[发明专利]一种矩形断面明渠水力最优断面设计方法

权利要求书

1.一种矩形断面明渠水力最优断面设计方法，其特征在于，利用迭代法采用计算机程序进行计算，采用以下步骤：

S1：根据研究渠道的来水来沙条件以及推移质级配分布，确定渠道内实际的水流流量Q，断面输沙率Q_s和床沙中值粒径d₅₀；

S2：确定假定的渠道平均宽度B；

S3：确定假定的渠道平均水深H；

S4：根据渠道断面的几何形态关系求解水力半径R，计算公式如下：

R＝BH/(B+2H) (1)

S5：根据水流连续方程求解平均流速U，计算公式如下：

U＝Q/(BH) (2)

S6：在公式(3)中输入假定的与沙粒阻力对应的水力半径R′，求解水面比降S：

S7：求解与沙粒阻力对应的无量纲剪切应力Θ′，并判断其值是否满足1Θ′0.06，若不满足，返回步骤S6；若满足，则进入步骤S8，Θ′的计算公式如下：

其中，γ_s与γ分别为泥沙颗粒与水的容重，取值为2650kg/m³和1000kg/m³；

S8：根据步骤S7求解得到的Θ′，判断其值与0.55的相对大小，然后根据公式(5)，求解床面上总的无量纲剪切应力Θ，Θ的计算公式如下：

S9：根据步骤S8中求解得到的Θ计算水力半径R″，判断其是否等于R，若不相等，返回步骤S6；若相等，则进入步骤S10；R″的计算公式如下：

S10：根据Meyer-Petter和Müller输沙率公式计算推移质输沙率Q′_s，并判断其是否等于Q_s，若不相等，返回步骤S3；若相等，则进入步骤11，Meyer-Petter和Müller输沙率公式如下：

S11：输出B、K、H、λ；其中，断面宽深比λ、流量模数K的计算公式分别如下：

λ＝B/H (8)

S12：重复步骤S2～S11，得到特定来水来沙条件以及推移质级配分布条件下的一系列B、K、H、λ；

S13：找出步骤S12中输出的流量模数K的最大值K_max，以及与K_max对应的B₀、H₀、λ₀；B₀、H₀、λ₀即为在特定来水来沙条件以及推移质级配分布条件下水力最优断面的水面平均宽度、平均水深和断面宽深比。

2.根据权利要求1所述的矩形断面明渠水力最优断面设计方法，其特征在于，所述步骤S2和S3中的B和H取值范围为10^-1m～10³m，迭代计算过程中二者均以10^-2m为增量从最小值10^-1m开始取值计算。

3.根据权利要求1所述的矩形断面明渠水力最优断面设计方法，其特征在于，所述步骤S6中的R′取值范围为10^-3m～10³m，迭代计算过程中以10^-4m为增量从最小值10^-3m开始取值计算。