洪泛区势头吸引的复合通道

文摘

最自然的河流洪泛区横向扩展远离主要河道在温柔的梯度或一系列的梯田。在某些情况下多级渠道故意形成为了增加运输能力在洪水和休闲土地可用在其他时候[1]。二级渠道因此通常由一个主要河道有放电的所有时间和泛滥平原,是干的时间执行一个至关重要的功能的时候。自从减轻洪水方案的重点工程,交通工具的预测能力、速度分布和边界剪切应力分布等渠道显然是重要的。边界剪切应力分布是一个银行保护和沉积物运移研究的先决条件。这些参数的预测两个阶段或复合渠道复杂的横向动量交换发生在剪切层之间形成通常更快的移动主要河道的水和泛滥平原上的缓慢流动的水。高横向剪切的叠加bed-generated动荡和纵向二次流结构是流体力学的一个有趣的问题。在河道中洪水平原,适度的问题通常是进一步复杂甚至直接渠道的复杂几何边界粗糙度的横截面和异构性质[2]。

关键字

主要通道、泛滥平原、疏浚、银行的保护。

介绍

复合通道液压部分主要通道和泛滥平原形成的通道。的主要渠道是低地板水平,通常有一个矩形或梯形截面。本节中,通过典型的径流和基流的河流。相比之下,泛滥平原通道的组成部分地板水平高于主要通道和位于位于一方或双方的主要通道(5]。这一部分通常没有作用在洪水流传输和操作条件。一般来说,其液压粗糙度远远大于的主要通道。很明显,鉴于上述定义复合部分,液压部分是典型的许多河流冲积平原。这就是他一直以来人类生命和文明的摇篮。某些几何条件导致复合水平具体液压条件在这些部分需要特别的理由。部分特殊几何结合粗糙度的显著差异主要通道和泛滥平原的原因这个通道是立即的以下部分之间的差别明显。这种差异在速度和深度的互动形成了部分能量之间的边界地区的角度来看,内部压力的交换在这个领域将引起严重的能量损失。同时,从另一个角度来看,惊人的速度梯度之间的水平内剪切流之间的紧张关系在以下部分除了床和墙剪切应力是通道。它通常被称为表观剪切应力。 Regular or irregular channel as to what is considered to be low in energy or longitudinal friction mostly due to the action involved with the channel bed and the solid wall. However, the friction factor and low power portion of the longitudinal the compound channels are included and the corresponding effects on the inner sections cannot be ignored [3]。

主要分化阶段的复合与普通和典型的部分相同的现象也因此使用传统的液压与常规渠道的关系,复合渠道,结合一个重大错误的发生率。

所以导致液压部分的研究几十年前开始,一直延续到今天。检查边界剪切应力不仅讨论在输沙和海岸保护是非常重要的它可以保持在检查复合部分相比的主要渠道和洪泛区推断横向动量转移现象的本质及其对边界剪切应力的分布的影响和使用的水力特性7]。

研究背景

话题讨论与动量转移附近的剪切应力和剪切力问题的研究在这个问题上直接和间接地塑造了它将称为塞林上校[14]。他开发了一种技术来获取信息的机制和自然现象可以用来交换动量。他有一个高反射的铝粉表面复合通道瓦解和安装了摄像机,略高于表面模式的水位是由拍摄照片。更多的准确性和速度相机相同的平均速度下的二次流结的主要通道和泛滥平原通道都被感动了。Tamai和Kawahara15]类似的技术用于计算动量转移通道的宽度和长度。他们还计算氢气的流量泡沫技术用于沿海通道。

