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水 利 学 报

2021 年 4 月 SHUILI XUEBAO 第 52 卷 第 4 期

文章编号：0559-9350（2021）04-0409-11

低含沙量条件下张瑞瑾挟沙力公式中参数确定及其在荆江的应用

周美蓉，夏军强，邓珊珊，刘 鑫

（武汉大学 水资源与水电工程科学国家重点实验室，湖北 武汉 430072）

摘要：水流挟沙力公式及其参数选取的合理性，直接影响到悬沙输移及河床冲淤变形的计算精度。在少沙河流，
张瑞瑾水流挟沙力公式被广泛应用，但其系数和指数在不同研究中取值差异较大。本研究首先选取长江中游相对
冲淤平衡状态下的水流含沙量资料共计 573 组，将其近似等于水流挟沙力；然后点绘水流挟沙力和水沙综合参数
的关系，从而确定参数 k 和 m 的计算关系；最后将完善后的水流挟沙力公式嵌入到一维水沙动力学模型中，模拟
了长江中游荆江段 2016 年的水沙输移过程。计算结果表明：当挟沙力公式中参数采用计算式确定时，各水文站
计算和实测含沙量平均相对误差在 26%～36%之间；而这些参数取为常数时，含沙量平均相对误差范围为 39～
49%。因此当采用计算式确定张瑞瑾挟沙力公式中的参数时，相较于取值为常数，水沙输移过程的计算精度更
高。故该方法解决了以往在低含沙量条件下不易确定挟沙力公式中关键参数的难题，提高了水沙数学模型的计算
精度。
关键词：低含沙量水流；冲淤平衡；水流挟沙力；参数确定；荆江河段
中图分类号：TV142 文献标识码：A doi：10.13243/j.cnki.slxb.20200549

1 研究背景

水流挟沙力通常指在一定的水流及泥沙综合条件下，水流能够携带悬移质中床沙质的临界含沙
［1］
量 。水流挟沙力公式及其参数选取的合理性，直接影响到河床冲淤变形的计算精度。目前国内外已
有众多学者对水流挟沙力公式进行了深入研究，提出各类经验或半经验半理论的计算公式 ［2-5］ 。在少
沙河流上，如长江中下游，通常采用张瑞瑾公式计算水流挟沙力，其结构形式简明，实际应用方便 ［5-8］ 。
该公式一般可写成如下形式：
m
æ U 3 ö
S = k ç ç ÷ ÷ （1）
*
è ghω m ø
式 中 ： k 为 包 含 量 纲 的 系 数 ， kg/m ； m 为 指 数 ； ω 为 非 均 匀 悬 沙 的 平 均 沉 速 ， m/s。 此 处 定 义
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m
U ( ghω m ) 为水沙综合参数，并用符号 C 表示。
3
然而应用张瑞瑾挟沙力公式的实际困难在于公式中系数 k 和指数 m 的取值不易确定，两者在不同
水沙条件下存在不同取值，需要根据实测资料确定。目前确定各类挟沙力公式中参数的方法主要包
括两类：通过不断调试系数和指数，使得计算的含沙量过程与实测值能较好地符合 ［7-9］ ；通过大量实
测挟沙力资料，直接率定出公式中的系数与指数 ［10-11］ 。目前采用第二类研究方法的成果较少，如武汉
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水利电力学院水流挟沙力研究组 ［12］ 曾采用 1956—1958 年长江中下游资料（仅有 1 组含沙量小于 0.1 kg/m ）
对张瑞瑾挟沙力公式进行率定（k≈0.0530，m≈1.54），而三峡工程运用后，悬沙含量急剧减小，且以
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小于 0.1 kg/m 为主，故有必要增加超低含沙量数据，使率定的参数更适合三峡工程运行后的情况；

收稿日期：2020-07-22；网络首发时间：2021-01-20
网络首发地址：https://kns.cnki.net/kcms/detail/11.1882.tv.20210119.1056.002.html
基金项目：国家重点研发计划项目（2016YFC0402303）；国家自然科学基金项目（51725902，U2040215）
作者简介：周美蓉（1992-），博士，主要从事水力学及河流动力学研究。E-mail：zmr@whu.edu.cn
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