粗糙透水床面明渠水流垂线流速分布的试验研究

冲积河流的粗颗粒河床,具有较大的渗透性,河床渗透对明渠水流运动特性的影响不可忽视．通过水槽试验,研究了河床渗透对垂线流速分布的影响．距试验玻璃水槽进口10m处,设计一个长1．65m、宽0．7m的收缩段,由12层直径1cm的玻璃珠紧密有规则铺成,以模拟粗糙透水床面．其上下游铺上1层相同玻璃珠,形成粗糙度相同但不透水的床面．垂线流速分布通过激光多普勒测速仪及配套的高精度坐标架系统测量．试验施放了3种流量,分别在不透水和透水床面进行垂线流速分布测量．试验结果表明：1）不透水床面的垂线流速分布符合粗糙床面的对数分布公式;2）粗糙透水床面明渠流的垂线流速分布与不透水床面相似;3）相同水流条件下,透水床面的摩阻流速要大于不透水床面;4）透水床面的摩阻流速与积分常数的变化规律有待进一步研究．     

粗糙透水床面明渠水流的垂线流速分布

为了进一步揭示粗糙透水床面明渠水流运动特性,针对垂线流速分布研究存在的问题,根据边界层理论,推导了含有摩阻流速、理论床面流速和原点位移等3个参数的修正对数公式;通过水槽试验,运用激光多普勒测速仪,分别对用直径1 cm玻璃珠构成的粗糙不透水和透水床面明渠水流的垂线流速分布进行了测量。结果表明:推导的修正对数公式与实测符合很好;相同水流条件下,透水床面的摩阻流速要大于不透水床面,各自的阻力系数保持基本不变;理论床面流速是主流平均流速的0.35~0.45倍,且床面相对流速随着雷诺数的增大而略有减小。