基于阻力规律视角的水流能态区辨识

高、低水流能态区形成条件不同,其识别对于预测动床阻力具有重要意义。基于量纲一阻力方程推导了一个新的高、低水流能态区判别函数,包含悬浮数和水流作用数2个量纲一参数,提出了能态转变角和能态转移路径的概念,从流动阻力角度重新审视了水流能态区分问题。通过国内外4176组水槽和野外实测数据对该函数进行率定,确定了高、低能态区的临界方程。研究结果表明:该方法低能态区预测精度约为91%,高能态区约为85%,综合精度约为89%;在细沙河流中,随着水温的降低,更易发生水流低能态向高能态的转变。本文建立的判别函数不仅可高精度识别水流能态区,还可分析水温对能态区过渡的影响。

黄河下游动床阻力变化及其计算方法

动床阻力在冲积河道洪水演进与河床冲淤计算中具有十分重要的作用。黄河下游不同水沙条件下的床面形态变化较大,动床阻力变化规律十分复杂,因此需要研究动床阻力的计算方法。利用黄河下游花园口、高村、利津等7个水文站1958—1990年的686组实测数据,确定了影响动床阻力变化的关键水沙因子——水流弗劳德数(Fr)与相对水深(h/D_(50)),前者表示水流强度,后者表示床面相对粗糙度;建立了基于水流能态分区的动床阻力计算公式,并采用这些实测数据率定了公式中的相关参数;利用黄河下游各水文站1991—2016年的2288组实测资料,进一步验证了公式的计算精度。计算结果表明:动床阻力的大小随弗劳德数或相对水深的增加而减小;基于水流能态分区动床阻力公式的计算精度明显高于未分区的公式及其他4个动床阻力公式,且决定系数(R^(2))总体接近0.80,说明水流强度与床面相对粗糙度对动床阻力影响十分显著。

长江中游动床阻力计算

动床阻力计算是水沙数学模型中的重要研究内容。三峡工程运用后,进入长江中游河段的沙量剧减引起河床冲刷及床沙粗化,导致动床阻力的变化特点更复杂,有必要研究长江中游动床阻力的计算方法。采用长江中游枝城、沙市及汉口等5个水文站2001-2012年的1266组实测数据,选取弗劳德数(Fr)和相对水深(h/D 50)作为动床阻力计算的主要影响因子,建立基于水流能态分区的动床阻力公式并利用多元非线性回归的方法率定相关参数,采用长江中游上述5个水文站2013-2017年的651组实测数据对公式进行验证。结果表明:①长江中游的动床阻力主要处于低能态区和过渡区;②基于水流能态分区动床阻力公式的计算精度明显高于现有阻力公式,决定系数(R^2)约为0.89,阻力系数n的计算偏差小于±30%的数据达97.7%。