第３０卷第１期 ２０１１年２月 红水河 ＨｏｎｇＳｈｕｉ Ｒｉｖｅｒ Ｖ０】．３０．Ｎｏ．１ Ｆｅｂ．２０１１ 复式断面漫滩水流滩槽分流比研究 李秀霞 （环境保护部南京环境科学研究所，江苏南京摘２１００４２） 要：在已有研究的基础上，定量分析了滩槽分流与水深比、糙率比、河宽比的相互关系，并根据分析结果，综合 考虑影响滩槽流量的主要因素和滩槽间的交互作用，构造了概化断面的滩槽流量比的计算结构式。最后采用滩、 槽分流比的实测资料对该式进行验证，结果表明，该公式计算的滩槽分流比与实测值较为接近，可供相关工作者参 考。 关键词：复式断面；分流比；河漫滩 中图分类号：ＴＶ１４３ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００１—４０８Ｘ（２０１１）０１—００３２—０３ １概述 复式断面大量存在于天然河道中，当来流量较 大时，水流溢出主槽形成漫滩水流，由于过水断面突 然展宽，各种水力要素发生突变，其变化规律与单一 河道断面相异，而且在滩和槽的交界处存在水流的 交互作用，水流结构异常复杂，远非单一断面河道的 水沙运动规律可以描述。近年来，随着经济快速增 长，人们对土地和水资源的需求逐步增多，并已着手 于滩地和水资源的利用规划。要做好规划，必然要 充分认识复式断面的水流特性，尤其是复式滩槽分 ２漫滩水流滩槽分流比模式的构造 ２．１滩槽分流比模式 滩槽分流比是指漫滩水流滩和槽的过流量所占 全断面过流量的百分比。不妨令： ｌ为河滩分流比， ２为主槽分流比，Ｑ１为滩的过流量，Ｑ２为槽的过 Ｑｌ＋Ｑ２＝Ｑ ｌ＋ ２＝１ １＝Ｑ１／Ｑ ２＝Ｑ２／Ｑ 流量，Ｑ为全断面的过流量，则有如下关系。 （１） （２） （３） （４） 流比的变化规律，为河道行洪断面的最优设计提供 科学依据，既满足防洪要求，又能最大限度地利用滩 地，在复式断面的研究中具有重要的地位。 漫滩水流的研究是河流动力学的传统课题之 一联立式（１）～（４）求解可以得到： ¨ ＱＱ１／Ｑ２＝ ｌ＋Ｑ２ Ｑ１ ／Ｑ２ １＋ （５） （６ ，受到国内外许多学者的关注，取得了一系列成 ２ １一 ｌ ７ 果。包括漫滩水流深度平均的水流运动方程ｌ１］，漫 滩水流动量修正系数的特性【２Ｊ，漫滩水流的水流泥 沙特性 ３，漫滩水流流速分布的研究【 ￣５］等等，然 只需要求出滩和槽的流量比（Ｑｌ／Ｑ２）就可以 得到滩槽分流比。 而，现有的漫滩水流滩槽分流比的研究较少，不利于 工程应用。本文在前人研究的基础上，对可能影响 滩槽分流比的水力要素进行比较分析，选取影响最 大的水力要素，采用实测资料构造滩槽分流比的计 算式。该公式简洁易行，且计算结果能反映实际情 ２．２滩槽流量比影响因素分析 恒定流的流量计算模式为 Ｑ＝ＵＡ＝ Ｊ ＢＨ （７） 式中Ａ——面积； Ｕ——断面平均流速； Ｂ——表示河宽； 况，可供有关设计者参考。 收稿日期：２０１０一ｏ６—２９；修回日期：２０１０—０８—１７ 基金项目：级公益性科研院所基本科研业务专项支撑项目（ＮＩＥＳ２００９） 作者简介：李秀霞（１９７９一），女，山东即墨人，博士，主要从事水沙环境研究。Ｅ—ｍａｉｌ：ｌｉｘｉｕｘｉａ．ｂｊ＠ｇｍａｉｌ．ｃｏｒｎ。 ３２ 一断面水深； Ｊ——能坡； Ｒ——水力半径； ７２——糙率。 由上式可知，影响断面流量的因素为Ｂ、Ｈ、，、 ，ｚ、Ｒ，通常天然河道断面宽浅，水力半径Ｒ近似等 于水深Ｈ，故可以不予考虑。 对于复式，由于滩槽间的水流、泥沙存在交互作 用，对水流结构产生影响，在复式滩槽流量的计算中 不可以忽略。综合考虑，影响滩槽流量的主要因素 为Ｂ、Ｈ、－，、 和滩槽间的交互作用（用 表示），可 以构造如下滩槽流量比的函数。 ＱＩＱ２ Ｈ２＝厂 Ｈ１’ ’ ７／１， ，一Ｂ２ ｒ／２，’ 皂）２ （８） 式中，脚标“１”均表示滩的水力要素，脚标“２”均表示 槽的水力要素，变量含义同前。 ｌ／ ２为无量纲参 数，反映滩槽问交互作用对滩槽流量比的影响，该量 目前尚无较好的计算方法，也难以通过数值方法来 确定，故采用张瑞瑾挟沙力公式推导中的处理办法， 在函数前面乘上系数ｋ，反映滩槽问交互作用对流 量比的影响，则公式（８）可简化为 ＝ （ ， ＢＩ， ） （９） 系数ｋ可以通过资料率定。 ３系数ｋ的确定 选取艾献【６ Ｊ中的买测贤料通过数据拟合来确 定系数ｋ，数据资料如表１所示，其中滩槽糙率相 同。表中Ｂ为河漫滩宽度，ｂ为主槽宽，Ｈ为主槽 水深，ｈ为河漫滩水深，Ｑ为流量。 根据（９）式的相互关系，可令 ＝ ，ｚ＝署宝 （篆） ，采用表１中的数据进行拟合，可得到拟合 后的关系式（如图１所示），即复式断面滩槽过流量 比： ＝０．０１３ｆ ｎｌ Ｂｌ ｆ堕ｋＨ２］闩 （１。） 将式（１０）代入式（５）和式（６）可得到滩槽分流 比，即 Ｑ ㈣３ｆ ．