【正文】 （ mmdd dm ?? ?）（相應(yīng)的模型糙率，仍采用李昌華公式計(jì)算： 故 0 1 5 1 5195 ?? mm dn ）（ ?? mpn nn?第五節(jié) 推移質(zhì)動(dòng)床模型 二、推移質(zhì)動(dòng)床模型設(shè)計(jì)實(shí)例 再由謝才公式求得流速比尺： 與 相當(dāng)接近，起動(dòng)相似條件基本滿足。 偏差不大 ， 可以滿足要求 。 本模型的床沙按原型粒配曲線選配 。 d? 50d mmd m ? mmd m ?第五節(jié) 推移質(zhì)動(dòng)床模型 二、推移質(zhì)動(dòng)床模型設(shè)計(jì)實(shí)例 （三）幾點(diǎn)結(jié)論 上述模型設(shè)計(jì)實(shí)例是成功的，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)和結(jié)論： 對(duì)于卵石推移質(zhì)模型 ， 如果沖淤地形資料充足 ，則通過沖淤驗(yàn)證試驗(yàn)對(duì)模型進(jìn)行完善后 ， 做動(dòng)床變態(tài)模型能達(dá)到?jīng)_淤相似 。 但對(duì)非飽和輸沙狀態(tài) ， 不一定完全符合實(shí)際 。 在懸移質(zhì)動(dòng)床模型中 ， 與阻力相似和河床變形相關(guān)的一系列比尺的確定也取決模型沙的選擇 。此時(shí)可以將模型做成定床； ? 沖刷 為主模型 ——重點(diǎn)是泥沙揚(yáng)動(dòng)（起動(dòng)） ——?jiǎng)哟病Ｓ捎趹疑吃囼?yàn)通常選用輕質(zhì)沙，容易揚(yáng)動(dòng) ——懸浮，因此用起動(dòng)公式設(shè)計(jì)仍然合理。沙玉清公式： f??（ 3133） 得揚(yáng)動(dòng)流速比尺： 51515252hdsf ?????? ?????? ???（ 3134） （三）按揚(yáng)動(dòng)相似條件設(shè)計(jì) 第六節(jié) 懸移質(zhì)動(dòng)床模型 一、懸移質(zhì)動(dòng)床模型的設(shè)計(jì)方法 同樣，在（ 128）和（ 129）中選擇一合適公式與（ 135）聯(lián)解，可作為控制條件選擇模型沙。 具體做法：利用 條件，根據(jù)變型相似條件求得沖淤時(shí)間比尺 ，在模型上（根據(jù)實(shí)測(cè)原型資料）復(fù)演沖淤過程，反復(fù)驗(yàn)證。 壩下游河道寬度又逐步縮窄到 800m左右 ， 河道特性也隨之轉(zhuǎn)變?yōu)槠皆拥?。 100?l? 102/1 ?? l??? 10000?Q? ?nmeR第六節(jié) 懸移質(zhì)動(dòng)床模型 二、懸移質(zhì)動(dòng)床模型的設(shè)計(jì)實(shí)例 該河段懸移質(zhì)多年平均含沙量 Sp為 ； d50平均值為 ， 淤積體干密度 為 1t/m3。?第六節(jié) 懸移質(zhì)動(dòng)床模型 二、懸移質(zhì)動(dòng)床模型的設(shè)計(jì)實(shí)例 葛洲壩屬逕流式電站 ， 庫(kù)區(qū)泥沙淤積主要由懸移質(zhì)引起 （ 且不論其中的床沙質(zhì)還是沖瀉質(zhì)均可發(fā)生淤積 ） ，因此確定做全部懸移質(zhì)的動(dòng)床試驗(yàn) 。但在試驗(yàn)的第一階段，由于種種條件制約，幾何比尺不能過大，故縮小長(zhǎng)度比尺，并由水流運(yùn)動(dòng)相似條件求得： 200?l? ?? l?? ? 5660 00252 ??? llQ ???? ? 61 ?? ln ??