Zheleznyakov [16]在研究复合对称截面的主要通道几何漫滩部分双方同样是包围。他明白平均速度和位置在主要通道浅泛滥平原将遭受损失。然而,当地的速度主要渠道和泛滥平原的交界处同时增加。他还成功地介绍他的后续文章的一个关键因素和复合部分是有效的,它是主要的渠道深度渠道的深度在泛滥平原后来被称为有效深度(13]。快速变化的复合渠道象限第一通道与主要部分和两个实验广泛泛滥平原在后一种情况下,他们的实验在一个通道主要部分和一个宽阔扁平的泛滥平原和结果在一个对数垂直速度分布。迈尔和Elsawy10]研究了剪切应力分布在对称和不对称的渠道。他们表示,横向动量转移在很大程度上减少了剪切应力主要通道和剪切应力增加洪水平原。泛滥平原之间的动量传递和主要部分剪切应力的参数。Dimetrio和骑士7应用剪切力的剪切应力。泛滥平原之间的动量转移的影响和主要通道的横动量象限,成果显著。他们也面临两种类型的垂直和水平剪应力检查。波西(11)提出了一种不同的方法计算复合部分放电。的部分被分成更小的部分计算每个所述放电后他们发现总放电获得来自不同部分放电。最后他们发现任何错误在他们的结果是指无论主要部分和洪水平原之间的动量转移。他们还发现在高横动量转移模式降低了银行充分放电和流率与常规通道。他们研究了表观剪切应力几个假设的主要渠道和泛滥平原之间的相互作用。他们还介绍了索引,所以它被认为是重要的指标的影响小于2。

普遍的理论

导致动荡由于湍流速度波动的三个方向的运动也强调,发生在否则称为表观剪切应力。

连续性和动量方程对x沿流我们有:

(1)

(2)

,ρ_是水的密度,g是重力加速度,s是渠道边坡,τ_yxτ_zx剪切应力沿x轴,分别zx和y在页面。动量方程可以写成:

(3)

剪切应力测量方法可分为直接和间接(12]。各种方法的测量剪切应力,普雷斯顿管可以命名为最常见的剪切应力的测量方法。剪切应力计算使用以下公式计算,得到帮助从表观剪切应力或动量转移,

(4)

普雷斯顿管实际上是一个皮托管修改普雷斯顿(12)测量剪切应力间接开发并放置在墙上或床上。

长计算的主要缺点,一手拿高的性质计算错误由于大错误和不负责的床。因为在粗糙床由于边界层的碰撞,而不是在普雷斯顿管到适当的位置采掘的普雷斯顿并不可靠。在这项研究中,使用拖曳力和动量吸收压力测量技术被使用。在这种方法中,流体阻力的力量淹没对象上使用各种电表,包括动态负载细胞记录。Fathi穆贾达姆和Kowen6]和Kouwen Fathi Moghadam [8)使用这种技术来测量液体的动力和阻力植被所使用的元素。因为这个方法的能量方法,测量是在一个地方,更不用说矢量数据的测量误差和精度高于其他方法。在这项研究中,这种方法所采取的动量和摩擦力测量粗糙度的通道将用于地板和墙壁。为了激发剪切应力在这项研究中使用四种不同的粗糙度大小,将详细讨论。

量纲分析:直接渠道和水光滑、稳定、均匀流和表面波运动和床载荷、剪切应力影响的参数可以表示:

动态负载惯性传感器放置在迷离恍惚水槽流,实验前将一些轻微的倾斜,斜率参数被忽略。因此有效的因素在决定平均速度剪力墙和地板可以表示如下。

(5)

使用白金汉定理以上方程可以被转换为与几个无量纲参数的关系。这三个变量的组合,ρ,V, Y和重复后的其他参数和变量的关系估计总平均剪切速度,平均速度和平均床剪力墙剪切速度得到:

(6)

(7)

由于测试将执行完全湍流。的雷诺数判断形势将推迟到以后的实验。然而,省略该参数由于恶劣的环境中较低的床上粘胶前面的粗糙度是允许的。(2)

测试参数:

为了达到足够的和可靠的数据和考虑各种来源后,被任命为审查以下参数。

作为表1显示β参数被称为分裂的相对深度,深度浅深度的泛滥平原的主要通道。因为超过0.5一直被忽视的是,实际上高于复合渠道没有,液压的意思,主要通道,将运作如一个矩形孔中间的通道。如前所述地板内的主要通道和泛滥平原是固定在所有实验。而高度的主要通道和4个不同大小的泛滥平原6,9日12和15厘米就会改变。另一个试验是测量粗糙度剪切应力激发吸收功能为了显示动量比其他方法使用粗糙的地面几乎无能为力。