ｎｌ Ｂｌ（爱阿 露蔼 （】１） 李秀霞：复式断面漫滩水流滩槽分流比研究 表１不同条件滩槽流量值表【６】 Ｂ／ｂ （Ｈ—ｈ）／Ｈ （ＺＱ主 ） （ｚ／Ｑ全 ｓ） ２ ０．１０８ ４．９７ ５．２ ２ Ｏ．１９６ ５．７３ ６．４ ２ Ｏ．２４２ ６．３ ７．３ ２ Ｏ．３３ ７．５７ ９．４５ ２ ０．３９６ ８．７９ ｌ１．７ ２ ０．４９３ １１．８５ １７．１ ３ ０．１３１ ４．４１ ５ ３ ０．２０９ ５．２９ ６．７ ３ ０．２４７ ５．９７ ８．Ｏ５ ３ ０．３２２ ７．３４ １１．１５ ３ ０．３９２ ９．１３ １５．１５ ３ ０．４９１ １２．２７ ２３．４ ４ ０．１ｏ６ ４．２７ ４．９ ４ ０．２０５ ５．５３ ７．５ ４ ０．２５６ ５．７５ ９．１ ４ ０．３３５ ７．２４ １３．５ ４ ０．４０３ ８．５８ １８ ４ ０．５０６ ｌ１．８６ ２９．４ ０． ０１３曛ｆＬ —ｎ７＂／２１ ｆ／Ｊ￣２１菥、 ／－／２／ｒ 一 Ｊ ＋ １（１２） 式中 ｌ——河滩分流比； ２——主槽分流比。 ２．４ ２ １．６ １．２ ０．８ ０．４ Ｏ ０ ０．１ ０２ ０．３ ０．４ ０．５ 图１滩槽过流比关系图 ４公式的检验 为对公式做进一步的检验，采用文献［７］中的第 二断面的资料与公式的计算值进行比较。检验资料 ３３ 红水河２０１１年第１期 的基本参数为Ｂ１＝１６ Ｃ１ＴＩ，Ｂ２＝４８ ｃｍ，滩槽糙率均 为０．０１０５，滩与槽底的距离为８ ＣＴｎ。从图２可以看 流比计算式，并采用实验资料进行了检验，检验结果 表明，该计算式能反映实际滩槽分流比的变化规律， 可供相关工作者参考。 参考文献： ［１］Ｓｈｉｏｎｏ，Ｋ．，ａｎｄＫｎｉｇｈｔ，Ｄ．Ｗ．“Ｔｕｒｂｕｌｅｎｔ ｏｐｅｎ ｃｈａｎ一 出漫滩后的一段时间内主槽的分流量计算值偏小， 超过一定水深后主槽的分流比与实际情况越来越接 近，整体而言，该公式计算的滩槽分流比基本能反映 实际情况，能应用于工程实际。 图２主槽分流比验证图 拟［Ｊ］．太原理工大学学报．２０００，３１（１）：６０—６３． ［４］李、＾ 彪，胡旭跃，徐立军．复式断面滩槽流速分布研 ：年ｌ 匕 究综述［Ｊ］．水道港口，２００５，２６（４）：２２８—２３２． ［５］许唯临．复式河道漫滩水流计算方法研究［Ｊ］．水利 滩槽分流比是漫滩水流研究的重要内容，本文 对滩槽分流比的影响因素进行了分析，分析结果表 学报，２００２，（６）：２１—２６・ ［６］刘星，贺晓春・天然河道断面流速分布计算［Ｊ］・水 化趋势相同，与滩、槽糙率比的变化趋势相反。根据 各因素间的相互关系，本文建立了漫滩水流滩槽分 ：． ： 煮 ． 比 ７ 辜 ：（１…１）一：５ １ ～～… 一” ‘ ’．１ ２二９维－３流１．速分布及水力学计算 ． Ｓｔｕｄｙ ｏｎ Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ Ｄｉｖｅｒｓｉｏｎ Ｒａｔｉｏ ｏｆ Ｃｏｍｐｏｕｎｄ Ｃｈａｎｎｅｌ （Ｎａｎｊｉｎｇ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，Ｍｉｎｉｓｔｒｙ ｏｆ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ，Ｎａｎｊｉｎｇ ２１００４２） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｐｒｅｖｉｏｕｓ ｒｅｓｅａｒｃｈｅｓ。ｔｈｅ ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ ｂｅｔｗｅｅｎ ｄｉｓｃｈａｒｇｅ ｄｉｖｅｒｓｉｏｎ ｒａｔｉｏ ｏｆ ｃｏｍｐｏｕｎｄ ｃｈａｎｎｅｌ ｌｆｏｗｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｉｎｇ ｆａｃｔｏｒｓ ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｗａｔｅｒ ｄｅｐｔｈ，ｒｉｖｅｒ ｒｏｕｇｈｎｅｓｓ ａｎｄ ｃｈａｎｎｅｌ ｗｉｄｔｈ ｒｅ ａｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅｌｙ ａｎ— ａｌｙｚｅｄ ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ ｓｈａｌｌｏｗ ｗａｔｅｒ ｈｙｄｒｏｄｙｎａｍｉｃ ｍｏｄｅ１．