受降雨影响的浅水泥沙颗粒起动规律

作     者：肖克 杨奉广 聂锐华 黄尔 王协康 刘兴年 彭清娥 Xiao Ke;Yang Fengguang;Nie Ruihua;Huang Er;Wang Xiekang;Liu Xingnian;Peng Qing’e

作者机构：四川大学水力学与山区河流开发保护国家重点实验室成都610065 

出 版 物：《农业工程学报》 (Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering)

年 卷 期：2021年第37卷第13期

页      面：121-127页

核心收录：

学科分类：0710[理学-生物学] 08[工学] 0815[工学-水利工程] 081502[工学-水力学及河流动力学] 0802[工学-机械工程] 0801[工学-力学（可授工学、理学学位）] 

基　　金：国家自然科学基金资助项目(51979180 U20A20319)。 

主　　题：降雨 切应力 泥沙颗粒 摩阻流速 相对暴露度 

摘      要：山区浅层水流深度极浅且移动缓慢,降雨条件下其泥沙输移现象尚不明确。为探明受到降雨影响下的浅水河流均匀沙起动问题,该研究假设雨滴落入河道后会影响到整个水流区,形成雨滴群与水流混合的流体,从孔隙介质流理论入手,假设当降雨存在时床面泥沙颗粒增加了向上的附加力,进一步分析泥沙颗粒的受力情况,推导出层流水流泥沙颗粒起动关系表达式。从含沙水流流速分布规律得到启发,雨滴落入层流水流的状态类似于含沙水流,当降雨存在时层流水流流速分布仍然满足线性关系。利用无降雨泥沙起动经典试验数据,确定了拖曳力系数以及上举力系数,发现两者都是沙粒雷诺数的函数。利用已有研究的降雨实测数据,求出了8种降雨强度(0.254~152.4mm/h)下的雨滴直径分布概率密度表达式(R2=0.998),进而求出雨滴的平均直径表达式,并给出受降雨影响的层流水流泥沙颗粒起动切应力计算模型。该研究模型表明降雨的存在使得泥沙起动所需的临界摩阻流速减小。通过与已有研究进行对比分析,该研究建立的受降雨影响的浅水泥沙颗粒起动计算公式具有最高的精度,平均误差仅为14.8%,能够为山区水沙灾害防治提供理论支撑。