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(资料)3EWATER之糙率系数的影响因素

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[LV.6]工程师

发表于 2017-7-10 16:38:34 | 显示全部楼层 |阅读模式
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CJK3D-WEM免费发布
本帖最后由 三易 于 2017-7-10 16:38 编辑

在之前的文章中,我们介绍了3EWATER中关于底部粗糙度的选择。根据《水文测验试行规范》和《水文测验手册》的规定,《中华人民共和国水文年鉴》中涉及到的河道糙率值均为曼宁公式求得。



河道糙率是河床表面粗糙程度物理性指标,其构成因素河床质的组成和结构、河道断面的形态和变化、岸坡特征和植被以及水流的平面变化情况等,限于经济技术水平和条件,目前还无法对这些构成因素进行定量分析。
在系统地进行糙率研究时,只能是根据调查和实测到的水文资料进行定性描述,比如河床质的大小和多少、河道断面的形态(窄深或宽浅型)和变化(顺直、上宽下窄或上窄下宽)、岸坡特征和植被(低灌或高杆农作物)等尽量地使用数字进行文字性描述。
(1)        河床组成、岸壁特征
河床中的泥沙、卵石、原生岩石等组成物的构成及粒径,河床岸壁的表面平整或凹凸情况,构成河床和岸壁的表面粗糙度。此外,岸坡的陡峻、倾斜程度,中、低水深时有无边滩,都会引起湿周的变化,从而产生各种组合情况下对水流不同程度的阻力影响因素。

图1岩石构成的河床
(2)        植被状况
主要指河床岸壁及岸滩植被的有无以及种类、密度、高度、季节或年际变化等。

图2河床及岸壁的水草
(3)        河段平面特征及水流情况
如河段顺直或弯曲程度,平面扩散、收缩形态,上下游有无卡口、急滩、闸坝、桥梁、支流汇入,岸边水流是否畅通或有无漩涡、死水等。

图3弯曲的河道
(4)        河道宽深比
河道宽深比实际上是河道断面的一个形态系数。宽深比大,则说明河道呈现为宽浅型;宽深比小,则说明河道呈现为窄深型。一般意义上讲,宽浅型河道因河床底部河床质对水流的阻力作用相对较大,而糙率值也大;窄深型河道因水流所遇阻力小,而糙率值也小。

图4宽浅河道

图5窄深河道
由于天然河道的复杂性,无法通过影响因素对糙率进行定量分析。因此通用的方法是根据实测水文资料综合分析糙率取值及其变化情况。
糙率值的变化受到上述诸多因素的影响,而这些因素的变化情况,不但不同特性的河流不同,即使是同一条河流的上、下游各处,乃至同一河段的各级水深时也是不一样的。因此,各个具体河段糙率的大小及其变化,决定于上述诸因素综合作用的结果。
因此,糙率随水深变化的h-n关系曲线,实际反映了某一河段各级水深时上述4项因素综合影响的结果。在某一级水深变幅,如果这种综合作用的影响逐渐地增大了对水流的阻力,则糙率n值也增大,反之则减小。
一般来说,低水深时随着水深的减小,河床底部相对粗糙度和湿周的影响越大,所以糙率增大;随着水深的增加,床面影响逐渐减小,岸壁影响增大。如果岸壁相对平整、规则,且植被稀疏,河岸线顺直(天然岩石或人工浆),河床和岸壁的综合影响对整个水流的阻力相对减小,则糙率随水深的增大而减小;如果岸坡凹凸度大,坎坷不平,岸边线不顺直,而且随水深的增加越加显著,或是随着水深的增加有了植被影响,如树林、高杆农作物,而且密度渐增等等,则低水深以上可能出现糙率增大的情况。
受上述原因影响,在研究某一河道的水动力场之前,往往无法准确获取该河道的粗糙系数及其变化规律,因此可以首先根据河道河床质组成、岸壁特征、植被状况、水流状况、河道宽深比等特点进行大致分类,参考相关资料初步确定粗糙系数并将该值赋予整个研究区域。
然后分析初步计算的水动力场,从水位,流速大小、方向等方面与实测值进行比对,调整粗糙系数进行再次计算。必要时可对河道不同区域赋予不同的粗糙系数。如此反复调整,最终得出一套适合于该河道的粗糙度参数以及水动力模型。

参考文献:赵庆奎.河道糙率的影响因素分析[J].地下水,2011,33(1):176-177.

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