普通城门洞形断面临界水深的近似计算法

建立普通城门洞形断面临界水深的简捷计算方法。【方法】针对目前普通城门洞形过水断面临界水深计算过程繁琐、误差较大,且依赖图表、不便应用的现状,应用数学变换及逐步优化拟合原理,提出普通城门洞断面临界水深的计算公式,并采用实例对公式进行验证。【结果】得到了城门洞形断面临界水深的近似计算式,实例计算及误差分析结果表明,在工程实用范围内(临界水深与拱顶半径之比为1.13～1.85),所建立的公式最大相对误差仅为0.33%。【结论】所建立的公式物理概念清晰明确、形式简捷,为工程设计及水工设计手册的编制提供了有益参考

Direct calculation of critical depth of horseshoe section tunnel

马蹄形过水断面是无压隧洞较常采用的断面形式之一,水力计算中临界水深的求解无显函数公式,传统的试算法或查图法不仅计算过程繁琐复杂,而且计算精度不高。该文通过对马蹄形断面临界流方程的数学变换,并对本文引入的无量纲参数与相对临界水深的关系分析及数值计算,应用逐步优化拟合原理,得到标准Ⅰ、Ⅱ型马蹄形断面临界水深的直接计算式。实例计算及误差分析表明:在工程实用范围内该公式最大相对误差仅为0.8%,且该式物理概念清晰明确、公式形式简捷,为工程设计及水工设计手册的编制提供有益的参考

Approximate Method Calculating Normal Depth of Arched-gate Section Tunnel

普通城门洞形过水断面是泄洪隧洞较常采用的断面形式之一,其几何图形由槽形与圆弧曲线构成,过水断面水力要素为分段函数,正常水深的计算无论是查图表法还是迭代试算法都比较繁琐,计算误差较大,且依赖图表,不便于应用。为此,通过城门洞形断面均匀流方程的数学变换,并对引入的无量纲参数与相对临界水深的关系进行分析及计算,应用逐步优化拟合原理进行分段拟和,得到了城门洞形断面均匀流水深的直接计算式。实例计算及误差分析表明:在工程实用范围内(正常水深与拱顶半径之比在1.00到1.80之间),该公式最大相对误差仅为0.40%,且该式物理概念清晰明确、公式形式简捷,能为工程设计及水工设计手册的编制提供有益的参考

植被缓流效果试验研究

为深入研究植被减流减沙特征及对流域水土保持效益的影响，本文通过5 个覆盖度，6 个坡度和7 个流 量的组合条件下的室内放水试验，系统研究了植被对坡面水流的缓流特征。结果表明: 随着植被覆盖度增加， 植被对坡面水流的阻滞作用逐渐凸显，即缓流系数减小，缓流效果增强，当植被覆盖度大于4. 650% 时，缓流 效果趋于稳定。在试验流量范围内，缓流系数随流量的增加呈现逐渐减少的趋势，而随坡度的增加略有增加。 缓流系数随水深和雷诺数增加而减小，而与弗劳德数呈反C 型分布。最后，建立了基于试验控制变量( 植被 覆盖度，流量和坡度) 的缓流系数预测公式。</p

坡面植被水流水动力学特性研究

本实验为人工水草模拟植被覆盖条件下的坡面流水动力学特性研究，以水力学和流体力学基本理论为依 据，通过室内定床阻力模拟放水实验，定量的研究了植被覆盖度为9.3%（2500 簇/m2）的工况下，不同坡度和流 量组合对植被水流各水动力学参数的影响。结果表明：坡面植被水流平均流速随坡度和流量的增大呈递增趋势， 可用线性函数或幂函数关系模拟，且线性关系优于幂函数关系；植被坡面流平均水深与流量和坡度之间也存在着 显著的线性关系和幂函数关系；植被坡面流的佛汝德数随流量的增加而减小、随坡度的增加而增大，并呈现出一 定的幂函数关系，但佛汝德数主要受坡度的控制，流量对佛汝德数的影响很小；阻力系数随雷诺数的变化规律呈 单驼峰形式，本实验条件下，在雷诺数为1500 ~ 2000 时达到最大值，当雷诺数大于2000 时，随雷诺数的增加阻 力系数反而减小，最后逐渐趋于稳定，可见两者之间并非呈简单的递增或递减关系。</p

Experimental study on hydro-dynamic mechanism of sheet erosion

片蚀是坡面侵蚀演变的初始形态,揭示片蚀动力学机理,找出与片蚀关系最密切的水动力学参数对有效防治片蚀具有重要意义。该文采用人工模拟降雨方法,对黄土坡面片蚀过程动力学机理进行了研究,结果表明:1)一次降雨过程的黄土坡面片蚀模数对水动力学参数平均值响应关系的相关系数大小顺序为平均断面单位能量&gt;平均水流功率&gt;平均单位水流功率&gt;平均水流切应力;2)降雨过程中黄土坡面片蚀率对水动力学参数瞬时值响应关系的相关系数大小顺序是断面单位能量&gt;水流功率&gt;单位水流功率&gt;水流切应力;3)水流断面单位能量是与试验条件下黄土坡面片蚀动力学过程关系最密切的水动力学指标,是描述试验条件下片蚀动力学过程最好的动力学参数。试验条件下黄土坡面片蚀动力学过程的发生发展根源于坡面片蚀中水流断面单位能量的动力作用</span

