CES模型计算复式河槽过流能力及方法对比

复式河槽的洪水漫滩后,滩槽水流相互作用,在滩槽交界处形成动量交换,若直接采用曼宁公式进行水力计算将产生很大误差。应用CES(Conveyance Estimation System)模型首先计算了不同复式河槽的垂线平均流速,并结合英国科学工程研究理事会洪水水槽设备(SERC-FCF)的试验资料进行了验证,进而分析了不同形态复式河槽的水流特性;然后通过对比分析CES模型与经验方法(湿周修正法、断面分割法)和理论方法(谢汉祥法、刘沛清法、河槽协同度法)计算流量时的精度,论证了该模型在复式河槽水力计算中的优越性。结果表明,由CES模型计算的断面垂线平均流速分布符合复式河槽的水流特性且与实测资料吻合良好,较之其他模型方法,该模型能适用于任意形态复式河槽的流量计算且精度较高。     

复式河槽水位流量计算误差分析及方法对比

水位流量关系是推算水面线的重要依据。复式河槽的水流漫滩时,直接运用曼宁公式计算水位流量关系会产生很大的误差,并会出现流量随水深增加而减小的不合理现象,为此分析了复式河槽垂线平均流速的横向分布及曼宁公式中流量-水深函数的单调性,探讨了这种误差及现象出现的原因;然后以实测资料为依据,对比分析了以曼宁公式为基础的水平分割法、垂直分割法、对角线分割法、湿周修正法及权重分割法与传统理论方法(谢汉祥法、河槽协同度法)计算复式河槽水位流量关系的精度,进而讨论了改进后的曼宁公式在复式河槽中的适用性。结果表明,主槽与滩地的流速差使漫滩水流发生横向运动,并在滩槽交界处形成大量的动量交换,其作用机理完全不同于单一河槽,故曼宁公式不能直接应用于复式河槽;复式断面的水力半径增长率与湿周增长率满足一定的条件时,曼宁公式中流量-水深函数单调递减,漫滩初期流量随水深增加而减小;对比不同计算方法的结果发现,湿周修正法精度最低而不推荐使用;水平分割法、垂线分割法、对角线分割法及权重分割法的精度与传统理论方法接近甚至更高,因此这些改进后的曼宁公式能够较好地适用于复式河槽。由于对角线分割法在所有方法中精度最高且计算简便,故计算复式河槽水位流量关系时推荐采用对角线分割法。     

复式河槽综合糙率计算方法比较与分析

综合糙率是复式河槽水力计算的一个重要参数。本文系统地总结了推求综合糙率的各种典型方法，包括Pavlovskij方法．Einstein-Banks方法，Lotter方法，Krishnamurthy-Christertsen方法以及Dracos-Hardegger方法。运用277组复式河槽水槽实验资料和野外实测资料，验证了上述各种方法的有效性。通过比较和分析，发现这些方法都不适用于估算复式河槽综合糙率。本文对这些方法产生误差的原因进行了分析，并指出产生误差的原因在于前四种方法忽略了滩槽动量交换；后一种方法虽然考虑了动量交换，但该方法并不普遍适用。本文对现有资料的分析，提出了一个滩槽糙率相同情况下的复式河槽综合糙率关系式。     

滩槽复式断面水流特性的试验研究

采用水槽试验研究复式断面水流流速的横向分布特征、边界剪切应力变化规律以及水力参数对断面过流能力的影响，并得出了滩槽流量分配计算式。     

复式河槽的历史洪水计算

一、前言天然河道中,许多都是带有滩地的复式河槽,当遇特大洪水时,水流处于漫滩的状态。采用计算方法估算特大洪水流量,以往习惯的做法是:先分别按滩地和主槽的糙率,用曼宁公式计算特大洪水位时滩地和主槽的流速,然后各乘以滩地和主槽的面积,得到滩地和主槽的分部流量;把这二个分部流量相加,就是所求的     

复式河道漫滩水流计算

漫滩常常出现在天然河流中，特别是冲积平原地区。漫滩水流有着不同于一般明渠水流的特征，所以，复式河道漫滩水流的研究对洪水预报、河床演变有着重要的实际意义。本文采用计算复式河道漫滩水流的动量交换法和常规方法对金马河复式河床给定水位下的断面过流流量进行计算，为金马河洪水预报提供数据参考。     

基于等效阻力的植被化复式河道流速分布研究

天然河道中许多都是具有主槽和滩地的复式河槽,水流漫滩以后,复式河槽的水流结构发生复杂的变化.而天然河道漫滩上常常生长着各种植物,水中植被的存在增加了河床的阻力,如何确定流速分布和流量十分重要.本文基于植被作用下水流阻力的等效平衡原理,提出刚性植被等效附加阻力系数以及植被等效综合阻力系数的计算方法.通过运用SKM方法计算植被作用下的复式河槽垂线平均流速的横向分布,结果表明,本文提出的植被等效综合阻力系数的计算方法是可行的,能较好地确定植被作用下的复式河道垂线平均流速的横向分布.     

