刘玉娇 余明辉 田浩永

(武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室,武汉 430072)

引言

天然河道的演变是水流携带泥沙并与河道边界相互交换相互影响的辩证统一体.其中,纵向流速分布规律与河道过流能力[1]和泥沙输移[2]的密切相关,也与崩岸、切滩等突发现象相关.对于河流流速的分布规律,研究主要从模型试验[3-5]、数值模拟[6-9]和解析解计算[10-13]进行.解析解由于效率高,方法简单,在实际应用方面被广泛采用[14].在顺直复式河道中,Shiono 和Knight[15]提出了SKM 方法,认为二次流导致的切应力沿横断面为线性分布,对动量方程沿水深积分,推导出垂线平均纵向流速(以下简称为Ud,下标d 表示为垂线平均量)的解析解;Devi 等[16]进一步根据实测数据量化二次流中的参数,发现参数与定水深和变化的水深之间有不同的关系;复式河槽漫滩区域常为顺直的,但主河槽则倾向于弯曲的,存在弯道环流的影响,Ervine 等[17]考虑了复式河道弯曲主槽中水流的强三维性,认为二次流项与Ud的二次方成正比关系,对SKM 方法进行了改进;Knight等[18]分析了环流结构与二次流项取值正负之间的关系,认为环流中心左侧和右侧二次流项符号相反;Liu 等[19]和Huai 等[20]则进一步在动量方程中增加了滩地植被影响,在解析解公式中考虑了植被对流速的影响;Zhong 等[21]考虑了在两岸及水面结冰条件下,解析解的形式,并分析了床面阻力、冰盖阻力和二次流等因素的影响;杨中华和高伟[22]比较了三种不同的积分假定,将计……