第六節(jié) 懸移質(zhì)動(dòng)床模型 二、懸移質(zhì)動(dòng)床模型的設(shè)計(jì)實(shí)例 根據(jù)懸移相似的要求，有： * ??? ??? ???由懸浮相似，且近似假定 ，因此： 1?v? 22 ????? dd ss ??????????????第六節(jié) 懸移質(zhì)動(dòng)床模型 二、懸移質(zhì)動(dòng)床模型的設(shè)計(jì)實(shí)例 以此作為選擇模型沙的條件，經(jīng)反復(fù)對(duì)比后選擇一種白粉土， 相對(duì)密度比尺＝ ，粒徑比尺＝ ，代入后懸浮比尺得 。 ? 樞紐工程 ——庫(kù)區(qū) ——引航道的回流淤積和異重流淤積 ，選擇懸移質(zhì)動(dòng)床模型。 工程范圍河床為卵石組成 ， 不會(huì)嚴(yán)重沖刷 ， 故試驗(yàn)中不考慮推移質(zhì)運(yùn)動(dòng)的影響 。 為研究其峽谷出口處不良流態(tài) （ 泡漩 ） 的整治方案 ，并研究船閘上下游引航道的流速流態(tài)以及與水工建筑物有關(guān)的水流結(jié)構(gòu)問題 ， 先進(jìn)行了正態(tài)定床模型研究 ， 這里介紹模型設(shè)計(jì)中確定的有關(guān)數(shù)據(jù)和比尺 。 壩軸線上游 2km處 ， 即為寬度 300m左右的峽谷河段 。實(shí)際應(yīng)限制條件多，可能上述條件不能均得到滿足。即模型不但應(yīng)滿足沉降相似條件，還應(yīng)滿足揚(yáng)動(dòng)相似。 第六節(jié) 懸移質(zhì)動(dòng)床模型 一、懸移質(zhì)動(dòng)床模型的設(shè)計(jì)方法 （ 3123） 此條件選沙兩辦法： （ 1）沙粒沉降速度試驗(yàn) （ 2）引用現(xiàn)有公式 ——選式應(yīng)弄清泥沙沉降的狀態(tài)，判別指標(biāo)： （ 3124） 按層流、過渡和紊流三種狀態(tài)： （一）按沉降相似條件設(shè)計(jì) 第六節(jié) 懸移質(zhì)動(dòng)床模型 一、懸移質(zhì)動(dòng)床模型的設(shè)計(jì)方法 ? 原型和模型 ＜ ——層流，由沉速（ 3－ 99）： ? 原型和模型 ＞ 1000 （ 3125） gdK s ? ??? ??（ 3126） 得沉速比尺： （ 3127） 2121 ds ??? ? ??? ???eR?——紊流， 第六節(jié) 懸移質(zhì)動(dòng)床模型 一、懸移質(zhì)動(dòng)床模型的設(shè)計(jì)方法 （ 3128） （ 3129） 層流： 紊流： 實(shí)際中，原型和模型沙不一定在同一流區(qū) ——沉速試驗(yàn)確定。 第六節(jié) 懸移質(zhì)動(dòng)床模型 一、懸移質(zhì)動(dòng)床模型的設(shè)計(jì)方法 ? 模型沙 ——對(duì)泥沙沉降 、 揚(yáng)動(dòng) 、 阻力等相似的影響大 ，選擇一種同時(shí)滿足多項(xiàng)相似條件的模型沙困難 ， 應(yīng)根據(jù)研究重點(diǎn)進(jìn)行取舍 。 懸移質(zhì)動(dòng)床模型設(shè)計(jì)任務(wù) ——同時(shí)滿足以上各相似比尺 ， 并由此選擇試驗(yàn)使用的模型沙 （ 方法與推移質(zhì)動(dòng)床模型設(shè)計(jì)類似 ） 。 用模型河段的 平衡輸沙率 作為模型加沙量能夠獲得地形沖淤變化的相似 。 實(shí)際試驗(yàn)時(shí) ， 對(duì)于模型沙中 以下的較細(xì)顆粒 ， 完全按比例和級(jí)配縮制比較困難 ， 且對(duì)試驗(yàn)精度影響較小 ， 故用粒徑等于這一組沙樣的 的均勻沙代替 ，其粒徑 。 