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水 利 学 报

２０２４年 １２月 ＳＨＵＩＬＩ ＸＵＥＢＡＯ 第 ５５卷 第 １２期

文章编号：０５５９ － ９３５０（２０２４）１２ － １４８４ － １２

西方学者水流挟沙力公式剖析研究

杨张辉，张红武
（清华大学 水沙科学与水利水电工程国家重点实验室，北京 １０００８４）

摘要：水流挟沙力计算是解决河流动力学理论与工程实际问题的至关重要环节。西方学者水流挟沙力研究比我国
起步早，对学科发展过程影响较大。本文系统回顾了西方学者的水流挟沙力公式研究发展状况，详细阐述公式建
立思路、推导过程以及细节处理，剖析理论和实用价值及缺陷。结合黄河下游悬移质泥沙为主的实测资料检验，
表明西方及受其学术思路影响学者的挟沙能力公式的建立多参照了推移质输沙公式思路，物理图形不符合黄河的
悬移质输沙实际，故相比于常用国内学者公式，计算精度明显较低，难以满足多沙河流上工程计算需要。针对各
公式的具体结构形式，本文将水流挟沙力公式表达为阻力系数项、水流动力项、泥沙因子倒数项与常数项的乘
积，结合黄河土城子河段高精度水流挟沙力观测资料，辨析相关因子特征，认为西方学者及受其影响的水流挟沙
力公式在结构上弱化了泥沙影响因素的作用，且大都存在水流挟沙力同阻力系数成正比的理论缺陷，难以体现河
床和水流的自动调整作用，不能通过实测资料率定系数、指数的途径提高公式的使用价值。
关键词：水流挟沙力；公式剖析；水流阻力
文献标识码：Ａ
中图分类号：ＴＶ１４３．４ ｄｏｉ：１０．１３２４３?ｊ．ｃｎｋｉ．ｓｌｘｂ．２０２４０２４３

水流挟沙力是表征可动周界内的水流在一定水沙条件下能挟带泥沙的最大临界浓度值，也是描述
泥沙输移与河床冲淤过程、判断河流冲淤平衡的关键物理量，更被称为解决多沙河流河床演变问题的
钥匙。水流挟沙力的计算涉及河流动力学基本理论问题，因而在工程界和学术界均受到国内外学者的
广泛关注，逐渐产生出基于能量方法型、输沙率型、临界流速型和经验方法型等水流挟沙力研究成
果，但这些公式的计算结果和使用范围相差较大 ［１］ 。
早在 １９１４年，吉尔贝特通过室内水槽试验开始对水流挟沙能力进行系统研究，从此拉开了水流
挟沙力研究的序幕 ［２］ 。１９５０年代和 １９６０年代前期，出于河道建筑物规划及理论分析的需要，国内外
众多学者对水流挟沙力开展了大规模研究，大量研究成果将水流挟沙力研究推向高潮 ［２］ 。到 ２０世纪
后期，国内外学者在水流挟沙力计算精度上不断改进，适用范围努力向较高浓度扩展，水流挟沙力研
究水平有了显著提升 ［１］ 。由于不同区域河流的差异性，国内学者基于冲积河流，尤其是由悬移质泥沙
运动引起河床冲淤变形的多沙河流特性，偏向于研究悬移质输沙率而忽略推移质输沙影响；西方学者
在建立挟沙力公式时，往往参考推移输沙计算公式，对悬移质水流挟沙力公式只是经过少沙河流资料
的率定。本文所述 “西方”，主要以欧美国家为代表，具体包括西欧、南北欧以及北美的经济发达国
家。为了解西方及受其学术思路影响的挟沙能力公式对于我国多沙河流的适用性和其公式结构的合理
性，本文针对悬沙或全沙水流挟沙力公式，开展公式剖析与对比研究。

收稿日期：２０２４ － ０３ － ０２；网络首发日期：２０２４ － １１ － １５
网络首发地址：ｈｔｔｐｓ：??ｌｉｎｋ．ｃｎｋｉ．ｎｅｔ?ｄｏｉ?１０．１３２４３?ｊ．ｃｎｋｉ．ｓｌｘｂ．２０２４０２４３
基金项目：国家重点研发计划项目（２０１６ＹＦＣ０４０２５００）；鄂尔多斯市重大水利基金项目（２０２３２００００９０）；内蒙古自治区科技厅重大
专项（ ２０２４ＪＢＧＳ００１６）
作者简介：杨张辉（ ２０００ － ），博士生，主要从事水力学及河流动力学研究。Ｅ － ｍａｉｌ：ｙａｎｇ － ｚｈ２２＠ｍａｉｌｓ．ｔｓｉｎｇｈｕａ．ｅｄｕ．ｃｎ
通信作者：张红武（１９５８ － ），教授，博士生导师，主要从事水力学及河流动力学研究。Ｅ － ｍａｉｌ：ｚｈｈｗ＠ｍａｉｌ．ｔｓｉｎｇｈｕａ．ｅｄｕ．ｃｎ

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