅｉ　ＸｉａｎｇＪｎｎ　（Ｔｓｉ￣ｕａ　Ｕｎｉｐｅｒ￣ｌｙ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ　Ａ　ｍｏｄｅｌ　ｆｏｒ　ｃａｌｃｕｌａｔｉｎｇ　ｖｉｓｃｏｓｉｔｙ　ｏｆ　ｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎ　ｗｉｔｈ　ｆｉｎｅ　ｐａｒｔｉｃｌｅｓ　ｉｓ　ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ　ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ．Ｉｔ　ｗａｓ　ｖｅｒｉｆｉｅｄ　ｂｙ　Ｂ　ｌｏｔ　ｏｆ　ｔｈｅｏｌｏｇｉｃａｌ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎ－　ｔｓ　ｆｏｒ　ｎ－ｌｏ／￣ｔｈａｎ　ｔｅｎ　ｇｒｏｕｐｓ　ｏｆ　ｐａｒｔｉｄｅ－ｓｉｚｅ　ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ，ｓａｍｐｆｉｎｇ　ｆｒｏｍ　ｔｈｅ　Ｍｉｄｄｌｅ　ａｎｄ　Ｌｏｗｅｒ　Ｙｅｌｌｏｗ　Ｒｉｖｅｒ．Ａ　ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ　ｏｆ　ｅｘｐｅｒＬｍｅｎｔａｌ　ｒｅｓｕｎ　ｓ．　ｏｂｔａｉｎｅｄ　ｂｙ　ｄｉｆｅｒｅｎｔ　ｒｅｓｅａｒｃｈｅｒｓ　ａｌｓｏ　ｗａｓ　ｍａｄｅ．　Ｔｈｅ　ｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎ　ｏｆ　ｒｅｄｕｃｅｄ　ｖｉｓｃｏｓｉｔｙ　ｒ　ａｎｄ　ｙｉｅｌｄ　ｓｔｒｅｓｓ　ｆｏｒ　ｓｕｓｐｅｎ－　ａｉＯＵ｛ｎ　ｆｏｒｗｌｓ　ｏｆ　ｅｑ．２　ａｎｄ　ｅｑ．３　ｓｅｅｍ　ｔｏ　ｂｅ　ｓｕｃｃｅｓｓｆｕｌ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｅｓｔｌｍａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅｏｌｏｇｉｃａｌ　ｐａｒａｍｅｔｅｒ　ｏｆ　ｓｅｄｉｍｅｎｔ－ｌａｄｄｅｎ　ｆｌｏｗ．　Ｓｏｍｅ　ｅｘａｍｐｌｅｓ　ｆｏｒ　ｃａｌｃｕｌａｔｉｎｇ　ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ　ｏｆ　ｓｅｄｉｍｅｎｔ　ｆｌｏｗ　ｍｏｔｉｏｎ　ｂｙ　ｕｓｉｎｇ　ｔｈｉｓ　ｍｏｄｅｌ　ａｒｅ　ｔｌｌｕｓｔｒａｅｄ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｐａｐｅｒ．　水科学青年学术论文集（一）　本书选编了我国青年科学工作者最新研究成果，论文结合工程实际，具有较高的理　论水平和工程应用价值．内容包括多相流力学，泥沙运动力学，环境及计算水力学，人　工智能与专家系统的开发和利用，实验水力学与量测技术，水文统计与暴雨洪水预报，　水资源评价、规划与管理，环境与城市水文学等．　本书可供水利水电工程技术人员及有关高校师生阅读．书价ｌ４．１Ｏ元，加ｌ０Ｎ邮运　费．请与北京市西城区三里河路６号（二里沟，邮码１０００４４）本部联系邮购．款汇北京　市地安门分理处，帐号０３２—０４６０１７—５８．　（水利电力出版社发行部）