9、明渠水流阻力与正常水深计算相关知识解析

明渠水流阻力与正常水深计算相关知识解析

1. 水流阻力方程

在水流研究中，水流阻力是一个重要的概念。涉及到多个与水流阻力相关的系数和方程。

1.1 曼宁系数（Manning coefficient）

• 系数特性 ：曼宁系数 (n) 与水流表面的粗糙度等因素有关。对于非常浅的水流深度，当衬砌粗糙度的高度接近水流深度时，(n) 值会增加。对于衬砌渠道，使用恒定的 (n) 值是可以接受的，但对于浅水流深度，应考虑使用更高的 (n) 值。
• 不同情况下的计算公式 ：
  • 与抛石尺寸相关 ：Henderson 提出 (n = C_m(3.28d_{50})^{1/6})，其中 (d_{50}) 是平均砾石直径（单位：m）。对于砾石河床溪流，Henderson 推荐 (C_m) 值为 0.034，Hager 建议为 0.039，Maynord 推荐为 0.038。
  • 与水力半径和牵引力相关 ：基于 Blodgett 和 McConaughy 的实验数据，Chen 和 Cotton 提出 (n = \frac{(R/0.3048)^{1/6}}{8.6 + 19.97 \log(R/d_{50})})，其中 (R) 是水力半径（单位：m）。
  • 植被衬砌渠道 ：对于植被衬砌渠道，由于植被淹没程度随水流和剪切应力变化显著，恒定的 (n) 值可能不合适。Chen 和 Cotton 基于 Kouwe