钉螺起动流速的试验研究

更新于 2026年10月10日 版权声明
(五)钉螺起动流速的试验研究

1.钉螺的起动状态

钉螺具有三种不同的起动状态:无吸附力(闭厣)状态、动床有吸附力起动、定床有吸附力起动状态。钉螺在不同状态下起动,其起动流速的临界值也不相同。

(1)无吸附力起动

钉螺的吸附力是在它开厣进行生物活动时才会存在,闭厣时钉螺便完全丧失了吸附能力。钉螺在闭厣状态下起动,起动流速的临界值最小且可以与水力因素变化建立关系。

(2)动床有吸附力起动

动床有吸附力起动是指钉螺吸附在可冲性河床表面上的起动。在这种状态下,由于吸附力的作用,钉螺可以抵抗一定流速的水流对它的冲击,因而起动流速的临界值要大于无吸附力的起动流速临界值。但由于水流作用于螺体时受到螺体的阻碍,底部流速将发生局部绕流,当绕流流速超过床沙起动临界流速时,床面将发生冲刷并带动钉螺也随之而起动。这种情况钉螺起动的边界条件最复杂,由水流强度、床沙起动条件和钉螺吸附力强弱等诸因素所决定。因而这种状态的起动不能单纯依靠水力学方法解决。

(3)定床有吸附力起动

如果河床由岩石或水泥板构成,钉螺吸附在这些不可冲(或称耐冲性强)的床面上,称为定床有吸附力起动。这种状态起动除与水力强度和钉螺吸附能力强弱有关外,还与构成床面材料的性质(木板、铁板、水泥板、岩石等)和粗糙程度有关,也不能简单地依靠水力学方法解决。

2.钉螺起动流速试验

根据钉螺三种不同起动状态,分别采用三种方法进行起动流速试验。

(1)钉螺无吸附力起动流速试验

本项试验的目的是探索钉螺在无吸附力状态下的起动运动规律,并根据水力学和泥沙运动力学原理建立钉螺起动流速计算公式。

试验设备同钉螺动水沉速用玻璃水槽。试验方法采用从水面投放钉螺的方法,起动标准根据钉螺落地瞬间的运动状态进行判别。试验范围为:水深为10~40cm,流速为5~20cm/s,受试钉螺为Ⅱ级、Ⅲ级钉螺。

(2)动床有吸附力起动流速试验

动床有吸附力起动流速试验首先在试验水槽底部铺一层厚10cm黄沙,铺沙宽度为60cm,长度800cm。黄沙的级配为d90=0.94mm,d50=0.364mm。铺沙后先在槽内充水并在铺沙面上放置活钉螺,待槽底钉螺全部开厣吸附在床面之后再逐步加大流速进行试验,试验水深为30cm,流速为20~40cm/s。(https://www.daowen.com)

(3)定床有吸附力起动流速试验

试验方法与(2)相同,但水槽底部为水泥面,不铺黄沙。试验水深为10cm和20cm两组,流速为10~100cm/s和60~107cm/s。

3.钉螺起动现象和起动流速公式

(1)钉螺起动现象

水下钉螺起动具有以下特点:钉螺无论在何种状态下起动,一旦起动都以滚动形式向前,很少以滑动或跳跃的形式运动。螺体的运动方向一般是螺径方向与流向平行,螺高方向与流向垂直,因为螺体沿螺径方向的几何形状为圆形,易于滚动而且滚动的摩擦阻力最小。

在三种不同起动状态下,以无吸附力状态的起动流速为最小,最大值不超过19cm/s,最小值仅14cm/s。定床有吸附力状态的起动流速值为最大,流速达到60cm/s时只有少量钉螺可以起动,流速达107cm/s时起动的钉螺数尚在40%以内,即大部分钉螺尚未能起动。动床有吸附力状态居中,起动流速在30~40cm/s之间。

以上特点是在实验室条件下观察到的现象。影响水下钉螺运动还有其他因素,如水深、时间以及钉螺的生物特性等,在目前实验室的条件下尚难进行试验。

(2)无吸附力钉螺起动流速公式

根据滚动力矩平衡以及采用垂线流速指数分布公式形式,推导得钉螺起动流速表达式为:

图示

式中 K——钉螺起动的综合系数;

m——流速分布指数,通过实验来决定;

K——无因次数,通过实验来决定。

通过对实验资料进行分析,得出m=0.4;K值随水深有所变化,当水深H≤30cm时,K=0.26,当H>30cm时,K=0.22。

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