临界起动流速研究综述

张强

摘要：基于目前对于临界起动流速的研究成果，总结颗粒临界起动流速研究方法以及近些年来所取得的进展，认为今后的研究可以侧重于改进判定临界起动状态的标准以及探寻颗粒起动更一般的规律以便为工程实际提供依据。

关键词：临界起动流速；接触冲刷

中图分类号：TV142 文献标识码： A

一、概述：

水资源作为一种清洁的可持续利用的资源，其开发利用也进入到了新的阶段。三峡工程是中国，也是世界上最大的水利枢纽工程，它具有防洪、发电、航运等综合效益。年平均发电量846.8亿千瓦时。 与此同时，三峡库区上游泥沙淤积问题也引起了广泛的关注，而各港口，河口以及航道等地方存在大量淤泥质黏土。研究颗粒的临界起动流速可以为解决泥沙淤积问题提供科学指导，具有显著的工程经济效益。

二、主要研究内容：

临界起动流速的研究最早是针对沙、砾石等可忽略粘性的较粗颗粒进行的[1]。随着研究的深入，临界起动流速的研究已经涵盖了无粘性均匀沙，粘性泥沙，淤泥质粘土，砾卵石，主要研究颗粒的临界起动流速与颗粒粒径，密度等的关系，结合试验所得的结果来确定临界起动流速的计算公式并取得了一定的研究成果。

三、研究进展：

1.泥石流方向的应用：

泥石流作为一种广泛分布于世界各国一些具有特殊地形、地貌状况地区的自然灾害。具有流速大，突然爆发破坏性强的特点。在我国泥石流沟主要是分布在四川、云南、甘肃等地。5.12汶川大地震发生之后形成的典型的后发型地震泥石流。

张惠惠等[2]2在5.12汶川大地震发生之后形成的典型的后发型地震泥石流分析当中，重點研究了泥石流形成的临界起动流速。结合地震泥石流本身的特点，选取了五组不同的坡度，一组均匀沙和另一组非均匀沙，试验并记录了各个情况下形成泥石流时的水流流量和水深。结果表明临界起动流速和颗粒中值粒径正相关，与坡度负相关，并且颗粒的不均匀系数越大，临界起动流速越大。

2.冲淤计算中的应用：

黄河在中国古代称为大河，是中国仅次于长江的第二长河，也是世界第五长河流。在中国历史上，黄河及沿岸流域给人类文明带来了巨大的影响，是中华民族最主要的发源地，中国人称其为“母亲河”。随着对黄河的开发利用，兴建了诸如葛洲坝水利枢纽以及小浪底水利枢纽等。与此同时，对应产生的问题也暴露出来。水库中的细颗粒泥沙随着时间的推移，大部分会逐渐沉积下来，泥沙堆积到水库后，会对水库运用方式和效益发挥产生重要影响。对于粘性泥沙淤积后的起动流速研究也就具有重大的工程实际意义。

吕平[3]等通过在自行设计研制的矩形断面有机玻璃管道进行泥沙起动试验，研究了粘性泥沙的起动情况与泥沙的干容重淤积时间以及粘性颗粒含量的关系。试验的结果表明，影响粘性泥沙临界起动情况的主要因素是泥沙的干容重以及粘性颗粒的含量，并且临界起动流速与泥沙的干容重以及粘性颗粒含量均呈正相关关系。

3.模糊数学在研究起动流速上的应用

颗粒的临界起动流速受到多方面因素的影响，例如颗粒本身的形状、大小以及水流流速等都会对颗粒的起动情况有很大的影响，因此，泥沙的起动具有一定的随机性。

钟亮[4]等在由确定性方法所建立的起动流速公式基础上，利用滑动平衡模式，综合考虑水流紊动的影响建立了坡岸均匀沙水平起动时的起动流速公式。对比实测流速资料，公式计算结果与实测流速比较吻合。在处理时，将无粘性均匀沙的形状假定为标准的圆球体，这与实际情况有一定的出入。

四.存在的问题以及展望：

随着对颗粒临界起动流速不断深入的研究，取得了较大的进展，很多学者都提出了颗粒临界起动流速计算公式，但在实际工程应用上的效果并不理想。究其原因，其一：对颗粒起动的状态判断都是通过肉眼观察，一定程度上具有主观性。其二：颗粒在水流的作用下，起动情况收到多方面因素的影响，比如颗粒自身的形状、大小、河床表面的坡度以及颗粒间的作用形式等等相关。

在今后的研究当中，可以将颗粒起动状态的判断准则明确化，提出一个切实可行的判断准则。并且由于颗粒的起动受到多方面因素的影响，具有一定的随机性，为此，可以适当增加试验的数量，结果更能反映出颗粒临界起动规律。

参 考 文 献

[1] 何文社、方铎、刘兴年、李昌志.砾卵石起动临界条件[J]，四川水力发电，2003， 22（1） ：64-65.

[2] 张惠惠、余斌、张健楠.洪水起动泥石流沟床物质形成泥石流的试验[J]，桂林理工大学学报，2013，33（3）：443—448

[3] 吕平、谈广鸣、王军 粘性泥沙淤后起动流速试验研究[J]， 中国农村水利水电，2008，2：56—58

[4] 钟亮，许光祥 基于模糊理论的无黏性均匀沙起动流速研究[J]，人民黄河，2007，29（11）：31—33