21 ???hvF???第五節(jié) 推移質(zhì)動(dòng)床模型 二、推移質(zhì)動(dòng)床模型設(shè)計(jì)實(shí)例 推移質(zhì)輸沙率相似（挾沙相似）條件： 對(duì)于大顆粒推移質(zhì)，本模型采用原水電部成都勘測(cè)設(shè)計(jì)院的輸沙率公式（單寬）： 70341?? ）（hdvdg b ?????模型推移質(zhì)沖淤時(shí)間比尺為： 51/1 ?? bghlt ????? ?第五節(jié) 推移質(zhì)動(dòng)床模型 二、推移質(zhì)動(dòng)床模型設(shè)計(jì)實(shí)例 由于泥沙運(yùn)動(dòng)理論不完善，上述設(shè)計(jì)的各項(xiàng)比尺，應(yīng)通過動(dòng)床的沖淤驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果給予適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，最后得模型各項(xiàng)比尺如表 31 ： 第五節(jié) 推移質(zhì)動(dòng)床模型 二、推移質(zhì)動(dòng)床模型設(shè)計(jì)實(shí)例 （ 二 ） 模型沙的選配 模型沙的選配是模型設(shè)計(jì)的 —個(gè)環(huán)節(jié) ， 對(duì)于平原河流 ， 由于床沙比較均勻 ， 一般容易選配 。校核弗汝德相似（即重力相似）條件，若該條件完全滿足，應(yīng)有 。 為此 ， 另行選擇輕質(zhì)模型沙 ， 允許弗汝德條件有所偏離 ，優(yōu)先滿足阻力相似及起動(dòng)相似 。 阻力相似 ： 謝才公式和曼寧公式 。 對(duì)于山區(qū)性河流 ， 特別是地形 ， 水流和泥沙運(yùn)動(dòng)十分復(fù)雜 （ 不適宜變態(tài) ） ， 須控制變率 ， 否則幾何不相似導(dǎo)致水流 、 泥沙運(yùn)動(dòng)的偏離 。 第五節(jié) 推移質(zhì)動(dòng)床模型 二、推移質(zhì)動(dòng)床模型設(shè)計(jì)實(shí)例 圖 37 都江堰河段平面圖 本河段為大粒徑推移質(zhì)模型 ， 泥沙可按幾何比尺縮小 ， 做成正態(tài)模型 。 第五節(jié) 推移質(zhì)動(dòng)床模型 一、推移質(zhì)動(dòng)床模型的設(shè)計(jì)方法 圖 36 原型沙與模型沙的粒配曲線 都江堰河段 ， 位于岷江中游 ， 該段由山區(qū)轉(zhuǎn)入平原河段 ，其特點(diǎn)是洪水流量大 ， 問槽坡陡流急 ， 兩岸多為人工加固 。 第五節(jié) 推移質(zhì)動(dòng)床模型 一、推移質(zhì)動(dòng)床模型的設(shè)計(jì)方法 具體設(shè)計(jì)時(shí) ， 可對(duì)原型沙樣進(jìn)行分析 ， 求得其中值粒徑 d50或者平均粒徑 dp,并繪制其粒配曲線 。但如要求同時(shí)滿足重力、泥沙起動(dòng)和沿程阻力相似，就應(yīng)該同時(shí)滿足（ 3－117）和（ 3－ 121），這會(huì)使模型變率受到限制。 第五節(jié) 推移質(zhì)動(dòng)床模型 一、推移質(zhì)動(dòng)床模型的設(shè)計(jì)方法 （ 3118） （ 3119） （二）按河床阻力相似設(shè)計(jì) 前面以起動(dòng)流速相似設(shè)計(jì)時(shí)，沒有考慮河床阻力相似條件，而河床阻力與粒徑有關(guān)。變率越大， dm和 γs就越大。 ——可靠，工作量大。