第 41 卷第 5 期
2013 年 9 月
河 海 大 学 学 报 ( 自 然 科 学 版 )
Journal of Hohai University(Natural Sciences)
Vol. 41 No. 5
Sep. 2013
DOI:10. 3876 / j. issn. 1000 1980. 2013. 05. 014
摇 摇 收稿日期: 2012 08 13
基金项目: 国家自然科学基金(41276017);国家海洋局海洋公益性行业科研专项 (201205005,201105006)
作者简介: 郑俊(1982—),男,浙江遂昌人,博士研究生,主要从事港口海岸及近海工程研究。 E鄄mail: zj5153@ 163. com
近岸悬沙质量浓度垂向分布公式
郑摇 俊
1,2
,李瑞杰
1,3
,丰摇 青
3
,陆莎莎
1
(1. 河海大学海岸灾害及防护教育部重点实验室,江苏 南京摇 210098;
2. 国家海洋局海域管理技术重点实验室,辽宁 大连摇 116023; 3. 河海大学环境海洋实验室,江苏 南京摇 210098)
摘要: 为解决现有悬沙质量浓度分布公式积分难的问题,基于流速幂函数及摩阻流速推导出一个
近岸流速垂向分布公式,并结合悬沙扩散方程推导出平衡状态下可有效避免 Rouse 公式在水表面
为零的不合理性的悬沙质量浓度分布公式。 近岸水文及泥沙实测资料验证分析结果表明:该流速、
悬沙质量浓度分布公式具有较高的准确性;根据流速、悬沙质量浓度分布公式推导的悬沙输沙率公
式可由初等函数表示,并能有效解决爱因斯坦方法积分难的问题。
关键词: 流速垂向分布;悬沙质量浓度垂向分布;悬沙输沙率;含沙水流;近岸海域
中图分类号:TV149摇 摇 摇 文献标志码:A摇 摇 摇 文章编号:1000 1980(2013)05 0452 04
Formula of vertical distribution of nearshore suspended sediment concentration
ZHENG Jun
1, 2
, LI Ruijie
1,3
, FENG Qing
3
, LU Shasha
1
(1. Key Laboratory of Coastal Disaster and Defence, Ministry of Education, Hohai University,
Nanjing 210098, China;
2. Key Laboratory of Sea鄄Field Management Techniques, State Oceanic Administration, Dalian 116023, China;
3. Laboratory of Ocean Environment, Hohai University, Nanjing 210098, China)
Abstract: To overcome the difficulties in integration using existing formulas of vertical distribution of suspended
sediment concentration, a velocity profile was obtained based on the power function of velocity and the friction
velocity, and an equilibrium suspended sediment concentration profile was further deduced. These profiles agreed
with field data, and the profile of suspended sediment concentration did not show the unreasonableness of the
classical Rouse profile, such as a zero value at the water surface. Verification results of the nearshore hydrologic
and sediment data show that the formulas of velocity and suspended sediment concentration had high accuracy. An
elementary function for the transport rate of a suspended load was deduced from the formulas of velocity and
suspended sediment concentration. It can effectively overcome the difficulty of integration with Einstein爷s method.
Key words: vertical velocity distribution; vertical distribution of suspended sediment concentration; suspended
sediment transport rate; sediment鄄laden flow; near shore
悬沙质量浓度垂向分布对于悬沙输运研究具有重要意义。 均匀、稳定流条件下的悬沙质量浓度垂向分
布通常可通过求解悬沙扩散方程得到,其中悬沙垂向扩散系数为悬沙质量浓度垂向分布形式的重要决定因
子。 悬沙垂向扩散系数常被假定与水流动量交换系数一致,常用的形式有线性型、抛物线型和常数鄄抛物线
联合型等
[1]
。 常用的悬沙质量浓度垂向分布公式有 Rouse 公式、van Rijn 公式
[1]
等。 现有的悬沙质量浓度
垂向分布研究多数是对 Rouse 公式进行改进
[2鄄3]
,对泥沙扩散系数进行修正
[4鄄5]
以及从不平衡输沙、含沙水流
紊动掺混长度等方面出发的研究
[6鄄10]
。
基于悬沙质量浓度垂向分布进行的悬沙输运研究需要对分布公式进行积分运算。 但是,现有的悬沙质