防洪评价中跨河桥梁壅水和冲刷计算探讨

在对跨河桥梁进行防洪评价及审查的实际工作中,发现以下问题：利用水面曲线法推求桥墩壅高值时,桥位断面与上游断面的间距对壅高结果有很大影响;在利用经验公式法计算桥位冲刷深度时,河槽和河滩的流量分配对结果有很大影响,如果分配不合理,甚至会出现河滩冲刷深度大于河槽冲刷深度的情况.文章以许渡大桥为例,分析以上问题出现的原因,并探讨解决方法,力求计算结果的准确合理,供防洪评价及其审查人员参考.     

黄河河道萎缩及其对洪水演进的影响

由于近几年黄河来水来沙偏少，下游河道连年断流、高含沙洪滴水频繁发生，造成黄河干、支流下游河槽连年淤积，断面主槽缩窄，滩槽高差减小，过洪能力降低，漫滩流量减小，同流量水位偏高。河道萎缩使漫滩机遇增多，洪峰削减率大，洪水传播时间延长，威胁堤防安全。     

用分层马斯京根法作河道洪水演算

针对复式河道中用马斯京根法作洪水演算时,常出现洪水参数K、x值难以概化,整个过程线高、低水段很难拟合的情况,根据马斯京根法的基本原理.结合复式河道中漫滩部分水体的影响,提出了把整个入流过程按河槽形态的变化进行分层处理的分层马斯京根洪水演算方法。该法经在渭河临潼至华阴河段实际运用,其精度较传统马斯京根法有明显的提高。     

复式河道漫滩水流计算方法研究

对复式顺直河道和复式游荡型河道中漫滩洪水的计算方法进行了研究.其中，对复式顺直河道，从Shiono-Knight方法出发，将二次流项归并入雷诺切应力项，并将主槽和滩地的流速分布曲线直接相接，推导出一套不需联立求解系数方程组的漫滩水流流速和床面切应力分布的计算公式以及床面平均切应力的解析计算公式；对复式游荡型河道，建立了一种新的上层水流计算方法.文中的计算结果与前人的实验资料基本一致，初步表明文中的方法是合理的.     

Estimation of discharge and its distribution in compound channels简

Results of research into a compound channel having width ratio(?)in excess of 11 are presented in the form of boundary shear distributions across the compound cross section.New relationship is derived between the percentage of shear carried by the flood plains(%)fp S and the percentage of area occupied by the flood plains(%)fp A.The equation so derived is taken as the basis to develop a new methodology to predict the stage discharge relationship specifically for wide compound channels using Darcy’s friction factor(f)for the main channel and flood plain regions.The methodology also is used for compound channels with smaller width ratios by applying the appropriate relation for%fp S derived earlier by different researchers and seems to work well.Next,as a corollary to the methodology,separate formulae are proposed to estimate flow distribution in main channel and flood plain regions.The proposed method and its corollary are tested for their validity against well-published small-scale data series of previous researchers along with some large-scale data series from EPSRC-FCF(A-Series)compound channel experiments and very good agreement is observed between the measured values and predicted values for total flow as well as zonal distribution of flow.The methodology is also applied to some compound river section data published in literature and is found to serve well the purpose of predicting flow in real world application.This new method gives the least RMS value of error for discharge prediction compared with some other well-known methods used for estimating stage-discharge relation in compound channels by considering all data sets.     

窟野河大柳塔1号公路桥过洪能力及改建措施

在窟野河流域自然状况查勘及洪水调查的基础上,分析了大柳塔河段1号公路桥位断面及糙率变化情况,采用河道天然水面线推算、河道非恒定流洪水演算、曼宁公式无桥水力半径推算、河段比降法上移王道恒塔站水位流量点据等4种方法推算了桥位断面天然水位流量关系,并通过桥梁壅水计算确定了桥位断面壅水水位流量关系,核定了桥梁现状实际过洪能力及提高泄洪能力的可能措施。结果表明:①分别以桥梁主跨拱顶底面和腹拱拱顶底面为控制梁底,2008年5月桥位断面现状过洪能力分别为8 910、9 780 m3/s,重现期分别为43、57 a,达不到100 a一遇的设计标准;②现状断面基础上的河道清淤难以有效增大桥梁过洪能力,而拆除腹拱改建、扩孔改建、综合改建等3种改建方案中,扩孔、拆除腹拱并抬升梁底0.45 m的方案,改建后的过洪能力为11 400 m3/s,重现期为100 a。     

COMPUTATION OF MOMENTUM TRANSFER COEFFICIENT AND CONVEYANCE CAPACITY IN COMPOUND CHANNELS

The momentum transfer coefficient is an important parameter for determining the apparent shear stress at the vertical interface between the main channel and its associated flood plains,the cross-sectional mean velocity and the discharge capacity in compound channels. In this article,under the Boussinesq assumption and through analyzing the characteristics of velocity distribution in the interacting region between the main channel and its associated flood plain,the expression of momentum transfer coefficient was theoretically derived. On the basis of force balance,the expression of vertical apparent shear stress was obtained. By applying the experimental data from the British Engineering Research Council Flood Channel Facility (SERC-FCF),the relationship between the momentum transfer coefficient with the relative depth and the ratio of the flood plain width to the main channel width,was established,And hence the conveyance capacity in compound channels was calculated with Liu and Dong’s method. The computed results show that the momentum transfer coefficient relationship obtained is viable.     

