明渠水力半径分割线及边界平均剪切应力

从明渠水流过水断面上水体微团能量二维输送权重角度出发,推导出了水力半径分割线微分方程式;通过求解其近似解,得到了水力半径分割线的二次近似表达式;通过积分运算确定了明渠边壁与床面平均剪切应力的计算表达式,并与Knight等多家明渠边壁、床面平均剪切应力试验数据进行了比较,结果表明两者较为符合。

河岸陡峭度对冲积河流平衡河道形态的影响

河岸抗冲性对河流横断面形态影响显著。以水力半径分割方法为基础,采用等腰梯形过水断面,以河岸陡峭度代表河岸的抗冲性,利用变分方法研究冲积河流达到平衡状态时,河岸抗冲性对河道横断面形态以及输沙能力的影响。研究结果表明:河岸陡峭程度减缓时,平衡河道形态变得宽浅,相反变得窄深;河岸陡峭度变化对水力几何形态关系式中的相关变量指数几乎没有影响,仅仅影响水力几何形态关系式中的系数。随着河岸陡峭度增加,河流达到平衡状态时横断面形态变得窄深,河道最大输沙率增大。

冰盖下矩形河道的综合糙率

综合糙率是采用曼宁公式确定河道水位和流量关系的关键参数。在河道冰封期,冰盖的出现增加了流动的阻力,明流条件下确定的综合糙率不再适用,需要重新估算。基于Einstein阻力划分过流断面的原理,冰盖下矩形河道的过水断面可划分为冰盖区、河床区和边壁区。根据总流的连续性方程,在确定各分区糙率系数、水力半径和断面面积的基础上,提出了冰盖下矩形河道综合糙率的计算公式。采用已有的试验水槽测量数据和天然河道实测资料对公式进行了验证,结果表明:公式计算的综合糙率与实测值吻合较好,与Einstein公式和Sabaneev公式相比,计算精度更高;对于冰封水流,宽浅河道采用分区水深代替水力半径进行简化计算的条件有别于明渠水流,在宽深比大于20时,计算结果才满足精度要求。

类均匀碎石密铺糙率试验研究

以往河工模型多采用卵石加糙,结合目前江河卵石禁采的生态环境保护前提和碎石加糙具有获取方便和糙率较大的特点,进行碎石阻力研究。采用统计分析的方法得到类均匀碎石颗粒的样本单元质量和多类碎石的平均等容粒径,进行床面密铺碎石、水泥砂浆壁面的明槽均匀流试验,采用河床、河岸阻力的水力半径分割法,分割出床面碎石糙率,从而得出类均匀碎石密铺糙率ns与平均等容粒径dV的关系。结果表明,提出的四级类均匀碎石颗粒的样本单元质量为1~2kg,可根据颗粒大小取值;ns=0.0139dV^1/6。