冲积河流泥沙输移幂律函数指数变化规律

申红彬; 吴保生

doi:10.14042/j.cnki.32.1309.2018.02.004

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冲积河流泥沙输移幂律函数指数变化规律

申红彬, 吴保生

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申红彬, 吴保生. 冲积河流泥沙输移幂律函数指数变化规律[J]. 水科学进展, 2018, 29(2): 179-185. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2018.02.004

引用本文:

申红彬, 吴保生. 冲积河流泥沙输移幂律函数指数变化规律[J]. 水科学进展, 2018, 29(2): 179-185. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2018.02.004

SHEN Hongbin, WU Baosheng. Exponent change rule of power law for sediment transport in alluvial rivers[J]. Advances in Water Science, 2018, 29(2): 179-185. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2018.02.004

Citation:

SHEN Hongbin, WU Baosheng. Exponent change rule of power law for sediment transport in alluvial rivers[J]. Advances in Water Science, 2018, 29(2): 179-185. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2018.02.004

冲积河流泥沙输移幂律函数指数变化规律

doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2018.02.004

申红彬^1,2,
吴保生²

1.
华北水利水电大学, 河南郑州 450045;
2.
清华大学水沙科学与水利水电工程国家重点实验室, 北京 100084

基金项目: 国家重点基础研究发展计划（973计划）资助项目（2011CB403304）

详细信息

作者简介:
申红彬(1981-),男,河南安阳人,讲师,博士后,主要从事水文学、河流动力学研究。E-mail:hongbinshen2012@163.com

中图分类号: TV142

Exponent change rule of power law for sediment transport in alluvial rivers

SHEN Hongbin^1,2,
WU Baosheng²

1.
North China University of Water Resources and Electric Power, Zhengzhou 450045, China;
2.
State Key Laboratory of Hydroscience and Engineering, Tsinghua University, Beijing 100084, China

摘要: 冲积河流泥沙输移幂律函数关系与不平衡输沙理论是对河道不平衡输沙同一物理现象的不同描述，两者既有区别也有联系。比较研究发现：对于恒定均匀流不平衡输沙过程，当输沙位于近平衡态时两者含沙量导函数表达式具有一阶近似等价性，当输沙远离平衡态时前者含沙量导函数中隐含考虑有泥沙恢复饱和系数的变化。基于两者等价性，推导建立了幂律函数指数计算表达式，表明指数随泥沙沉速、单宽流量和沿程距离而变化，且随着输移距离的增大呈指数衰减。基于前者含沙量导函数表达式结构特点，分析建立了相应泥沙恢复饱和系数变化的计算表达式。综合以上成果，改进提出了一种变幂指数的泥沙输移幂律函数计算模型。对库里·阿雷克沉沙池沿程断面输沙指数及含沙量计算结果表明，不同距离过水断面输沙指数的变化规律是合理的，含沙量计算值与实测值变化趋势基本符合。
- 冲积河流 /
- 泥沙输移 /
- 不平衡输沙 /
- 幂律函数 /
- 变幂指数
Abstract: The empirical power law relationship model and non-equilibrium sediment transport theory are two different methods used to describe the suspended sediment transport in alluvial rivers. The mathematical comparison results show that, for steady uniform flow, the derivatives of sediment concentration of the two above mentioned methods are first order approximate when sediment transport state is near equilibrium condition, and the variation of the saturation recovery coefficient is considered in power law relationship when sediment transport state is far away from the equilibrium condition. Based on the equivalence property, the calculation formula of exponent in power law function is established, showing that the value of exponent varies with the saturation recovery coefficient, sediment fall velocity, unit width discharge and longitudinal distance. Based on the derivative of power law function for the structural features of sediment concentration, the calculation expression of saturation recovery coefficient which is far away from the equilibrium condition is extracted and expressed. Finally, a new power law relationship model with changing exponent is proposed and applied to the sand basin. The application result revealed that the computed suspended sediment concentration along the distance of the sand basin is in suitable agreement with the measured values.
- alluvial rivers /
- sediment transport /
- non-equilibrium sediment transport /
- power law /
- changing exponent

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冲积河流泥沙输移幂律函数指数变化规律

doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2018.02.004

申红彬^1,2,
吴保生²

1. 华北水利水电大学, 河南郑州 450045;

2. 清华大学水沙科学与水利水电工程国家重点实验室, 北京 100084

基金项目: 国家重点基础研究发展计划（973计划）资助项目（2011CB403304）

作者简介:
申红彬(1981-),男,河南安阳人,讲师,博士后,主要从事水文学、河流动力学研究。E-mail:hongbinshen2012@163.com

收稿日期: 2017-09-25
刊出日期: 2018-03-25

中图分类号: TV142

关键词:

摘要: 冲积河流泥沙输移幂律函数关系与不平衡输沙理论是对河道不平衡输沙同一物理现象的不同描述，两者既有区别也有联系。比较研究发现：对于恒定均匀流不平衡输沙过程，当输沙位于近平衡态时两者含沙量导函数表达式具有一阶近似等价性，当输沙远离平衡态时前者含沙量导函数中隐含考虑有泥沙恢复饱和系数的变化。基于两者等价性，推导建立了幂律函数指数计算表达式，表明指数随泥沙沉速、单宽流量和沿程距离而变化，且随着输移距离的增大呈指数衰减。基于前者含沙量导函数表达式结构特点，分析建立了相应泥沙恢复饱和系数变化的计算表达式。综合以上成果，改进提出了一种变幂指数的泥沙输移幂律函数计算模型。对库里·阿雷克沉沙池沿程断面输沙指数及含沙量计算结果表明，不同距离过水断面输沙指数的变化规律是合理的，含沙量计算值与实测值变化趋势基本符合。

English Abstract

Exponent change rule of power law for sediment transport in alluvial rivers

SHEN Hongbin^1,2,
WU Baosheng²

1. North China University of Water Resources and Electric Power, Zhengzhou 450045, China;

2. State Key Laboratory of Hydroscience and Engineering, Tsinghua University, Beijing 100084, China

Received Date: 2017-09-25
Publish Date: 2018-03-25

Keywords:

Abstract: The empirical power law relationship model and non-equilibrium sediment transport theory are two different methods used to describe the suspended sediment transport in alluvial rivers. The mathematical comparison results show that, for steady uniform flow, the derivatives of sediment concentration of the two above mentioned methods are first order approximate when sediment transport state is near equilibrium condition, and the variation of the saturation recovery coefficient is considered in power law relationship when sediment transport state is far away from the equilibrium condition. Based on the equivalence property, the calculation formula of exponent in power law function is established, showing that the value of exponent varies with the saturation recovery coefficient, sediment fall velocity, unit width discharge and longitudinal distance. Based on the derivative of power law function for the structural features of sediment concentration, the calculation expression of saturation recovery coefficient which is far away from the equilibrium condition is extracted and expressed. Finally, a new power law relationship model with changing exponent is proposed and applied to the sand basin. The application result revealed that the computed suspended sediment concentration along the distance of the sand basin is in suitable agreement with the measured values.

申红彬, 吴保生. 冲积河流泥沙输移幂律函数指数变化规律[J]. 水科学进展, 2018, 29(2): 179-185. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2018.02.004

引用本文:

申红彬, 吴保生. 冲积河流泥沙输移幂律函数指数变化规律[J]. 水科学进展, 2018, 29(2): 179-185. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2018.02.004

SHEN Hongbin, WU Baosheng. Exponent change rule of power law for sediment transport in alluvial rivers[J]. Advances in Water Science, 2018, 29(2): 179-185. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2018.02.004

Citation:

SHEN Hongbin, WU Baosheng. Exponent change rule of power law for sediment transport in alluvial rivers[J]. Advances in Water Science, 2018, 29(2): 179-185. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2018.02.004

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冲积河流泥沙输移幂律函数指数变化规律

doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2018.02.004

作者简介: 申红彬(1981-),男,河南安阳人,讲师,博士后,主要从事水文学、河流动力学研究。E-mail:hongbinshen2012@163.com

Exponent change rule of power law for sediment transport in alluvial rivers

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出版历程

冲积河流泥沙输移幂律函数指数变化规律

doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2018.02.004

1. 华北水利水电大学, 河南郑州 450045; 2. 清华大学水沙科学与水利水电工程国家重点实验室, 北京 100084

作者简介: 申红彬(1981-),男,河南安阳人,讲师,博士后,主要从事水文学、河流动力学研究。E-mail:hongbinshen2012@163.com

English Abstract

Exponent change rule of power law for sediment transport in alluvial rivers

1. North China University of Water Resources and Electric Power, Zhengzhou 450045, China; 2. State Key Laboratory of Hydroscience and Engineering, Tsinghua University, Beijing 100084, China

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作者简介:
申红彬(1981-),男,河南安阳人,讲师,博士后,主要从事水文学、河流动力学研究。E-mail:hongbinshen2012@163.com

1. 华北水利水电大学, 河南郑州 450045;

2. 清华大学水沙科学与水利水电工程国家重点实验室, 北京 100084

作者简介:
申红彬(1981-),男,河南安阳人,讲师,博士后,主要从事水文学、河流动力学研究。E-mail:hongbinshen2012@163.com

1. North China University of Water Resources and Electric Power, Zhengzhou 450045, China;

2. State Key Laboratory of Hydroscience and Engineering, Tsinghua University, Beijing 100084, China