Page 36 - 水利学报2021年第52卷第4期

范围悬沙不采样，这是目前含沙量测量广泛存在的一个问题。He 等 ［17］ 等根据长江水文局荆江局在
2010 年后开展的荆江段近底含沙量测量数据，发现若忽略在近底区域（距离河底 10%水深范围内）
的含沙量，则泥沙通量在枝城、沙市和监利站将分别被低估 23.5%、9.4%和 18.7%。因此，本研究
计算的悬移床沙质含沙量会较实际偏小。考虑到在水沙数学模型应用中，用于率定及验证的含沙
量同样未考虑近底区泥沙。若要修正含沙量来率定挟沙力公式，则在模拟中的含沙量过程也需进
行相应修正，否则仍无法准确计算冲淤过程。鉴于上述情况，本文暂不进行含沙量修正，有待于后
续进一步的研究。

3 张瑞瑾水流挟沙力公式参数确定

采用基于上述原则选取的相对冲淤平衡状态下的含沙量资料（可近似等于水流挟沙力），对张瑞
瑾挟沙力公式进行率定，从而确定公式中的参数取值。主要计算步骤包括：悬移床沙质含沙量 S ′ 与
水沙综合参数 C ′（扣除冲泻质部分）的计算；挟沙力公式中参数 k 和 m 与 C ′ 关系式的建立。
3.1 悬移床沙质含沙量与水沙综合参数的计算
（1）悬移床沙质含沙量 S ′ 的计算。悬移床沙质含沙量，即扣除冲泻质部分，为实际参与造床作
用的含沙量 S ′ = S - S ［15］ 。在具体计算中，通常将悬移质级配曲线与相应的床沙级配曲线进行
冲泻质
对比，来划分悬移质中的床沙质与冲泻质部分 ［15］ 。具体划分原则如下：在床沙级配曲线 P<10%的
范围内，如出现比较明显的拐点，就取与这一拐点相应的床沙粒径作为悬移质泥沙中区分床沙质
与冲泻质的临界粒径 d 。曲线中拐点的出现，表明悬移质中大于此粒径的泥沙是床沙中大量存在
c
的，应属于床沙质范围；而小于此粒径的泥沙是床沙中少有或没有的，水流中这组泥沙几乎不与
床面发生交换，故属于冲泻质范畴 ［15］ 。为简化计算，通常取床沙级配曲线上 P=5%对应的粒径作为
临界粒径 d ；然后 d 在悬移质级配曲线上对应的百分比即为冲泻质所占比例，从而求出悬移床沙质
c
c
的含沙量。
采用该方法计算，第一组实测资料直接给出了三峡工程运用前长江中游 10 个测站的悬移床沙质
3
含沙量 S ′ ，变化范围在 0.0026 ~ 0.4670 kg/m 之间（表 1）。第二组数据中，悬移质含沙量 S 则需根据
上述原则扣除冲泻质部分：新厂站的床沙质和冲泻质临界粒径 d 范围为 0.010 ~ 0.104 mm；冲泻质所
c
占比例 ΔP 为 7% ~ 94%（平均值 70%）；计算得到的悬移床沙质含沙量 S ′ 范围为 0.0411 ~ 0.8334 kg/m 。
3
冲
第三组资料中，枝城、沙市、监利 3 站的悬移床沙质含沙量 S ′ 范围为 0.0 ~ 0.3464 kg/m ；临界粒径 d c
3
的平均值分别为 0.140、0.119、0.112 mm；且冲泻质所占比例分别介于 25% ~ 99%（平均值 82%）、
18% ~ 96%（平均值 57%）、12% ~ 93%（平均值 47%）之间。
（2）水 沙 综 合 参 数 C' 的 计 算 。 计 算 水 沙 综 合 参 数 时 ， 需 相 应 扣 除 冲 泻 质 部 分 ， 记 为
1 m
æ
N
C ′ = U ( ghω ′ m ) 。 平 均 沉 速 ω ′ 采 用 韩 其 为 方 法 计 算 ω ′ = çå ΔP ∗k ω k m ö ÷ ， N 为 挟 沙 力 分 组 数 ，
3
m
m
è k = 1 ø
ω 为第 k 粒径组悬移质泥沙沉速， ΔP ∗k 为挟沙力级配，其值可由李义天 ［18］ 提出的方法确定。由于
k
m 是待确定量，故根据以往的研究成果将其分别取为 0.5、1.0 及 1.5，计算得到第三组的 C ′（453 测
次）分别在 0.024 ~ 13.775、0.024 ~ 12.253 及 0.023 ~ 11.023 范围内。可见，随着 m 取值的增大， ω ′ m
增大， C ′ 相应减小，但变幅不大，平均相对差值（MRE ）为 9%。故此处将 m 取为 1.0 进行平均
1.5-0.5
沉速的计算。总体上，长江中游的水沙综合参数 C ′ 在 10.0 以内（表 1），且其值在不同时段或不同位
置差异较大。
3.2 挟沙力公式参数与水沙综合参数的关系建立 此处首先分析悬移质总含沙量 S 与水沙综合参数

C（不扣除冲泻质）的关系，以此解释选取水流挟沙力数据时需要扣除冲泻质部分的原因；然后进一步
研究悬移床沙质含沙量 S ′ 与水沙综合参数 C ′ 的关系；在此基础上确定张瑞瑾水流挟沙力公式中参
数 k、m 的计算关系。

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