河流动力学——第三章.ppt

（1）当U/Uc?1时为卵石河流(AB段)，床面尚未形成沙波，水流阻力仅与床沙的代表粒径有关(沙粒阻力) ： （2）当1?U/Uc?3时粗沙河流(0.43mm≤D502.1mm ) (BC段)，沙波处于发展阶段，阻力随水流强度增大而增大 ： （4）当1.7?U/Uc?15时细沙河流(0.05mmD500.31mm)(CD段)，沙波处于消失过程，阻力随水流强度增大变小 ： （3）当0.8U/Uc?1.7时细沙河流(0.05mmD500.31mm) ( CE段)，沙波处于消失过程，泥沙运动强度大、沙垄运动明显，阻力随水流强度增大变小： 按李昌华、刘建民方法求水深~流量关系的步骤如下： 第一步：根据已知的水深H、D50、D95(?2D50)，用冈恰洛夫公式(3-42)计算起动流速Uc; 第二步：给出断面平均流速的一个初始试算值U，计算U/Uc。按照U/Uc的量值和床沙粒径值，选用式(3-43)~(3-46)中适当的表达式计算 /n； 第三步：根据已知的D50和 /n求出n，再由Manning公式求出流速值U； 第四步：将第(3)步算出的值与初始试算值U比较。如相差较大，则可采用第3步中计算得出的U值，代回到第2步重复计算，直到满意为止; 第五步：计算流量Q=AU。 天然冲积河流阻力的一些特殊影响因素 引起冲积河流阻力变化的因素除床面沙波形态的消长外，可能还包括滩、槽糙率的不同，植被生长状况、分布情况，河道形态等等。 其他天然或人为因素包括：洪水涨落期间比降变化、河道整治和险工、冰期等等。 作业： 习题3.8，3.11，3.12，3.13 此课件下载可自行编辑修改，供参考！ 感谢您的支持，我们努力做得更好！ 水力半径分割法和能坡分割法的比较 （3）结果（综合糙率系数）不同 水力半径分割法和能坡分割法得出的综合糙率系数相比，水力半径分割法式中nw、nb是1.5次方后再加权平均；能坡分割法式中nw、nb是平方后加权平均。可见在其它条件相同的情况下，能坡分割法的结果倾向于令较大的糙率值在综合糙率中占较大的比重，也就是略微突出了较大的粗糙所产生的紊动对全断面阻力的贡献。 宽谷河道上，大洪水通过时，水流比较平稳，能损较小，所以n值较小； 峡谷河道上则是水流湍急、紊动强烈，纵、横、竖涡漩互相掺混、翻腾、水流咆哮，水花四溅，能损很大，所以n值很大，特别是边壁粗糙度对水流结构和阻力的影响极大。 以长江寸滩和喜滩两站的河道情况为例，寸滩的边壁湿周Pw值仅占河宽的2~5％，可以忽略不计；而在喜滩的Pw值则占河宽的30~35％，就不能忽视边壁粗糙度对水流结构和阻力的影响。 综合糙率系数的其它处理方法 Darcy-Weisbach公式 : 综合的Darcy-Weisbach阻力系数表达式 相应于N 组断面分区的情况，也可得到： Darcy-Weisbach系数f不仅与边界粗糙程度有关，还与水深有关。 求得全断面综合粗糙系数n, f 后，可按Manning公式或Darcy-Weisbach公式确定水位?流量关系。 §3.5 沙粒阻力和沙波阻力 动床床面床面形态变化时的床面糙率 在动床水流中，随着水流条件、流态的改变，床面沙波形态将会出现很大的变化，这就相当于边界粗糙度不断地发生变化。其结果是床面糙率nb成为一个变量。在动床水槽试验中，床沙级配相同的条件下，由水流条件反算出来的糙率n值不是单一的。 床面形态、泥沙输运与阻力损失的关系可分为： (1)增加段(平整到沙垄)：随着水流强度由弱变强，泥沙输运从无到有。床面从平整开始，出现沙纹，又发展沙垄(低水流能态, Fr1),阻力系数越来越大，Manning糙率系数n可变化一倍左右； (2)跌落段(动平整)： 当水流强度加大,由低水流能态转化为高水流能态(Fr≈1)时，床面出现动平整，输沙率继续增大，但由于沙垄夷平，此时流动阻力反而跌到最低点，Manning糙率系数n接近最小值； (3) 再增加段(逆行沙波)： 随后糙率系数n随着水流强度的增加(Fr的增大)而缓慢增长。对于D=0.45mm的一组试验来说，Manning糙率系数n接近最小值是在Fr≥1的情况下，其后随着水流强度的增加增长得也较慢，显示出粒径对床面形态发展的影响。 动床床面阻力 动床床面阻力可分为： ?沙粒阻力 ?沙波阻力 沙粒阻力 是河床上泥沙颗粒对水流产生的表面阻力，即二维水流（不受河岸影响）在床面保持平整时所承受的阻力。源于单个泥沙颗粒对水流的反作用力。