24、渠道设计与稳定流专题

渠道设计与稳定流专题

1. 冲积渠道设计

冲积渠道是指水流输送的沉积物与渠道底部材料特性相同的渠道。当进入渠道某一河段的沉积物流入量等于流出量时，该渠道被认为是稳定的，此时渠道的横截面和底部坡度不会因侵蚀或沉积而改变。

设计稳定冲积渠道有两种方法：
- 牵引力法 ：更具合理性，它利用了控制沉积物输送和水流阻力的定律。
- 河相关系理论 ：纯粹基于经验，是根据对印巴次大陆一些灌溉渠道的观测发展而来的。由于这些渠道中的沉积物浓度通常小于 500 ppm（按重量计），因此河相关系理论应假定适用于输送类似沉积物负荷浓度的渠道。

河相关系理论

Lacey 在 1930 年将河相关系渠道定义为在无限松散冲积层中，以均匀流输送恒定流量，且在一段时间内不改变底部坡度、形状或横截面大小的渠道。在印度和巴基斯坦，广泛使用两种类型的方程进行设计，即肯尼迪方程和莱西方程。肯尼迪方程的主要局限性在于它没有指定稳定的宽度，从而使得深度与宽度比有无限种可能。为解决这一问题，Lacey 基于对印度次大陆几条灌溉渠道收集的大量数据进行分析，开发了以下方程：
- (P = 4.75\sqrt{Q})
- (f_s = 1.76d^{1/2})
- (R = 0.47(\frac{Q}{f_s})^{1/3})
- (S = 3 \times 10^{-4}f_s^{5/3}Q^{1/6})

其中：
- (P)：湿周（m）
- (R)：水力半径（m）
- (Q)：流量（m³/s）
- (d)：沉积物直