渭南市城东佳苑小区:算泥沙的公式?

S*=K(U3/gRω)m (1)

式中：U为断面平均流速；R为水力半径；K为经验系数，与S*单位相同为kg/m3；m 为无量纲指数；ω为泥沙沉速。

根据武汉水利电力学院对长江资料的统计分析，指数m=0.93，由秦山核电站一期工程的实验资料得到k=0.12，这样即可由上式计算水泵前池不淤且输沙平衡时所需的断面平均能量ρQV2=E1，再对能维持前池基本不淤的射流能量ρQ0V20=E2进行统计，从而得到射流维持水泵前池无淤积所做的有效功率

η=E1/E2×100% (2)
首先计算前池输沙平衡时有效过水断面与所需ρQV2的关系，见图5，显然过水面积越大所需ρQV2越大。同理也可算出暗渠不淤时临界饱和含沙量与所需QV2的关系，这时QV2与S*近似于直线关系，即含沙量越大，所需QV2越大。设横向截距为零，则有

QV2=βS* (3)

式中：β为关系常数，经计算得，β=0.675m8/kg·s3，射流能量Q0V20提供给泥沙悬浮的有效能率为：

η=E1/E2=QV2/Q0V20×100% (4)

4 应用举例：
水泵前池断面尺寸为2m×4m，1台水泵运行时引水流量为0.94m3/s，前池中断面平均流速为V=0.1175m/s.如水流含沙量为3.4kg/m3，泥沙沉速为0.1187cm/s，由公式S=0.12(V3/gRω)0.93可以算出要维持泥沙不淤且输沙平衡所需的平均流速V=0.6566m/s，即要求水流的断面平均能量E1=ρQV2=2.264(kN).因水流实有的能量很小，可以忽略不计，故需要射流提供紊动动能。

考虑到射流的效率约为14%，故要求射流动能E2=E1/0.14=16.17(kN).

如果射流出口流速与有效作用水头H的关系为V=，则可根据E2=QV2=2gHQ=16.17，作出H-Q的关系曲线。设计人员即可根据图选择射流的有效作用水头及所需射流流量。

5 小结

通过两种不同比尺的模型试验结果得出，射流冲沙的效果主要与射流的动能ρQV2有关，而与射流的动量ρQV无明显关系。对本文研究的水泵前池，其冲刷淤积的临界值是当E=ρQV2=16.1时，即大于或小于此临界值就会淤积较多或完全不淤积，对其它结构体型不同的有压管路，其临界值当不同，但冲刷效果均应与射流动能ρQV2有关。利用泥沙颗粒悬浮功取自水流紊动能的观点分析射流减淤的效果是可行的，利用射流增强水流的紊动能维持泥沙悬移是有道理的，射流提供给水流挟沙的有效动能占射流能量的14%左右。根据这个结论，在需要采用射流冲沙方式的有压通道中只要用挟沙能力公式S=K(U3/gRω)n计算出维持该有压通道不淤积需要的流速V及相应的水流动能E1=QV2进而用η=E1/E2=QV2/Q0V20即可得出需要的单管射流动能Q0V20，可作为粗略估算不同条件下需要的冲刷能量，从而初步估算冲刷流量与冲刷水头。需要的射流管数则根据单管冲刷控制范围及有压管路长度计算。本试验采用了二管冲沙，经比较认为这是最佳的。

参 考 文 献：

[1] Kobus H, Leister P, Westrich B. Flow field and scouring effect of steady and pulsating jets impinging on a movable bed[J]。 Journal of Hydraulic Research, 1979, (3): 175-192.

[2] 余常昭．紊动射流[M]．北京：高等教育出版社，1993．

[3] 窦国仁．紊流力学（下册）[M]．北京：高等教育出版社，1987.

[4] 武汉水利电力学院。河流泥沙工程学[M]。北京：水利电力出版社，1981.

作者简介：陈稚聪(1945-)，女，四川人，教授，研究方向：水力学及河流动力学。

作者单位：清华大学 水利水电工程系