Page 104 - 2023年第54卷第12期

图 ９ 有、无冻融影响的非均匀沙床整体输沙率及其比值参数 ζ 与无量纲剪切应力的关系
过程对输沙率的影响也随剪切应力的增大而逐步减弱。定量比较显示，河床表层冻融作用对各粒径
组运动的影响不尽相同，如图 １０、１１所示，剪切 应力较低 时，细 颗 粒 组（２～４ｍｍ）是 否受到冻融
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影响的测试组对应着相 差 悬 殊 的 输 沙 率，其 ζ －τ 变 化 关 系 及 适 配 曲 线 与 前 述 均 匀 沙 结 果 较 为 相
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似，然而，随着粒径逐渐增大，即使 τ 较小，粗颗粒组（８～１０ｍｍ）在两种对照情形下的输沙率差
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异则较小，尽管如此，τ 不断增大时，粗颗粒组的 ζ → １．０，各颗粒组的 ζ － τ 变化关系均遵循幂函
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数规律。正因为各粒径组的 ζ － τ 关系处于不同响应阶段，导致非均匀沙整体输沙比值参 数 ζ 的变
化幅度相对较小。

图 １０ 非均匀沙中各粒径组在有、无冻融影响下的 图 １１ 各粒径组在有、无冻融影响下的输沙率比值
输沙率与其无量纲剪切力的关系 与其无量纲剪切力的关系

４．３ 冻融作用对非均匀推移质组成的影响 河床表层冻融是否会影响推移质输沙组成也是值得关注的
一个问题。对于非均匀推移质运动，输沙级配构成与推移质输沙率密切相关。泥沙补给有限情况下，
推移质输沙组成也将影响河床表层的演化。因此，有必要分析河床表层冻融对推移质输沙级配组成的
影响。在与非均匀沙相关的实验序列 ＦＴＦ － Ｎ、ＦＴＩ － Ｎ中，有、无冻融影响的推移质粒径级配组成绘制
在图 １２。以筛分得到的推移质中值粒径 ｄ 为代表，比较发现，低流量驱动下（例如 Ｑ ＝ ３０Ｌ?ｓ ），有冻
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融影响的推移质 ｄ 小于无冻融影响的 ｄ ，说明河床表层冻融物理过程会对推移质输沙物质组成产生
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影响，使输移泥沙组成偏细，这与黄世俊 ［２３］ 的研究一致，在相同水流情况下，由于冰体的存在，冰冻
泥沙试块起动与冲往下游的泥沙较天然试块的泥沙而言，粒径组成偏细而均匀。换句话说，冻融影响
下的推移质输沙以细颗粒为主；而且，低流量、有冻融影响的推移质输沙率较大，因此，细颗粒的 ζ
较大，相应地，粗颗粒的 ζ 则较小。然而，随着恒定流逐渐增大（即 Ｑ＝ ３０ → ４５Ｌ?ｓ），无论是否有冻
融物理过程，推移质 ｄ 间的差别逐渐减小（至微小），意味着冻融作用对非均匀沙输沙物质组成的影
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响逐步减弱（至消失），此时，冻融过程对推移质输沙率的影响也逐渐减弱，细颗粒与粗颗粒 ζ 的差别
也在减小，均趋于 １．０。

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