基于能坡划分原理的大比降山区河流阻力特性

摘要：

在山区河流水沙灾害河道修复中,河道阻力系数是一个非常重要的参数.普通天然河道的达西阻力系数是水深h与泥沙粒径d比值的函数,而在山区大比降粗糙河道中,其值随着坡降的改变而变化.为探究大比降河道达西阻力变化规律,该研究通过变坡水槽试验设置3种坡度(10°、25°、35°)更大的河道,试验时床面铺设中值粒径为0.5、1和1.85 mm的3种天然沙,流量设定为0.5～2.5 L/s,淹没度范围h/d为0.84～7.27,采取试验数据和经典文献数据共计48组,涵盖河道坡度范围0.97°～35°(对应比降S范围为17‰～573.6‰),进而建立能够反映滚波影响的适用于山区大比降河流的达西阻力表达式.结果表明:1)大比降河道水流表面会产生滚波,使得达西阻力系数增大;2)大比降河流的能坡可划分为两部分:正常河道无滚波时的能坡以及河道水面滚波产生的额外能坡,前者及其对应的达西阻力系数可以利用传统的对数公式进行求取,后者可以利用总能坡与无滚波时的能坡相减得到;3)将建立的比降达西阻力公式计算结果与实测数据比较,可以发现绝大部分数据落在±20％误差线中,说明该研究提出的公式的计算精度较高.研究建立的大比降河流阻力计算模型可以揭示大比降河道水流能量消耗机理,为后续研究大比降河流问题提供理论基础.

关键词：大比降河道、摩阻流速、达西阻力系数、淹没度、滚波

所属期刊栏目：38

分类号：TV142.1(水利工程基础科学)

资助基金：国家自然科学基金51979180

在线出版日期：2023-02-10（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共6页

页码：113-118