Ｔａｋｉｎｇ ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｉｎｇ ｆａｃｔｏｒｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ ｂｅ— ｔｗｅｅｎ ｆｌｏｏｄｐｌａｉｎｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｍａｉｎ ｃｈａｎｎｅｌ ｉｎｔｏ ａｃｃｏｕｎｔ，ｔｈｅ ａｒｔｉｃｌｅ ｐｒｏｐｏｓｅｓ ａ ｎｅｗ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｄｉｓｃｈａｒｇｅ ｄｉｖｅｒｓｉｏｎ ｒａｔｉｏ ｉｎ ｃｏｍｐｏｕｎｄ ｃｈａｎｎｅ１．Ｉｎ ｔｈｅ ｅｎｄ，ｔｈｅ ｆｏｒｍｕｌａ ｉＳ ｖｅｒｉｆｉｅｄ ｂｙ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｄａｔｕｍ，ａｎｄ ｔｈｅ ｃａｌｅｕ— ｌａｔｅｄ ｒｓｕｌｅｔｓ Ｗｅｌ１ ａｇｒｅｅ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｍｅａｓｕｒｅｄ ｄａｔｕｍ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｃｏｍｐｏｕｎｄ ｃｈａｎｎｅｌ：ｄｉｓｃｈａｒｇｅ ｄｉｖｅｒｓｉｏｎ ｒａｔｉｏ；ｆｌｏｏｄｐｌａｉｎ （上接第１８页） Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ３Ｄ Ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ Ｍｏｄｅｌｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｔｏ Ｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒ Ｐｒｏｊ ｅｃｔｓ ＷＡＮＧ Ｃｈａｎｇ—ｈａｉ （Ｇｕａｎｇｘｉ Ｅｌｃｔｅｒｉｃ Ｐｏｗｅｒ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ Ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｎａｎｎｉｎｇ ５３００２３） Ａｂｓｔａｃｔ：Ｔｈｅ ｒ３Ｄ ｍｏｄｅｌ ｉｓ ｏｎｅ ｏｆ ｔｈｅ ｍｏｓｔ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｍｅｔｈｏｄｓ ｔｈａｔ ｄｅｓｃｒｉｅ ｂｇｅｏｌｏｇｉａｌｃ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｏｆ ｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ．Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｃｌａｓｓｉｆｉａｔｉｃｏｎ ｏｆ ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ ｏｂｉｅｃｔｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｆ ３Ｄ ｍｏｄｅｌｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ，３Ｄ ｇｅｏ— ｌｏｇｉｃａｌ ｍｏｄｅｌｉｇ ｔｎｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｉｓ ｓｔｕｄｉｅｄ ｉｎ ｔｅｒｍｓ ｏｆ ｍｏｄｅｌｉｇ ｆｕｎｃｔｎｉｏｎ，ｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎ ａｎｄ ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ａｎａｌｙｓｉｓ，ａｎｄ ｉｓ ｐｕｔ ｉｎｔｏ ｕｓｅ ｉｎ Ｙａｎｔａｎ，Ｗａｎｊｉａｋｏｕｚｉ ａｎｄ Ｘｉａｏｗａｎ ｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒ ｐｒｏｊｅｃｔｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：３Ｄ ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ ｍｏｄｅｌｉｎｇ；ｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒ ｐ ｅｃｔｓ；ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ３４
