Page 94 - 水利学报2021年第52卷第3期

B n
Q T = U H dy = H fp å U Dy （10）
2  b d fp d,i
mc i = m
式中；Q 为断面总流量； Q T 为主槽流量； Q T 为漫滩流量，m /s； H 为主槽区的水深； H 为漫滩
3
1 2 mc fp
区的水深，m； Dy = B/(m + n) ，m 为主槽的半宽断面分区数，n 为漫滩区的分区数。
2.2 算例 “T”型复式断面如图 1 所示，为半宽断面的示意图。其中 b =0.15 m，b =0.45 m，B=0.6m
fp
mc
B = 0.6 m ， d = 0.075 m ，漫滩水深分别为 H = 0.06m ， H = 0.08m 。表 1、表 2 为计算参数，计算
fp1 fp2
得表 3 的成果可以和试验数据相比较。

表 1 复式断面渠道特征参数

编号 Q/(L/s)计算值 S h/m 综合糙率 n b R/m S 0/m H mc/m b mc/m
算例 1 45.4 0.0018 0.02 0.136 0.0093 0.135 0.25
算例 2 67.5 0.00157 0.02 0.136 0.0093 0.155 0.25

表 2 计算参数

编号 r mc r fp ω mc ω fp Κ λ mc λ fp H x 1 H x 2 f d.mc f d.fp
算例 1 0.000338 0.000337 2.601 3.043 0.0025 0.07 0.07 0.000208 0.000095 0.865 0.1069
算例 2 0.000387 0.000387 2.606 3.043 0.0025 0.07 0.07 0.000239 0.000127 0.0865 0.1069

表 3 计算所得各断面平均速度的横向分布 U d （单位：m/s）
编号 断面 1 断面 2 断面 3 断面 4 断面 5 断面 6 断面 7 断面 8 断面 9
算咧 1 0.437 0.437 0.437 0.437 0.437 0.437 0.568 0.568 0.568
算例 2 0.521 0.521 0.521 0.521 0.521 0.521 0.636 0.636 0.636

3 试验验证

试验装置由主槽循环水箱、水泵、变频器、电磁流量计、推拉式水位控制尾门、消能装置和模型
冰盖等组成，其中由于真冰的制作储存、尺寸需求、易碎性、控温的超高成本，所以在采用高密度聚
氨酯泡沫作为模型冰代替真冰。它的优点是减少模型负重容易运输，容易切割，可塑性强，不会融化
或者冻结。通过变频器对水泵进行精准控制、电磁流量计进行观测，从而可以在闭合循环水系统中来
严格控制复式断面水槽的流量。消能装置用于消耗水流垂直方向的动能确保水流均匀稳定，水位可通
过安装在下游的尾门的开闭尺度进行调节。如图 2 为实验装置的刨面图，主槽长 20 m、宽 1.2 m。实验
采用有机玻璃搭建的模型渠道，在渠道底部每 3 m 设置一个测压管口，共 5 个测压管。通过精度为
0.1 mm 的测针所得测压管的水位高程判断水面坡降。

油压管断面 ADV 测量断面

上游水箱 2000mm
300mm
冰盖 下游水箱
水流
花墙

图 2 实验装置的剖面
实验采用多普勒超声测速仪（ADV）对过流断面的流速进行点测，每点流速采集 30 s，共 600 组数

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