Enhanced Channel Division Method for Estimation of Discharge in Meandering Compound Channel

Accurate prediction of shear force distribution along the boundary in open channels is a key to the solution of numerous hydraulic problems. The problem becomes more complicated for meandering compound channels. A model is developed for predicting the percentage of shear force at the floodplain (%S_fp) of two-stage meandering channels using gene-expression programming (GEP) by considering five dimensionless parameters viz. the width ratio, relative depth, sinuosity, bed slope, and meander belt width ratio as the inputs in the model. Basing on the %S_fp, the apparent shear force along the division lines of separation in compound channels is selected for discharge calculation using the conventional channel division methods. An Enhanced Channel Division Method (ECDM) is introduced to calculate discharge by assuming interface line at main channel and floodplain junction. A modified variable-inclined (MVI) interface is suggested having zero apparent shear determined from flow contribution in the main channel and floodplain. The MVI interface is further used to calculate discharge in the meandering compound channels. Performance of the GEP model is tested against other analytical methods of calculating %S_fp. Error between the observed and calculated discharges using the MVI interface is found to be the minimum when compared to other interface methods. The enhance channel division method is successfully applied for validating the two available overbank discharge values for the river Baitarani at Anandapur (drainage area of 8570 sq. km), giving the minimum errors of 0.31% and 1.02% for flow depths of 7.5 m and 8.63 m, respectively.

     

堰塞坝溃坝数学模型研究与应用

针对堰塞坝坝体土石料的宽级配特性,引入与水流方向垂直的附加作用力来考虑粗颗粒对细颗粒的阻拦、遮蔽作用以及细颗粒对粗颗粒的包围、填实作用,提出了一个可模拟堰塞坝漫顶溃决过程溃口发展规律与流量过程的数值模型和相应的计算方法,利用该模型对唐家山堰塞坝泄流过程进行了模拟,得出的泄流槽发展规律与洪水流量过程与实测资料接近,验证了该模型和计算方法的合理性。进一步,利用笔者建议的数学模型及数值计算方法,比较分析了唐家山堰塞坝除险过程中泄流槽断面型式对堰塞坝泄流过程的影响,发现堰塞湖在采用泄流槽引流除险时,泄流槽深度与断面型式对其泄流过程具有重要影响,增加泄流槽深度,可明显提高泄流效率,但堰塞湖下游将承受更大的风险。对于同样深度的梯形泄流槽,如果将槽底部断面减小,形成复合梯形泄流槽,不仅可减少开挖工作量,而且没有明显降低泄流效率,同时后者的泄流过程更为平缓,最大洪峰流量减小,出现的时间滞后,堰塞湖下游承受的风险也将降低。     

多沙河流横断面调整及其对排洪和输沙能力的影响

多沙河流输沙能力的变化，突出地表现为河槽横断面的调整。黄河下游高含沙洪水过后，使游荡型河段河槽宽深比大幅度减少，从而提高了同流量的输沙能力，但因此使排洪能力大幅度下降。频繁出现的高含沙洪水异常高水位证明，断面缩窄比前期河床淤高对洪水位的影响更大。为了解决排洪与输沙的矛盾，建议排江与输沙分道，即尽可能地将高含沙水流徙用干流水库拦蓄，再用明渠向两岸高浓度输沙放淤，而河道只输送低含沙水流入海。     

王临段治理对淮干王家坝站行洪能力影响分析

淮河中游王家坝至临淮岗河段行洪不畅,无法满足设计泄洪能力要求,2020年淮河干流王临段治理工程全面开工建设。为评价现阶段淮河干流王临段治理工程对王家坝站行洪能力的影响,结合治理工程前后洪水实测资料,运用水文学方法,从河道过水断面、水位-流量关系以及洪量和洪峰比值三个方面进行了分析。结果表明：治理后濛河分洪道分洪过水能力增大,在一定程度上消减了淮河干流王家坝断面的洪量和洪峰流量,提高了淮干王家坝断面的行洪能力。     

天然河道一维非恒定流数学模型

天然河道水流计算中，洪水漫滩时横向流速分布极不均匀，直接用一维非恒定流方程进行模拟会产生较大误差，以前的处理方法其假定与实际差距较大，作者对此作了一些探索性研究，将横断面划分成若干个子断面，动量方程中的动量项取为各子断面动量之和，从而消除了横向流速分布不均匀的影响，并对渭河下游一次洪水过程进行了计算。