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挟沙能力诌议

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挟沙能力诌议
引子
自现代意义的泥沙运动力学形成以来,众多泥沙研究者在无统一理论指导下,通过水槽试验、量纲分析等多种方法,选取了切应力、流速、功率等作为代表水流对泥沙作用的最基本变量,或叫基点,并在此基础上建立各自的泥沙理论。由于各种基点均为各研究者根据某种理论或假定得出,公式系数和结构形式千差万别【1】。
中国泥沙专家摒弃了西方那种撞到南墙不回头的研究方式,假设水流有“饱和浓度”或“最大含沙量”,想象出“临界含沙量”,依此定义一个水流“挟沙能力”作为基点建立泥沙理论。在思想上是一大进步,用这一概念分析问题、解释现象非常方便,60多年了,一直用它。
在我国的泥沙界,谁都知道挟沙能力有问题,它成为研究热点,也是难点。许多人终其一生潜心研究,没有得到满意的结果。
参考资料:
1、阎树欣《长江上游大比降卵砾石河段水流强度指标研究》《山东建筑大学学报》2013年12月


IP属地:辽宁1楼2021-12-24 07:20回复
    1、原概念分析
    1.1、基本定义与解释
    挟沙能力刚被炒起,钱宁就发现了问题,自他开始就对其进行修正、修补。发展到现在,变得异常混乱,各家教材对其定义不一,解释也不尽相同。2008年3月牛长喜在《河道冲淤研究中挟沙能力理论应用的分析》一文中就有说明【2】。
    在我读过的教材、文章中,唯有郭庆超老师在2006年10期《泥沙研究》发表的《天然河道水流挟沙能力研究》一文中给出的挟沙能力定义和解释最系统、最完整。他在文中说:
    “水流挟沙能力是指在一定水流、泥沙和断面形态条件下,河床处于平衡状态时,水流所能挟带的最大含沙量,或称临界含沙量。”——这是挟沙能力的定义【3】。
    “当来流的含沙量大于临界值时,水流处于超饱和状态,河床将发生淤积。反之,当低于这个临界值时,水流处于次饱和状态,转而向河床寻求泥沙补给,造成河床冲刷。通过这种淤积或冲刷使水体中的含沙量逐渐恢复到临界值,从而达到新的不冲不淤的平衡状态。”——这是对挟沙能力的解释【3】。
    2、牛长喜《河道冲淤研究中挟沙能力理论应用的分析》2008年3月
    3、郭庆超《天然河道水流挟沙能力研究 》《泥沙研究》2006年10期


    IP属地:辽宁2楼2021-12-24 07:22
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      西方国家泥沙理论的基点有明确的变量,条件清晰,对结果的影响明确,这是人家方法的优点。就因为明晰,很容易分析出其中的问题。从动力派的剪切力、能量派的剪切功率定义本身就能看出问题。运动派的基点是流速,一个断面的流速有多种,他们无法确认用哪一个,当然更不行。虽然以小爱因斯坦(著名物理学家爱因斯坦的大儿子)为代表的动力学派创立了一套泥沙理论,并成了体系,却没有得到广泛的认可,泥沙理论还在探寻新的道路。
      我国泥沙理论的基点是个概念,没有明确水流、泥沙、截面等条件对结果的影响,概念的定义和解释又非常巧妙,从定义本身很难找出毛病,更多人把精力投在了计算公式上,与西方的研究并驾齐驱。


      IP属地:辽宁3楼2021-12-24 07:23
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        1.2、概念的发展
        据齐璞老师讲:挟沙能力是上世纪50年代被炒热的。钱宁很快就发现了问题,1957年他在《关于“床沙质”与“冲泻质”概念的说明》一文中对挟沙能力定义进行了第一次修正。他用床沙质含量取代含沙量来定义挟沙能力,解释没变【4】,清华大学《水力学》教材中,就接受了这一观点。
        因为挟沙能力的定义、解释非常模糊,没有指明水流、边界、泥沙条件变化后对结果的影响。很难找出其中的破绽。列出公式后,条件确认,各种问题表现出来了。更多的人把精力放在了对挟沙能力公式的创立、修补、修正上。我的小老乡董航对此有过研究。她在《水流挟沙力计算公式研究综述》中对当今主要的悬移质挟沙能力公式进行总结,数量竟然达到了43个【5】。