黄土坡面细沟流土壤侵蚀机理研究

细沟侵蚀是黄土坡面最主要的侵蚀方式之一，土壤剥离过程是细沟侵蚀中的重要环节。采用6 种坡度( 2&deg;、 4&deg;、6&deg;、8&deg;、10&deg;、12&deg;) 、5 种流量( 8、16、24、32、40 L/min) 组合冲刷试验，系统研究了黄土坡面细沟流土壤剥蚀率与水 动力学和床面形态的耦合关系。结果表明: 土壤剥蚀率与流量、坡度均呈幂函数增加关系，且坡度对土壤剥蚀率的 影响更大; 不同类型土壤无量纲剥蚀率与无量纲流速之间存在分区现象，表明土壤侵蚀受到除泥沙粒径外其他因 素的影响; 不同类型土壤无量纲剥蚀率与无量纲切应力双对数函数呈线性增加关系，且不存在分区; 不同类型土壤 无量纲剥蚀率与无量纲单位水流功率存在分区; 土壤剥蚀率随跌坑发育系数的增加呈幂函数增加趋势，而土壤剥 蚀率随L /H 增加呈幂函数减小趋势，说明床面形态越加复杂、跌坑发育越加成熟，土壤侵蚀就越剧烈。研究结果对 细沟水流侵蚀机理的探究具有一定的理论价值，对黄土坡面水土流失治理及生态修复均具有一定的指导意义。</p

降雨和坡度对坡面水流阻力规律影响研究

为探明降雨条件下坡面薄层水流阻力特性，分析雨强对坡面流阻力的综合作用，以流体力学和水力学基本 理论为依据，通过５个坡度和８个流量、４个雨强组合条件下的模拟降雨试验，系统研究了降雨条件下坡面薄层水 流阻力规律。结果表明：相同雨强条件下，阻力系数随着坡度的增加呈现先增加后减小的趋势，随着流量、水深的 增大而逐渐减小，最终稳定在０．０２５左右；相同坡度下，坡面薄层水流的阻力系数随着降雨强度、放水流量的增大 而减小；降雨强度在一定程度上影响阻力系数与弗汝德数幂函数关系的离散性。在本试验条件下，薄层水流都处 于&ldquo;层流&rdquo;和&ldquo;过渡流&rdquo;的流区，并且随着坡度的增大，薄层水流向&ldquo;层流&rdquo;转捩。在考虑雨强的情况下，给出了计入雨 强影响的裸坡条件下坡面流阻力的计算公式。</p

坡面细沟侵蚀断面形态发育影响因素分析及动力特性试验

研究细沟形态发育过程对认识细沟侵蚀具有重要作用，该文采用6 种坡度（2&deg;、4&deg;、6&deg;、8&deg;、10&deg;、12&deg;），5 种 流量（8、16、24、32、40 L/min）下的组合冲刷试验，系统研究了坡面细沟横纵断面形态发育影响机制及动力特性。结 果表明：细沟宽深比变化范围为3.006～4.884，根据水力最佳断面，细沟水流远未达到稳定。横断面形态系数随坡度的 变化范围为0.36～0.522，细沟横断面形态随流量、坡度以及冲刷历时均趋近于梯形水力最佳断面，即阻力最小的断面。 随着流程长度的增加，横断面形态由宽深逐渐变窄，横断面形态系数也随之减小。细沟纵断面形态范围为0.60～11.26， 且随坡度的增大而增大，与流量相关性不大。综合阻力系数及消能率均与细沟纵断面形态系数呈良好的幂函数关系。</p

Experimental Study of Sheet Flow Erosion Processes on Loess Hillslope

研究黄土坡面薄层流侵蚀过程对于深化黄土坡面土壤侵蚀过程有重要意义。采用人工模拟降雨试验方法,对黄土坡面薄层流侵蚀过程进行了研究。(1)不同雨强条件下,薄层流侵蚀随降雨过程的变化相似,都随降雨历时的增长呈递增趋势,可用幂函数方程进行描述;(2)不同坡度条件下,薄层流侵蚀模数皆随雨强的增大而增大,可用线性相关方程进行描述;(3)不同雨强条件下,薄层流侵蚀模数随坡度的增加总体呈先增大后减小的趋势,侵蚀模数随坡度变化的关系可以用对数线性相关方程进行描述;(4)不同雨强条件下,薄层流侵蚀随坡长的增加可用对数线性方程进行描述;(5)不同雨强、坡度、坡长条件下,坡面薄层流侵蚀变化可用三元线性经验方程表述。其中降雨强度对侵蚀的影响最大,其次是坡度,坡长对其的影响最小