動(dòng)床模型設(shè)計(jì)通常均是從選擇模型沙入手，考慮因素和步驟： 場(chǎng)地 ——設(shè)備 ——水流運(yùn)動(dòng)相似限制條件 ——初選 λl和λh ——選沙（糙率）。 第四節(jié) 動(dòng)床河工模型 二、動(dòng)床河工模型的相似條件 ? 由此可導(dǎo)出異重流淤積時(shí)間比尺關(guān)系式： （ 3－ 115） ? 應(yīng)當(dāng)指出，上述導(dǎo)出的挾沙異重流運(yùn)動(dòng)相似的四個(gè)條件的表達(dá)形式，與懸移質(zhì)運(yùn)動(dòng)相似的有關(guān)條件的表達(dá)形式基本相同，最重要的是（ 3－ 109式）。 第四節(jié) 動(dòng)床河工模型 二、動(dòng)床河工模型的相似條件 （四）異重流運(yùn)動(dòng)相似 （ 1）異重流發(fā)生條件相似 ? 判別式（ 3－ 107） 式中： υ——異重流發(fā)生處的垂線平均流速； h——發(fā)生處水深； γ’ ——渾水重度。 （ 3105） 第四節(jié) 動(dòng)床河工模型 二、動(dòng)床河工模型的相似條件 要使河床變形時(shí)間比尺 與水流時(shí)間比尺 相等，應(yīng)有 與 相等，可得： （ 3106） 同推移質(zhì)相似條件一樣，這個(gè)條件極難滿足。由沉降速度公式，推得 沉降速度 比尺： 帶入（ 3－ 96）當(dāng) 有： 泥沙懸浮相似（ 398） 12 ??? ?? ??????? ds（ 399） 第四節(jié) 動(dòng)床河工模型 二、動(dòng)床河工模型的相似條件 （ 2）（懸移質(zhì)）挾沙相似條件 挾沙相似 ——含沙量相似。 擴(kuò)散理論 ——二維非恒定流，懸移質(zhì)運(yùn)動(dòng)紊動(dòng)擴(kuò)散方程： （ 394） 第四節(jié) 動(dòng)床河工模型 二、動(dòng)床河工模型的相似條件 式中： u——沿 x向流速， s——含沙量， ε——紊動(dòng)擴(kuò)散系數(shù)， ω——沉降速度， t——時(shí)間。若原型和模型都是無(wú)粘性粗紗： 第四節(jié) 動(dòng)床河工模型 二、動(dòng)床河工模型的相似條件 （ 388） 上式中： m為指數(shù)， k為常數(shù)，由： 可得到起動(dòng)流速關(guān)系式： （ 389） 第四節(jié) 動(dòng)床河工模型 二、動(dòng)床河工模型的相似條件 （ 2）挾沙相似條件 又稱 輸沙率相似 ——模型和原型輸移量一致。 （ 385） 第四節(jié) 動(dòng)床河工模型 二、動(dòng)床河工模型的相似條件 （ 4）滿足沿程紊動(dòng)阻力相似條件。這個(gè)問題已在定床模型中論述過，概括起來主要相似條件如下： 第四節(jié) 動(dòng)床河工模型 二、動(dòng)床河工模型的相似條件 （ 1）滿足幾何相似（邊界條件相似），在變態(tài)模型中，各向幾何比尺為定值。 第四節(jié) 動(dòng)床河工模型 一、概 述 動(dòng)床模型試驗(yàn)中 ， 對(duì)于每一個(gè)所研究的具體問題 ，都有不同的相似條件 。 第四節(jié) 動(dòng)床河工模型 一、概 述 辦法： 抓主要矛盾 ——抓住主要的因素，忽略次要的因素，能夠解決問題前提下使問題簡(jiǎn)化。由于泥沙運(yùn)動(dòng)的理論仍然不十分成熟，很難單純用數(shù)學(xué)計(jì)算確切求解，故常求助于實(shí)體物理模型，即動(dòng)床河工模型試驗(yàn)。 練習(xí)題 ? 兩物理體系相似的三大基本條件是？ ? 因次分析方法（瑞利法及 π 定理）是建立在什么原理基礎(chǔ)上的？ ? 模型相似定理應(yīng)