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峡谷河道水流结构及综合糙率分析

时间:2023-06-23 理论教育 版权反馈
【摘要】:实测资料表明,峡谷河道的综合糙率常比宽谷河道大1~3倍之巨。准确地预测峡谷河段的糙率,如三峡成库后的综合糙率,对于三峡水库的各种水力要素、泥沙冲淤和排沙的准确计算有着重要意义。目前还没有一种直接的办法求解峡谷河道的综合糙率,只能根据实测资料,利用水力半径分割法或能坡分割法按湿周分解和合成公式间接求解综合糙率。采用求得的nb、nW值,对其他无实测流速资料的水位,按湿周合成求解综合糙率n。

峡谷河道水流结构及综合糙率分析

多山地区的河道常常是床沙质较粗、床面相对稳定且糙率较大的峡谷河道。以长江三峡库区段为例,峡谷(B/h<30)河段约占全库区长度三分之一,其n值为0.04~0.08。实测资料表明,峡谷河道的综合糙率常比宽谷河道大1~3倍之巨(秦荣昱、王崇浩等1995)。准确地预测峡谷河段的糙率,如三峡成库后的综合糙率,对于三峡水库的各种水力要素、泥沙冲淤和排沙的准确计算有着重要意义。

(一)实测资料外推(内插)法间接求解综合糙率

在不同水位下,实测资料分析得到的综合糙率并不相同。目前还没有一种直接的办法求解峡谷河道的综合糙率,只能根据实测资料,利用水力半径分割法或能坡分割法按湿周分解和合成公式间接求解综合糙率。即由一定水位下的实测流速资料求得综合糙率n,并根据经验公式或假定首先确定底部糙率nb,然后按湿周分解出边壁糙率nw。采用求得的nb、nW值,对其他无实测流速资料的水位,按湿周合成求解综合糙率n。朱鹏程(1991)对求解峡谷河道的nb、nw和n值的几种方法作了评述。

另外,还可以根据某些河流的实测资料建立一定的nw经验关系,来描述这类河流岸壁阻力的变化。杨美卿、王桂仙(1995)分析了长江水利委员会水文局1974年在长江奉节—香溪河段进行的同时水位观测资料,认为相对比较顺直、河槽形态变化较小的河段,水流阻力仅为河床阻力与河岸阻力构成。利用大流量、高水位资料计算综合阻力,扣除河床阻力以后,便可以得到相应的河岸阻力及其阻力系数,再将它们与该河段的河道宽深比建立关系,如图3-25。可以看到,变化的规律性是十分明显的,随着宽深比B/R的增大,河岸糙率系数明显减小。这一关系可以表示为Manning系数nw和Darcy-Weisbach阻力系数fw与宽深比B/R的经验表达式

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图3-25 河岸糙率系数与河道宽深比的关系

长江其他河段的河岸阻力系数也可以用上述公式来粗略估计。

(二)卵砾石河床的床面糙率系数

一般认为,卵砾石河床不会出现沙波,沙波阻力的因素可以忽略,河床阻力可以只考虑沙粒阻力。但是,也不能排除卵砾石河床上出现卵石波的可能性,如在葛洲坝枢纽施工围堰内抽干江水时,曾经发现过江底的巨型卵石波。川江的某些卵石洲滩上,也曾观察到卵石堆积的波状起伏。目前关于卵石波方面的资料积累较少、缺乏研究,可暂不予考虑。当然,卵砾石河床在输沙强度很大时,颗粒运动所需要的切应力作用是不可忽视的,但目前尚难给出定量的估计(杨美卿,1999)。

对于宽谷河道,只需求出河床床面的Darcy-Weisbach阻力系数fb。它主要与床面的相对粗糙程度ks/R有关,一般可用对数型流速公式或Manning-Strickler公式表达为

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