張強(qiáng)

摘要：基于目前對(duì)于臨界起動(dòng)流速的研究成果，總結(jié)顆粒臨界起動(dòng)流速研究方法以及近些年來所取得的進(jìn)展，認(rèn)為今后的研究可以側(cè)重于改進(jìn)判定臨界起動(dòng)狀態(tài)的標(biāo)準(zhǔn)以及探尋顆粒起動(dòng)更一般的規(guī)律以便為工程實(shí)際提供依據(jù)。

關(guān)鍵詞：臨界起動(dòng)流速；接觸沖刷

中圖分類號(hào)：TV142 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A

一、概述：

水資源作為一種清潔的可持續(xù)利用的資源，其開發(fā)利用也進(jìn)入到了新的階段。三峽工程是中國，也是世界上最大的水利樞紐工程，它具有防洪、發(fā)電、航運(yùn)等綜合效益。年平均發(fā)電量846.8億千瓦時(shí)。 與此同時(shí)，三峽庫區(qū)上游泥沙淤積問題也引起了廣泛的關(guān)注，而各港口，河口以及航道等地方存在大量淤泥質(zhì)黏土。研究顆粒的臨界起動(dòng)流速可以為解決泥沙淤積問題提供科學(xué)指導(dǎo)，具有顯著的工程經(jīng)濟(jì)效益。

二、主要研究內(nèi)容：

臨界起動(dòng)流速的研究最早是針對(duì)沙、礫石等可忽略粘性的較粗顆粒進(jìn)行的[1]。隨著研究的深入，臨界起動(dòng)流速的研究已經(jīng)涵蓋了無粘性均勻沙，粘性泥沙，淤泥質(zhì)粘土，礫卵石，主要研究顆粒的臨界起動(dòng)流速與顆粒粒徑，密度等的關(guān)系，結(jié)合試驗(yàn)所得的結(jié)果來確定臨界起動(dòng)流速的計(jì)算公式并取得了一定的研究成果。

三、研究進(jìn)展：

1.泥石流方向的應(yīng)用：

泥石流作為一種廣泛分布于世界各國一些具有特殊地形、地貌狀況地區(qū)的自然災(zāi)害。具有流速大，突然爆發(fā)破壞性強(qiáng)的特點(diǎn)。在我國泥石流溝主要是分布在四川、云南、甘肅等地。5.12汶川大地震發(fā)生之后形成的典型的后發(fā)型地震泥石流。

張惠惠等[2]2在5.12汶川大地震發(fā)生之后形成的典型的后發(fā)型地震泥石流分析當(dāng)中，重點(diǎn)研究了泥石流形成的臨界起動(dòng)流速。結(jié)合地震泥石流本身的特點(diǎn)，選取了五組不同的坡度，一組均勻沙和另一組非均勻沙，試驗(yàn)并記錄了各個(gè)情況下形成泥石流時(shí)的水流流量和水深。結(jié)果表明臨界起動(dòng)流速和顆粒中值粒徑正相關(guān)，與坡度負(fù)相關(guān)，并且顆粒的不均勻系數(shù)越大，臨界起動(dòng)流速越大。

2.沖淤計(jì)算中的應(yīng)用：

黃河在中國古代稱為大河，是中國僅次于長江的第二長河，也是世界第五長河流。在中國歷史上，黃河及沿岸流域給人類文明帶來了巨大的影響，是中華民族最主要的發(fā)源地，中國人稱其為“母親河”。隨著對(duì)黃河的開發(fā)利用，興建了諸如葛洲壩水利樞紐以及小浪底水利樞紐等。與此同時(shí)，對(duì)應(yīng)產(chǎn)生的問題也暴露出來。水庫中的細(xì)顆粒泥沙隨著時(shí)間的推移，大部分會(huì)逐漸沉積下來，泥沙堆積到水庫后，會(huì)對(duì)水庫運(yùn)用方式和效益發(fā)揮產(chǎn)生重要影響。對(duì)于粘性泥沙淤積后的起動(dòng)流速研究也就具有重大的工程實(shí)際意義。

呂平[3]等通過在自行設(shè)計(jì)研制的矩形斷面有機(jī)玻璃管道進(jìn)行泥沙起動(dòng)試驗(yàn)，研究了粘性泥沙的起動(dòng)情況與泥沙的干容重淤積時(shí)間以及粘性顆粒含量的關(guān)系。試驗(yàn)的結(jié)果表明，影響粘性泥沙臨界起動(dòng)情況的主要因素是泥沙的干容重以及粘性顆粒的含量，并且臨界起動(dòng)流速與泥沙的干容重以及粘性顆粒含量均呈正相關(guān)關(guān)系。

3.模糊數(shù)學(xué)在研究起動(dòng)流速上的應(yīng)用

顆粒的臨界起動(dòng)流速受到多方面因素的影響，例如顆粒本身的形狀、大小以及水流流速等都會(huì)對(duì)顆粒的起動(dòng)情況有很大的影響，因此，泥沙的起動(dòng)具有一定的隨機(jī)性。

鐘亮[4]等在由確定性方法所建立的起動(dòng)流速公式基礎(chǔ)上，利用滑動(dòng)平衡模式，綜合考慮水流紊動(dòng)的影響建立了坡岸均勻沙水平起動(dòng)時(shí)的起動(dòng)流速公式。對(duì)比實(shí)測流速資料，公式計(jì)算結(jié)果與實(shí)測流速比較吻合。在處理時(shí)，將無粘性均勻沙的形狀假定為標(biāo)準(zhǔn)的圓球體，這與實(shí)際情況有一定的出入。

四.存在的問題以及展望：

隨著對(duì)顆粒臨界起動(dòng)流速不斷深入的研究，取得了較大的進(jìn)展，很多學(xué)者都提出了顆粒臨界起動(dòng)流速計(jì)算公式，但在實(shí)際工程應(yīng)用上的效果并不理想。究其原因，其一：對(duì)顆粒起動(dòng)的狀態(tài)判斷都是通過肉眼觀察，一定程度上具有主觀性。其二：顆粒在水流的作用下，起動(dòng)情況收到多方面因素的影響，比如顆粒自身的形狀、大小、河床表面的坡度以及顆粒間的作用形式等等相關(guān)。

在今后的研究當(dāng)中，可以將顆粒起動(dòng)狀態(tài)的判斷準(zhǔn)則明確化，提出一個(gè)切實(shí)可行的判斷準(zhǔn)則。并且由于顆粒的起動(dòng)受到多方面因素的影響，具有一定的隨機(jī)性，為此，可以適當(dāng)增加試驗(yàn)的數(shù)量，結(jié)果更能反映出顆粒臨界起動(dòng)規(guī)律。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 何文社、方鐸、劉興年、李昌志.礫卵石起動(dòng)臨界條件[J]，四川水力發(fā)電，2003， 22（1） ：64-65.

[2] 張惠惠、余斌、張健楠.洪水起動(dòng)泥石流溝床物質(zhì)形成泥石流的試驗(yàn)[J]，桂林理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2013，33（3）：443—448

[3] 呂平、談廣鳴、王軍 粘性泥沙淤后起動(dòng)流速試驗(yàn)研究[J]， 中國農(nóng)村水利水電，2008，2：56—58

[4] 鐘亮，許光祥 基于模糊理論的無黏性均勻沙起動(dòng)流速研究[J]，人民黃河，2007，29（11）：31—33