含沙量对U型渠道水流流速横向分布律的影响.pdf

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1、第28卷第12期1342012年6月农业工程学报TrallsactionsoftheChineseS0cietyofAgriculturalEngin∞ring、白1．28No．12Jun．2012含沙量对U型渠道水流流速横向分布律的影响张耀哲，王亚林，王文娥(西北农林科技大学水利与建筑工程学院，杨凌712100)摘要：探索含沙量变化对U型渠道水流流速沿横向分布的影响，进而从理论上完善挟沙水流流速分布规律，对渠道水沙运动规律的研究有重要意义。引入指数流速分布公式，通过u型渠道水槽试验，测定水流中含沙量为

2、1．12～500k∥m3时，指数公式中流速横向分布系数的变化规律，说明u型渠道挟沙水流流速沿横向分布遵循指数流速分布规律。在含沙量s<300k∥m3下，流速横向分布系数随着含沙量的增大呈线性缓慢增大，当含沙量s≥300k，m3时，流速横向分布系数由缓慢增大变为急剧增大，说明水流流型已发生了变化：含沙量s≥50k咖3时，U型渠道的中心出现了核心区，核心区随着含沙量的增大而变宽。关键词：水力学，流速，舍沙量，U型渠道，挟沙水流doi：10．3969a．issll．1002—6819．2012．12．022中

3、图分类号；Tvl35文献标志码：A文章编号：1002—6819(2012)一12叼134—06张耀哲，王亚林，王文娥．含沙量对u型渠道水流流速横向分布律的影响[J]．农业工程学报，2012，28(12)：134—139．ZhangYaozhe，wangYaliIl’wangwen，e．E腧tsofsedimenIconcentmtjon伽lateraldis袖utionofwaterVeloc崎inU—ch咖el【J】．T砌sactionsoftheChjne辩Soci啊ofA鲥cult峨1Engine

4、e血g(Tm龇tionsof山ecsAE)，2012，28(12)：134—139．(inChinesewitIlEnglishabs订act)0引言中国北方灌区多属于干旱地区，缺水严重，灌溉水源多为渠灌引水。由于河道水流含沙量较高，所以浑水资源的利用变的非常重要。过去的方法是在干渠渠首建沉沙池，但是由于泥沙过多，淤积严重，沉沙池很快淤满，清淤困难，且大量泥沙无处堆放。基于上述实际问题．将渠灌区泥沙进行合理调控，采用浑水输送技术．利用灌溉渠道将含沙水流输送到田间地头，这种分散处理方式成为新的发展趋势。渠

5、灌区泥沙输移与调控涉及多个方面的研究内容，支、斗、毛渠含沙水流的流速分布及泥沙输移特征是需要研究的一个重要方面。节水灌溉模式下，斗、毛渠一股都是U型渠道，所以对U型渠道中挟沙水流流动特性进行研究有十分重要的意义，而流速分布规律的研究是揭示一般水流和挟沙水流流动特性的关键。与清水相比，挟沙水流流速分布规律要复杂得多，它不仅与水流条件有关，而且泥沙的存在还反过来影响水流结构，导致能量转换和流速分布发生了改变。因此挟沙水流的流速分布规律成为了河流动力学中的重要课题之一。人们已对紊动状态下挟沙水流垂线流速分布规

6、律展开了大量的研究工作，取得许多很有意义的研究成果，除了少数人认为挟沙水流垂线流速符合指数流速分布以外，多数学者认为服从对数分布j；!l!律，而且可将其公式形式划分为以下3种模划l】：其一是变卡门常数K模式，即仅茁随水沙条件变收稿日期：2011．10-28修订日期：2们2．05．“基金项目：国家自然科学基金青年基金项目(50909083)作者简介：张耀哲(1963一)，男，陕西风翔人，副教授，主要从事河流动力学和工程泥沙研究．杨凌西北农林科技大学水利与建筑工程学院。712100。化，张红武[2】、秦荣昱

7、[3l、黄才安【4】、倪晋仁【51万俊嗍等支持这种观点，目前持这种观点的人占大多数；其二是保持Ⅳ值不变而增加尾流项模式，即在流速分布公式中加进反映水沙条件变化的尾项，coIemann朱长军【8博即属此类：其三是同时考虑盯值和尾流项存挟沙水流中变化的混合模式。U型渠道【q】属于窄深渠道，与普通明渠不同，窄深明渠水流会受边壁的影响，最大流速位置不是发生在表面而是在表面以下某个位置。U型渠道过水断面自上而下可分为3个区，分别为表面区、主流区、底流区。在固定宽深比的情况下，最大流速点的位置会随含沙量的改变而发生

8、改变。在同一宽深比条件下【9】，当含沙量较少时，随着含沙量的增大，最大流速点保持在一定的位置不变，与清水中一样，即在同一渠道中最大流速点位置仅仅与宽深比有关；当含沙量J≥150kg／一时，最大流速点位置不仅与宽深比有关，而且还与含沙量有关，并且在宽深比不变的情况下，最大流速点位置随含沙量的增大开始下降。当含沙量s≥300kg／m3时，水流的流型已经发生了变化，在水流的表面出现了流核，流核中的水流将作为一个整体向前运动，其运动速度不变；当s>