试验水流泥沙特征值的确定

4.2　试验水流泥沙特征值的确定

为了更能反映宽浅变迁河段水流泥沙的特点，本次试验设计时尽量使变坡水槽试验段与原型的水流特性一致。根据变坡水槽系统条件，确定变坡水槽的宽度B＝1.0 m。变坡水槽的坡度采用人工调坡，其变化范围为0.5%～2.5%。其他特征值见表4.1。

表4.1　原型与试验的水流泥沙特征比较

续表

注：不均匀系数采用

4.2.1　流量

新疆宽浅变迁河段遇到大洪水时，一般流量为300～800 m³/s，河宽为500～2 000 m，其单宽流量较大的为1.5～3.0 m³/（s·m）。2002年7月19日在新疆拜城的卡拉苏河（天山南坡）突发特大型暴雨洪水，流量达到1 250 m³/s，比卡拉苏河2001年以前百年一遇的洪水（约500 m³/s）大2.5倍左右。拜城河宽约300 m，单宽流量为4.2 m³/（s·m）。可见，可以单宽流量为5 m³/（s·m）作为新疆宽浅变迁河段的上限。

4.2.2　水深及宽深比

要求设计试验水槽满足水流流动的二维性。明渠水流的二维性通常用宽深比（aspect ratio）来判断，而宽深比的大小可以决定水力半径的计算和边壁对水流的影响程度。

水力计算宽深比采用式（4.1）：

式中　R——水力半径；

　A——面积；

　B——宽度；

　H——水深；

　χ——湿周。

当宽深比较大时，R≈H。新疆宽浅变迁河段的宽深比相当大，一般在100以上，甚至达到1 000，甚至更大。在实验室确定宽深比时，不同研究者确定的值不同，一般为5～10。

本文确定的最大宽深比为5，最大水深不超过0.2 m。

4.2.3　雷诺数

新疆宽浅变迁河段的水流雷诺数一般为（0.5～3.6）×10⁶，在变坡水槽内的水流Re＝（0.04～0.5）×10⁶。

估算原型相对光滑度H/D为8～40，变坡水槽内的H/D为7～30。蔡克士达^[118]用不同粒径的沙砾粘在槽底的方法，得出与尼库拉兹^[117]相似的一组沿程损失曲线。用H/D值对比蔡克士达的成果，说明原型水流和变坡水槽的水流都为阻力平方区。

4.2.4　泥沙颗粒

新疆宽浅变迁河段的推移质粒径为5～150 mm。根据变坡水槽的流量和比降，可以做2～40 mm的泥沙起动，说明该变坡水槽的试验参数基本接近于原型。