陳家萱 張根廣 周雙

摘要：對泥沙縱向相對暴露度的概念進(jìn)行了修正，通過自行設(shè)計(jì)的試驗(yàn)裝置測量了均勻玻璃球的絕對縱向暴露度，分析計(jì)算了縱向相對暴露度及其分布規(guī)律。結(jié)果表明，玻璃球縱向相對暴露度可分為x、y，兩個(gè)分量，其中：x分量取值區(qū)間為1.0～4.5，服從指數(shù)分布；y分量的取值區(qū)間為-1.5～1.5，近似服從正態(tài)分布。分別給出了x、y分量的邊緣概率密度公式，并利用實(shí)測資料對式中的參數(shù)進(jìn)行了率定，得到縱向相對暴露度的取值區(qū)間為一個(gè)3.5×3.0的面域，取值落在該面域內(nèi)各點(diǎn)的概率可以利用給出的縱向相對暴露度邊緣概率密度公式計(jì)算得到。

關(guān)鍵詞：均勻泥沙；縱向相對暴露度；概率分布；試驗(yàn)

泥沙相對暴露度反映了泥沙顆粒在床面上的相對位置，其大小直接決定著床面上泥沙顆粒所受到的作用力和起動(dòng)力矩的大小，最終決定著泥沙能否起動(dòng)。因此，泥沙相對暴露度的研究在泥沙起動(dòng)研究中具有重要的意義。

Einstein H.A，在進(jìn)行非均勻沙推移質(zhì)輸沙率研究時(shí)，提出了隱蔽度系數(shù)的概念；韓其為首次提出了泥沙顆粒相對暴露度的概念，并從理論上給出了它的取值范圍及分布規(guī)律：Paintal A，S，在研究均勻泥沙顆粒在床面上的位置時(shí)提出了新的暴露度概念。近些年來，泥沙相對暴露度的研究取得了一些進(jìn)展，如孟震等對二維、三維泥沙顆粒的相對隱蔽度（與相對暴露度含義相同）進(jìn)行了分析，提出了基于相對隱蔽度的寬級配非均勻沙中“大顆?！薄爸蓄w?！薄靶☆w?！钡母拍睿缓挝纳绲仍谀嗌诚鄬Ρ┞抖扰c等效粒徑研究的基礎(chǔ)上，將相對暴露度引入到不同底坡的均勻泥沙起動(dòng)研究中：白玉川等首創(chuàng)了雙向暴露度的提法，同時(shí)考慮了縱向暴露度和橫向暴露度對泥沙起動(dòng)的影響：楊奉廣等采用CHENG N，S，等提出的顆粒間距分布概率密度公式，利用泥沙顆粒隱蔽度與顆粒間距之間的函數(shù)關(guān)系，推導(dǎo)出了相對暴露度的概率密度分布公式；黃廷杰等探討了泥沙暴露程度、床沙各分組泥沙粒徑及其質(zhì)量比對泥沙起動(dòng)的影響，并論述了非均勻泥沙起動(dòng)中完全暴露、完全隱蔽和極限躍移3種泥沙的極限起動(dòng)情況：幸韻等采用滾動(dòng)模式對卵石起動(dòng)進(jìn)行了分析，建立了無量綱起動(dòng)切應(yīng)力與水流脈動(dòng)系數(shù)、絕對隱蔽度、中軸比長軸及短軸比中軸的關(guān)系。

鑒于目前對泥沙相對暴露度的研究只著眼于垂向相對暴露度，對于縱向相對暴露度尚未有學(xué)者進(jìn)行研究，故本文以白玉川等定義的泥沙縱向相對暴露度的概念及CHENG N.S.等步長（河床表層兩顆泥沙沿水流方向的縱向距離）試驗(yàn)成果為基礎(chǔ)，選取直徑D=12 mm的2 000顆玻璃球作為試驗(yàn)材料，通過自行設(shè)計(jì)的試驗(yàn)裝置對縱向相對暴露度的定義進(jìn)行再思考。同時(shí)，通過試驗(yàn)對縱向相對暴露度的取值范圍及概率分布進(jìn)行研究。