材料和方法

正如前面提到的,本研究旨在衡量之间的剪切应力和动量交换的主要通道和泛滥平原组成的矩形截面与动量吸收技术。动量测量通道床和墙,改变Fathi-Moghadam提出的方法(6)应用表刀口和新方法开发的刀口下水槽。实验是在水槽的净宽度80厘米,550厘米,深度8.3米的长度,包括4.1米上游渠道,水槽的刀口计(测量范围)和3.2米的下游渠道。控制下游的水平和深度比宽度不同条件下的放电的主要通道和洪泛区,阀门的水槽前的鼻子。的总压力传感器用于测量动态加载。测量的动态负载电源转换器。这个工具是用来连接通道的一部分转移到固定部分和摩擦力的变化记录在移动的墙壁和地板通道。注意,这些设备的校准用于不同的权重。

在这项研究中,通道变成了一个矩形和所有必要的力量导致纵动量的方向流在一个矩形通道可以粗略的身体和一个粗略的地板上一个州有超过100个读数进行了测试。不同的模式包括渠道(大约112例)进行了测试。然后,纵动量测量复合通道的一个矩形通道的读数为每股7计算湿和直接测量的大小复合通道比较减去他们的动量横向动量传递和表观剪切应力的性质,分别。

值得注意的是,实验在矩形渠道四个不同的粗糙度大小1.31,4.6,9.36和12.5毫米的粗糙粗糙床模式和一个粗略的墙模式不同深度的复合通道。然后,复合渠道四个不同的测试主要通道的高度尺寸6,9日12和15厘米高度的粗糙度不同深度测试在四个州仍在继续。然后,就像前面所提到的,长方形的比较和复合模式和主要通道和泛滥平原之间的动量传递和如何变化进行了研究。

结果与讨论

经过各种测试,以下假设:

水槽床和墙剪切应力分布的中心对称轴水槽的使用和应用研究成果在实践中,规模足够大的模拟,认为是充分发展通道流。表面纵向位置测量的变化不会导致摩擦系数的变化。我们可以看到图2来5水平轴代表的比例明显的剪切力% ASF和纵轴代表β的相对深度。在图2所有四种壁粗糙度和6厘米的高度所示的主要通道。

(8)

(9)

图3主要通道墙9厘米的高度图4和5分别对主要通道将使用12和15厘米高。

根据图2可以得出的结论是,在所有不同的粗糙度,导致高的相对深度浅泛滥平原通道非常最小横向动量转移发生。但在较低的相对深度横向动量转移更多的直到β= 0.25横向动量转移的比例最高的粗糙度下降发生。这样做的原因是,在上面的深度,复合渠道实际上是失去他们的财产和主要通道的地板上就像一个洞一个矩形通道,重要的是要注意的图2,随着粗糙度的大小增加,纵向横向动量传递的势头增加所以大部分明显的剪切力的传播(动量转移)约10%的颗粒大小是12.5毫米如图所示在浅深度(h = 6)动量转移并没有太大的区别的粒径1.31和4.6毫米。在这种情况下,考虑到非常广泛的动量传递不同的粗糙度(从1%到10%)。根据图3,对应的案例(h = 9厘米)粗糙度的相对深度,导致高深度在泛滥平原频道。最小横向动量转移发生但在较低的相对深度、横向动量转移越来越增加,直到在β= 0.2横向动量转移的比例最高的粗糙度下降发生。最明显的剪切力的传播(动量转移)约12.5%的颗粒大小是12.5毫米。可以看到增加墙高的主要通道,比前一模式和清晰的分离表面粗糙度低剪切力值(1.31和4.6毫米大小)将会出现。在这种情况下,动量转移不同的粗糙度(从3%到10%)。在图4可以在国家(h = 12厘米)高的相对深度不同的粗糙度,造成高深度漫滩通道。最小横向动量转移发生但在较低的相对深度、横向动量转移更多的直到β= 0.25横向动量转移的比例最高的粗糙度下降发生。在这种情况下最明显的剪切力的传播(动量转移)约14%的颗粒大小是12.5毫米。在图5,对应于最大的墙高是主要渠道最横向动量转移,9.36毫米的粗糙度约15%的第三位在这种情况下动量转移范围可以从2%降至15%。应该注意,最大动量转移的粗糙度12.5毫米发生在β= 0.25,另一个在β= 0.2的粗糙度会发生。总剪切力在所有国家和所有的相对粗糙度明显增加而增加深度数据6和7,8和9。应该注意的是,最大剪应力在1到9之间(h = 15)发生9牛顿和最大粗糙度约12.5毫米。剪切力对应的最低范围(h = 6)是0.5到3.5之间其价值是牛顿。

随着数据6来9是显示在剪切力增加β= 0.5斜率增加较低。,at the high depth of floodplain the characteristics of compound channel were reduced. Despite the apparent shear force that decreases with increasing relative depth can be found that the shear force will increase with increasing relative depth.

