库区河道非恒定流糙率的选取及特性

在对某水库库区河道进行一维明渠非恒定流计算的基础上 ,给出了在这种库区河道选取糙率的方法 ,并对计算中所使用的糙率特性进行了探讨 .其糙率特性分析表明 ,库区河道糙率存在着与天然河道糙率不同的特点     

明渠断面尺寸设计的迭代计算

本文针对明渠断面尺寸设计中通常采用的试算法所存在的缺点，提出了迭代计算方法，导出了相应的迭代公式，并从数学上证明了迭代公式的收敛性。通过实际计算可知，采用本文导出的迭代公式进行明渠断面尺寸的设计计算，能够减少计算工作量，提高计算精度，从而为工程设计提供了有效的计算方法。     

曼宁公式在宽浅型河流中的应用

河流的非稳定流解析中经常采用曼宁公式来计算阻力项，但对宽浅型河流直接用曼宁公式将得出不合理的结果．本文对计算方法以及湿周、糙率等计算加以改进，使古老的曼宁公式拓展了应用范围。     

矩形明渠跌水量水试验研究（研究生论坛稿件）

明渠设置跌坎后形成自由跌落水流,其跌坎水深与明渠临界水深之比近似为一定值,即EDR(end-depth/critical-depth),利用这一关系可实现明渠流量的计量。EDR值与明渠的底坡和糙率系数有关。本文结合工程实际,利用模型试验对渠道底坡和糙率对EDR的影响进行了研究,并同国外的研究成果进行了比较。试验结果表明：随着坡度的增加,EDR逐渐减小;随着糙率的增加,EDR逐渐增大;试验数据资料表现出极好的相关性,相关系数为0.9830;根据本试验结果并结合国外试验结果,提出了矩形明渠测流的经验公式,流量计算平均相对误差小于1.35%。     

窄深矩形断面明渠流速分布的研究

建立了一个三维紊流数学模型,对实际灌区中的窄深矩形断面明渠水流的流速分布进行了数值模拟.计算结果与实测结果符合得较好,表明数学模型及参数是合理可靠的. 运用该模型,对2种底坡、2种糙率以及3种宽深比组合情况下的窄深矩形断面明渠水流的流速分布进行了数值模拟,得出了窄深矩形断面明渠垂线流速分布律和垂线平均流速横向分布律,并应用实测资料验证了上述流速分布律. 结果表明,在明渠底部内区流速分布能很好地符合对数分布律,但在明渠外区流速分布则符合抛物线分布,垂线平均流速沿横向的分布接近于幂函数分布,给出的断面流速分布经验公式具有很好的精度.     

基于跌坎压力自相似分布的明渠水深-流量关系推求

明渠流量计量是高效灌溉、合理分配水资源和进行用水有效管理的重要手段。跌水是常见的明渠水流上下游衔接的水利设施。当跌落水流不受跌坎下游水流影响时形成自由跌流，可用于明渠流量的精确计量。受自由跌流影响，跌坎断面水流由缓流向急流转变，压力分布显著偏离静水压力分布规律。而获得跌坎压力分布及其准确描述方程则正是明渠自由跌流流量公式推求的关键，其准确与否决定了利用跌流进行流量计量的精度。本文首先通过模型试验和数值计算对矩形明渠自由跌流的断面压力分布特征进行研究，而后利用理论推导建立了明渠跌流的水深-流量关系公式。研究发现明渠跌水跌坎断面压力呈典型自相似分布规律，其无量纲压力值分布倾向于一条曲线，压力最大值为0.238 he (跌坎水深），出现在竖向距跌坎0.209 he水深处，并且压力自相似分布规律与明渠流量、渠道底坡和边壁糙率无关。在此基础上，结合幂函数和尾迹函数提出了描述跌坎断面压力分布的函数方程，并给出了最大压力和最大压力位置的计算公式，然后根据动量方程和流量连续方程推求了明渠自由跌流的流量计算公式。最后，对本文和其他研究者提出的流量计算公式采用试验数据进行了对比分析，结果表明本文提出的流量公式在明渠底坡Q = 5~100 L/s, S = -0.0112~0.0534, n = 0.093~0.0193的研究范围内，具有更高的精度和适用性，计算误差在±5%之内，可适用于该流量、底坡和边壁糙率范围内矩形明渠自由跌流的流量精确计算。本文研究结果对于利用自由跌流进行明渠流量计量提供了理论与技术支撑，具有重要的工程应用价值。     

现有动床阻力计算公式验证与比较

以64组室内水槽试验资料和1 000多组黄河下游河道实测水沙资料为依据,首先对Van Rijn、张红武及秦荣昱提出的动床阻力公式进行评价,同时采用数理统计方法中偏差比R、几何标准差AGD、均方根RMS对这些公式的计算精度进行比较.计算结果表明:对于河道资料,张红武公式的计算精度最高;对于水槽资料,Van Rijn公式的计算精度最高.然后利用实测资料对糙率系数n的影响因素做了进一步分析.分析表明糙率系数随弗劳德数的增大而减小,并拟合得到两者的对数型关系式,该式对黄河下游及水槽床面糙率的预测具有较高的精度.     

梯形断面明渠流速分布的研究

为研究梯形断面明渠的流速分布律,应用经过实测资料验证的三维紊流数学模型,对12种不同底坡、不同糙率以及不同宽深比组合情况下的梯形断面明渠水流流速分布进行了数值仿真.结果表明,在明渠底部内区流速分布能很好地符合对数分布,但在明渠外区流速分布更符合乘幂函数分布,等效线平均流速沿横向的分布接近于乘幂函数分布.通过最小二乘拟合,得到了梯形断面明渠垂线流速分布律和等效线平均流速横向分布律.按流速分布律计算的流速值与实测值吻合较好,表明所给出的断面流速分布律是合理可靠的,可应用于梯形断面明渠流量的精确测量.     