        IP属地:辽宁4楼2021-12-24 07:23
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          包括牛长喜在内,许多人试图对挟沙能力定义进行修正,从教材的不同定义也能看出这一点,但都没有解决问题。
          韩其为受到黄河泥沙具有多来多排这一现象启发,提出挟沙能力具有多值性。2009年发表了《挟沙能力多值性及黄河下游多来多排特性分析》【6】,2011年在南京召开的《第8届全国泥沙基本理论研究学术讨论会》上,再次作了题为《论挟沙能力多值性》的大会报告,对悬移质挟沙力的多值性进行阐释【7】。
          到了这个时候,挟沙能力已经失去了引入这一概念的初衷,无法使用了,当然不会得到多数人认同。或许因他是权威,没见人否定。


          IP属地:辽宁5楼2021-12-24 07:23
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            1.2、错误的原因
            科学是个共同体,各学科之间许多问题的基本道理是相通的、甚至是相同的,在理论上可以相互借鉴。就拿水与电相比:水流相当与电流;落差相当于电压;水位相当于电位;流量相当于电流强度等等。
            但是,各学科有各自的特点,基础理论的建立必须站在本学科的基础之上,否则,“借鉴”就成为了“照搬”。
            早在上个世纪70年代,黄万里已给出了结论。他说:“决定河槽冲淤大小的决不是所谓挟沙能力或最大浓度”【8】。若感觉黄老先生说的还不够明确的话,在此我再一次强调:水流没有没有最大浓度、没有饱和含沙量、没有最大含沙量、更没有临界含沙量。请问:除了静止的水体,有谁测出任何一个水流的饱和含沙量?


            IP属地:辽宁6楼2021-12-24 07:24
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              下面两段话是我从《2000年黄河泥沙公报》上抄录下来的两段话,标点符号都没改。
              第一段:“黄河小浪底水文站在洪水期测到过920kg/m3(1977年8月7日)的含沙量,支流黄甫川、窟野河、无定河等河流的一些水文站出现1000kg/m3以上的含沙量也屡见不鲜。”
              第二段:“1958年7月10日20时12分,温家川水文站实测含沙量1700kg/m3,是我国有水文资料记载以来最大的实测含沙量,也是世界上有记载的最大实测含沙量。”【9】
              黄河是泥沙理论研究最大的实验室,是最好的原型,也是最好的教材,它的临界含沙量究竟有多大?别说找到具体的值,因为它根本没有饱和含沙量,连范围都无法确定。


              IP属地:辽宁7楼2021-12-24 07:24
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                黄万里说:“在工程学里根本没有不联系实际的理论,却只有提高不到理论的实际!‘理论联系实际’这个口号多年来被那些落伍于时代的工程师和教授们用作掩护他们自己理论知识低劣的挡箭牌。我们要号召大家把总结出的实际经验提高到原理性的理论,这就需要具有高级的理论基础!”【10】
                “理论联系实际”不仅适用于理论的应用,更适用于理论的产生。根据凭空捏造出来的“饱和含沙量”产生的“挟沙能力”很难站住脚。
                黄万里否定了过去的挟沙能力,但他认为“决定河槽冲淤大小的……恰恰是那些剧变率∂Q/∂t、∂H/∂t、∂V/∂t”【8】也不对,走错了路。至今没人找到可取代的挟沙能力地位的概念或理论,所以,挟沙能力这个错误延续至今。正如郭庆超老师说:目前使用挟沙能力这个概念只是“一个权宜之计”。【3】


                IP属地:辽宁8楼2021-12-24 07:25
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                  4、结论
                  挟沙能力是泥沙理论的基点,是河流动力学理论的顶梁柱。与西方3大学派一样,基点错误,怎能建立起科学的理论体系?
                  所以,黄万里说泥沙理论“幼稚”已经是高估了它【8】,其实,河流泥沙理论根本没成型,甚至可以说是没萌芽。


                  IP属地:辽宁9楼2021-12-24 07:26
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