[发明专利]一种基于恒定非均匀流的河道曼宁糙率的测定方法

摘要

本发明涉及一种基于恒定非均匀流的河道曼宁糙率的测定方法，所述方法的步骤如下：设定约束条件；计算控制体沿流向的重力分量；计算控制体上下游过水断面所受动水作用力；计算过水断面湿周；计算综合阻力；建立动量方程；解出综合曼宁糙率。本发明通过理论分析提出的恒定非均匀流条件下天然河道综合曼宁糙率测定方法，全面考虑了水流所受的各项阻力，如河道床面边界阻力和植物附加阻力，充分考虑了天然河道水流的非均匀流特性，使得测定结果更符合真实情况，根据这种理论所计算出的曼宁糙率系数更加精确，更加符合实际设计的需要。

主权项

1.一种基于恒定非均匀流的河道曼宁糙率的计算方法，其特征在于，所述方法的步骤如下：设定约束条件的步骤：用于设定一段生长柔性水生植物的矩形渠道，沿流向取两个过水断面之间长度为L的水体为控制体，建立直角坐标系，x为沿流向方向，y为横向，z为铅垂方向，沿x方向满足动量定理，动量公式为：P1+FG‑FVad‑F0‑P2＝ρQ(U2‑U1)式中：P1为控制体上游过水断面所受动水作用力、P2为控制体下游过水断面所受动水作用力、FG为控制体所受重力沿x方向的分量、FVad为控制体所受的植物附加阻力、F0为无植物时原河床阻力、ρ为水体密度、Q为流量、U1为控制体上游过水断面的流速、U2为控制体下游过水断面的流速；计算控制体沿流向的重力分量的步骤：用于通过公式：计算控制水体所受重力沿流向x的分量FG，式中：i为水槽底坡、B为水槽水面宽度、L为控制体长度、VV为单株植物的排开水体的体积、M为单位面积内植物株数、h1为控制体上游过水断面的水深、h2为控制体下游过水断面的水深、g为重力加速度；计算控制体上下游过水断面所受动水作用力的步骤：用于使用公式：按静水压力分布分别计算上下游过水断面所受动水作用力P1和P2；计算过水断面湿周的步骤：用于通过公式：χ＝B+2h计算过水断面湿周，其中：χ为平均过水断面湿周、h为控制体的平均水深；计算综合阻力的步骤：用于利用公式：FV＝τVχL控制体所受植物及原水槽影响的综合阻力FV，式中：τV为水槽内水生植物及原水槽边界引起的综合剪应力；建立动量方程的步骤：用于将FV＝τVχL，带入动量公式，即得动量方程：解出综合曼宁糙率的步骤：用于联立公式：τV＝ρgRJ求解上述联立公式，可得：式中，nV为基于恒定非均匀流条件得到的水槽综合曼宁糙率、τV为水槽内水生植物及原水槽边界引起的综合剪应力、g为重力加速度、R为控制体的平均水力半径、U为控制体的平均流速。