基于数值模拟的矩形明渠床面切应力分析

河道流动受边界切应力影响,边界切应力过大会造成河岸被侵蚀,降低河岸的稳定性,并通过影响泥沙的沉积和搬运,引起河流形态变化。探究河流边界切应力,就是在河流中水流流动状态、结构特性等问题。由于河流中影响边界切应力的因素多且复杂,本文去掉各种不确定的因素,通过数值软件建立一个二维矩形直道明渠流动模型,运用相似理论中的重力相似准则对矩形直道明渠模型进行缩尺,首先将5种比尺的均匀流直道模型的流动进行数值模拟。由于该5个直道明渠模型模拟结果统一出来的水位流量关系与曼宁公式推导出的水位流量关系高度一致,因此可以表明该模型模拟出来的参数是真实可靠的。针对非均匀流的情况,本文通过欠均匀流和超均匀流的概念,对9组直道模型非均匀流进行数值模拟,通过非均匀流的受力分析推导出通用的床面切应力公式。该公式表明无论矩形明渠的流动是否为均匀流,都可通过水深h、流速u、曼宁糙率系数n三个参数求出床面切应力。     

明渠非恒定流控制方程的求解与应用

本文从物质不灭定律出发导出了明渠非恒定流的连续性方程．把动量变化率和作用于质量的力联系起来，导出了明渠非恒定流的动量方程．对这些很难求解的联立拟线性方程，文中作了一些探讨，在某些条件下，给出了方程的解，并在实测中加以应用．     

冰盖流阻力与综合Manning糙率

给出了冰盖流分析的数学表述 ,考察了阻力项中的Manning糙率 .给出了完全封冻和不完全封冻冰盖流综合糙率的一般计算公式 .当冰盖比 f =1(完全封冻 )时化为Sabaneev公式 ,当 f =0 (完全明流 )时退化为床面糙率 .在长 32m、宽 0 .5m玻璃水槽中进行了实验验证 .利用ADV测流技术实测流速剖面 ,分析壁面切应力流速和分区平均流速以率定不同的壁面糙率 .计算综合糙率与实测值符合很好     

明渠糙率对水深和流速影响的概率分析

本文从糙率的随机性质出发,以典型的二度明渠均匀流为对象,对水深和流速的随机变化进行研究。给出了水深和流速的概率、数学期望和方差,从而改进了传统的确定性认识和水力计算,可供实际应用。文末举出了算例。     

汊道糙率计算中非封闭问题的处理方法

本文首先将能量方程归纳为简单的形式，针对由于缺乏实测资料而使计算叉道糙率的方程组不封闭、无法获得其解的实际情况．提出阻力最小原理，导出补充方程，使方程组得以封闭。     

复式断面明渠的速度比和流量比

采用量纲分析方法得到了复式断面渠道中主槽和滩地间表观切应力的基本形式,基于Wormleaton等的实测资料,运用回归分析的方法得出了表观切应力中动量传输系数的计算式.动量传输系数中考虑了滩地与主槽水深比hr、宽度比br等因素的作用,进而采用力的平衡原理,导出了主槽与滩地的流速比与流量比的计算公式,该公式反映了动量传输系数以及主槽的糙率nc和滩地糙率nf等对流速、流量的影响.计算结果与实验室内的试验值以及天然河道的实测值吻合良好.     

冰期流速系数分析

本文论证了冰期岸边流速系数α＝０．７是合理的。根据有冰盖情况下垂线流速分市公式，证明了半深流速系数和冰底糙率与河床糙率比有关，并给出半深系数的近似值，可供无资料情况下使用。     

矩形断面明渠流速分布特性的试验研究

通过对明渠流速的水槽试验研究,建立了矩形断面明渠沿垂线流速的抛物线分布公式和横向平均流速的乘幂函数分布公式,同时给出了相关系数的确定方法.采用不同渠道流速资料进行验证,表明所提出的明渠流速分布律与实际分布一致,对应测点流速相对误差较小,可以满足明渠流速分布及流量计算精度要求.     

矩形明渠流速分布规律及流量自动化量测方法

通过对明渠流速的水槽试验研究,建立了矩形断面明渠沿垂线流速的抛物线分布公式和横向平均流速的乘幂函数分布公式,给出了相关系数的确定方法.采用实际渠道流速资料进行验证,结果表明所提出的明渠流速分布律与实际分布一致,对应测点流速相对误差较小,可以满足明渠流速分布及流量计算精度要求.     

明渠均匀流垂线流速分布规律研究

针对现有明渠均匀流对数流速分布公式和指数流速分布公式存在的问题,根据明渠均匀流切应力与速度梯度的关系,推导出了一个新的流速分布公式.该公式在渠底和水面都与理论分析、实际情况相符.新的流速分布公式较现有对数流速分布公式和指数流速分布公式在理论上更加完善,更加合理.实验资料验证表明,新公式可以较好地反映实际流速分布规律.     

封冻河流阻力研究现况

全面总结了冰盖流阻力研究的进展 .总结了国内外对冰盖流阻力、流速分布、综合糙率、测流方法的研究现况 ,评述了现有的综合糙率公式 ,建议了能兼容完全封冻和不完全封冻的一般公式 ,并相应建立了冰盖流和明流间的自动比拟关系 ,建议了今后的研究方向     

虚功率原理求解各向异性和非均质地基的极限荷载

针对虚位移原理的局限性 ,提出了适用于各向异性非均质地基的虚功率原理的新概念 ,结合变分原理导出了确定地基极限荷载的基本公式