通常这些都是这项研究的结果可以概括如下:

变化明显的剪切力(横向动量转移)是增加深度相对于β= 0.25的高比率减少β= 0.2的相对深度比在下面几节中,明显的复合剪切力(横向动量转移)是减少。

β= 0.25,β= 0.2通常最明显的剪切力(动量转移十字架)发生。这意味着流在泛滥平原,流的运动放缓的主要通道或换句话说流主要通道的流在泛滥平原河流和海岸工程和组织非常重要。将考虑在β= 0.5到底是在河滩上水深时,等于主渠道墙高所以在自然河流和水道复合部分条件,可能是由于脱水水深的频道很少被更多的关注泛滥平原,因为这可能会增加明显的剪切力,因此二次涡,从而将导致海岸侵蚀和退化。

复合部分,相对深度大于β= 0.5正在失去他们的财产是化合物和液压油的流动通道规则不符合复合部分。更多的剪切力明显粗糙属于更大的平均粒度。同时,墙的高度的主要通道,和剪切力将会更加的明显。最大帧速率变化的剪切力发生在墙的高度最低的主要通道。在河流和沿海项目经济参数,重要的是讨论疏浚河流很清楚的重要性。

急剧增加的总剪力h = 12厘米比其他国家更糟,说明在主要通道壁的高度剪切速率增加力量总体趋势的相对深度要快。

确认

作者要感谢Chamran阿瓦兹大学的卓越中心运营管理的灌溉和排水网络金融支持和便利的实验。

引用

1. 阿布里尔JB,骑士DW。在洪水水位量预测当应用泥沙模型。J液压杂志2004;42 (6):616 - 629。
2. acker p . 1991液压直复合渠道的设计。英国SR 281年报告,人力资源瓦林福德卷。1 & 2,页1 - 130 & 1 - 140。
3. acker p .二级渠道的水力设计。冰学报》杂志对水、海上和精力。1992;96:247 - 257。
4. acker p流公式直接二级渠道。J液压杂志1993;31 (4):509 - 531。
5. Alavian V,楚VH。1985年,湍流交换在浅复合通道。学报21 IAHR大会,墨尔本。3卷,446页
6. Fathi Moghadam M, Kouwen n .非刚性的nonsubmerged营养粗糙度在泛滥平原。J Hydraul Eng。1997; 123 (1), 51-57。
7. 我骑士DW, Demetriou JD)居住的地方。在光滑的矩形边界剪切通道。阿格利司水Manage.110(4), 405 - 422在凹银行。液压Proc。1984; 12:1323 - 1338。
8. Kouwen N,沿着河流Fathi-Moghadam m .针叶树的摩擦因素。J液压Eng土木。2000,126 (10):732 - 740。
9. Lashkar-Ara B, a Fathi-Moghadam M, Shafai-Bajestan M,雅亿边界剪切应力在光滑的通道。J食品农业环境。2010;8 (1):132 - 136。
10. 迈尔斯拉力锦标赛,Elsawy EM。边界剪切与漫滩频道,《液压部门。第3期。1975;101:933 - 946
11. 波西CJ。包括漫滩流,计算流量。土木工程。第3期。1963:62 - 63
12. 普雷斯顿JH。的决心的皮肤摩擦的空速管。J皇家航空Soc。1954; l54:109 - 121
13. 拉贾拉特南N,艾哈迈迪RM。之间的交互主要通道和泛滥平原流杂志,水力学的部门。第3期。1979;105:573 - 588
14. 塞林上校RH。实验室调查之间的交互通道的流河,泛滥平原,La Houille布兰奇,法国格勒诺布尔7,1964,pp793 - 802。
15. Tamai N, Kawahara y复合材料横截面的流动阻力定律,3日国会IAHR边界的亚洲和太平洋地区部门,1982年,pp.42-51
16. Zheleznyakov问。交互的通道和漫滩流。进行液压研究国际协会的国会。1971;5:144 - 148。