水流流经床面时，如果床面切应力超过床面泥沙抗侵蚀能力，床面泥沙颗粒将开始运动，冲刷随即发生。单位时间单位面积床面上冲刷进入水体的泥沙质量或体积称为上扬通量。上扬通量是泥沙输运研究中的基本物理量，广泛用于描述输沙数学模型的底部边界条件。准确计算上扬通量对于准确模拟泥沙输运和河床演变过程以及水环境和水生态至关重要。然而，由于复杂的水流和底床相互作用，准确计算上扬通量仍是具有挑战性的课题之一。
近日，团队在无粘性泥沙上扬通量研究领域取得进展，研究成果发表于国际期刊《Journal of Hydraulic Research》。文章题目为“Pickup Rate of Non-Cohesive Sediments in Low-Velocity Flows”，陈大可老师为第一作者,张弛老师为通讯作者。该成果是团队与奥克兰大学泥沙冲刷团队合作下取得的。研究团队发现现有上扬通量计算公式在低上扬条件（泥沙起动条件附近）和高上扬条件（远高于起动条件）下均偏离实测值。通过自主开发的一套管式泥沙冲刷实验装置，研究团队对6组均匀沙在接近泥沙起动阈值的动力条件下进行了上扬通量测量。基于测量的实验数据和收集到的其他实验数据，研究团队对目前上扬通量计算中较常用的曹志先公式进行了修正。修正后的公式在36.7倍起动切应力以下的动力范围内与实测值均吻合较好。研究成果对于提高泥沙输运模拟精度和地形演变过程有重要意义。
文章信息：
Dake Chen, Bruce Melville, Jinhai Zheng, Yigang Wang, Chi Zhang, Dawei Guan & Cheng Chen (2021) Pickup rate of non-cohesive sediments in low-velocity flows, Journal of Hydraulic Research, DOI: 10.1080/00221686.2020.1871430.
图1 实验装置
图2 单位上扬面积与动力因素的关系
图3 修正后上扬通量公式计算值与实测值的比较