[发明专利]渐变流流态下河道糙率的获取方法

说明书

本发明实施例提供一种渐变流流态下河道糙率的获取方法，包括：根据目标河段的蜿蜒情况和河床包含阻水障碍物的情况，确定目标河段的类型；根据目标河段的类型，获取目标河段糙率的各分量和辅助系数；根据目标河段糙率的各分量和辅助系数，获取目标河段的糙率。本发明实施例提供的渐变流流态下河道糙率的获取方法，根据目标河段的蜿蜒情况和河床包含阻水障碍物的情况，确定目标河段的类型，根据目标河段的类型、该类型河道的水流阻力构成和力学平衡原理，获取目标河段的糙率，能提高获取的渐变流流态下河道糙率的精度。进一步地，由于减少了水力计算中繁重的水力试算工作，获取渐变流流态下河道糙率的步骤更简单、效率更高、耗时更短。

技术领域

本发明涉及水利技术领域，更具体地，涉及一种渐变流流态下河道糙率的获取方法。

背景技术

著名的曼宁公式在水利工程领域的应用非常广泛。曼宁公式为V＝(1/n)R^2/3S^1/2，其中，V为断面平均流速，R为水力半径，S为渠底坡度，n为糙率。

糙率，又称曼宁系数、糙度系数，是河道断面的粗糙程度和边壁形状不规则的综合表征，也是反映对水流阻力影响的综合参数。

曼宁公式的基础是明渠水流表现为恒定均匀流状态，在水力计算中常将自然明渠流中较为接近均匀流状态的水流近似为均匀流，比如大江大河等宽浅缓坡河流、河底及岸坡比较简单的河流等。但天然河流蜿蜒曲折、断面形态多变、河底不均匀等均会造成沿程水深、流速的持续变化，道水流很难保持均匀流流流态。因而在流量较为稳定的情况下，渐变流才是天然河道水流的常见形态，不能直接用水面坡度代入曼宁公式进行水力计算，而需要进一步考虑沿程和局部水头损失所造成的影响。

现有的曼宁公式或曼宁系数的修正公式或改进公式，由于经验性太强而适用范围较窄、无法广泛应用，或者是公式所涉及的参数获取难度较大。各类水力学书籍及水力手册中刊有根据长期工程实践经验和实验资料制成的n值表，可供确定糙率时参考。但由于曼宁公式是基于明渠恒定均匀流的，其出发点为流体微元的重力分量F_G与河道阻力F_B之间的力学平衡。复杂河道中，阻水障碍物提供了额外的水流阻力F_V，与此同时，水流状态也将随之改变。增加渐变流条件，则流体微元在运动中将产生加速力项F_A，从而使其力学平衡条件改变为F_G＝F_B+F_V+F_A，而直接采用传统曼宁公式进行计算则忽略了其中的阻水障碍物阻力项和加速力项，查表所获得的曼宁系数值也必然有所偏差。即使通过大量的实验获取不同河床条件+阻水障碍物复合条件下的曼宁系数经验值，形成更为完善的曼宁系数表，也无法解决加速力项被忽略的问题，造成当前水力计算需要进行大量的水力试算工作来选择合适的曼宁系数值。目前，是按照河床情况查表获取一个糙率的基准值，再经过大量的进行水利试算与测量水位相匹配进行率定，最终确定目标河段的糙率。

因此，现有技术获取的渐变流流态下河道糙率精度不足，适用性也不强，由于水力试算工作非常繁重，导致糙率的获取步骤也比较复杂、耗时较长，导致基于曼宁公式的各种水利计算结果的误差较大。

发明内容

本发明实施例提供一种渐变流流态下河道糙率的获取方法，用以解决或者至少部分地解决现有技术存在的获取的渐变流流态下河道糙率精度不足的缺陷。

本发明实施例提供一种渐变流流态下河道糙率的获取方法，包括：

根据目标河段的蜿蜒情况和河床包含阻水障碍物的情况，确定所述目标河段的类型；

根据所述目标河段的类型，获取所述目标河段糙率的各分量和辅助系数；

根据所述目标河段糙率的各分量和辅助系数，获取所述目标河段的糙率。

优选地，所述根据所述目标河段的类型，获取所述目标河段糙率的各分量和辅助系数的具体步骤包括：