动床阻力理论2

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1、河流动力学基础1河流动力学基础第三章床面形态与水流阻力1床面形态与水流条件和泥沙特性的关系动床床面形态与水流流态的关系、床面形态的分类与特性2冲积河流床面形态的判别准则及特性研究床面形态的判别参数、不同流态下床面形态的判别方法3水流阻力和断面平均流速水流阻力和沙粒阻力的概念、明渠均匀流的断面平均流速公式、不同公式中阻力系数的换算关系、床面粗糙突起k的概念s4峡谷或卵砾石床面河道综合阻力的计算由河岸和河床糙率计算综合糙率5沙粒阻力和沙波阻力分别计算沙粒阻力和沙波阻力的方法、综合阻力系数法2河流动力学基础实测阻力系数与沙波形态的关系–不同的计算思路-分别计算沙粒阻力和沙波阻力–

2、直接计算床面综合糙率床面形态的变化不断地改变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剧烈的改变，相当于边界粗糙程度不断发生变化。其结果是床面糙率n成为一个变量。在动床水槽试验中，床沙级配相b同的条件下，不同水流条件下反算出来的糙率n值不相同。(对比：定床条件下，n不随水流条件而改变)b3河流动力学基础实测阻力系数与沙波形态的关系–不同的计算思路-分别计算沙粒阻力和沙波阻力–直接计算床面综合糙率床面形态的变化不断地改变床面糙率床面形态、输沙状况与阻力损失的关系00泥沙粒径床面形态坡降(/00)U/gh含沙量(/000)综合糙率nf平整0.110.1

3、700.0160.0301沙纹0.23∼0.100.17∼0.370.01∼1.50.020∼0.0270.0635∼0.1025沙垄0.90∼1.600.22∼0.441.5∼8.00.021∼0.0260.0612∼0.07910.28mm过渡1.30∼1.700.55∼0.6710∼240.014∼0.0170.0250∼0.0344平整1.50∼1.800.71∼0.9215∼310.013∼0.0140.0244∼0.0262驻波∼∼∼∼∼逆行沙垄3.30∼101.0∼1.350∼4200.014∼0.0220.0281∼0.0672平整0.150.1800.01

4、60.0359沙纹0.16∼1.100.14∼0.280.01∼1.00.020∼0.0280.0521∼0.1330沙垄0.6∼3.00.28∼0.651∼120.019∼0.0330.0489∼0.14900.45mm过渡3.7∼4.90.61∼0.9214∼200.016∼0.0220.0415∼0.0798平整∼∼∼∼∼驻波3.6∼6.21.0∼1.640∼700.011∼0.0150.0200∼0.0406逆行沙垄6.6∼101.4∼1.760∼1500.012∼0.0140.0247∼0.02924河流动力学基础实测阻力系数与沙波形态的关系–不同的计算思路-分别

5、计算沙粒阻力和沙波阻力–直接计算床面综合糙率天然冲积河流，Manning系数随流量增大而减小天然河流实测结果：Manning系数的变化反映了下游大平原上床面沙波形态的变化。注意:在这里，水位的升降等于流量的增减。共同规律：随着流量增丘陵地带加，n减小，最后略增。(较高的滩地上阻力可能与植被或床沙组成有关，综合阻力更复杂)宽大河谷、比降较大5河流动力学基础实测阻力系数与沙波形态的关系–不同的计算思路-分别计算沙粒阻力和沙波阻力–直接计算床面综合糙率室内水槽试验结果：(沙质床面的动床阻力)阻力系数f的变化:随着流速加大，经历了增加－减少－再增加的过程。与床面沙波形态的变化同步。

6、6河流动力学基础实测阻力系数与沙波形态的关系–不同的计算思路-分别计算沙粒阻力和沙波阻力–直接计算床面综合糙率床面形态不断变化时，怎样计算水流阻力(已知流量和比降，怎样求水深、流速？)用以下方法，可在水力学经典阻力方程的框架内计入床面形态引起的水流阻力变化。这些方法可归结为“理论方法”和“工程方法”两类：理论方法:分别计算沙粒阻工程方法:即综合阻力系数法，一力和沙波阻力(形态阻力)得到般是通过实测资料分析给出总阻力总阻力；与水力因子的关系，或通过量纲分1.Einstein法析找出阻力系数表达式，再根据实2.Engelund法测资料率定总阻力表达式的参数。(从“水流阻力就是机

7、械能化为紊动能(这是遵循经典实验水力学的量直至黏性耗散”的角度看，综合阻传统研究方法所得到的结果)力系数法也符合现代紊流理论的某些基本概念)。7河流动力学基础实测阻力系数与沙波形态的关系–不同的计算思路-分别计算沙粒阻力和沙波阻力–直接计算床面综合糙率对不同的床面形态取不同的阻力系数，得到不同水深/流速(对于流量和比降不变的情况，采用经典实验水力学方法研究动床阻力问题)阻力系数增大阻力系数减小阻力系数再次增大静平整沙纹沙垄沙垄夷平动平整逆行沙垄Fr<1Fr≈1Fr>11.Chezy或Manning公式：用C或n的不