【摘 要】
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圣维南方程在气动、水力等工程计算领域占据着基础性的地位,其研究与应用仍受到广泛关注。在自然河道中,植被的存在将改变水流结构、增加水流阻力,传统的阻力系数和圣维南方程适用性较差。本文基于前人对刚性植被河道曼宁系数和曼宁公式的理论分析和修正,对一维圣维南方程作出修正并建立数值模型;结合刚性植被河道的垂向流速分布公式,将修正的圣维南方程拓展到了二维数值模拟;通过一维、二维数值模拟结果与实测数据的对比,探
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圣维南方程在气动、水力等工程计算领域占据着基础性的地位,其研究与应用仍受到广泛关注。在自然河道中,植被的存在将改变水流结构、增加水流阻力,传统的阻力系数和圣维南方程适用性较差。本文基于前人对刚性植被河道曼宁系数和曼宁公式的理论分析和修正,对一维圣维南方程作出修正并建立数值模型;结合刚性植被河道的垂向流速分布公式,将修正的圣维南方程拓展到了二维数值模拟;通过一维、二维数值模拟结果与实测数据的对比,探讨了修正模型的可靠性和准确性。主要结论如下:（1）引入修正的刚性植被河道曼宁系数,可以有效地修正圣维南方程,并建立刚性植被河道水流模拟的一维数学模型;模拟结果与实验结果吻合较好,平均误差率低于15%,相关系数大于0.78。（2）无植被时,河道水流的垂向流速分布符合幂指数函数形式;但随着刚性植被的增加,垂向流速分布与幂指数函数的拟合效果越来越差,刚性植被河道水流的二维模拟应对流速分布形式进行修正。（3）在一维修正模型的基础上,根据刚性植被河道垂向流速分布规律,可以建立刚性植被河道水流的二维数学模型;模拟结果与实验结果吻合较好,平均误差率低于15%,相关系数大于0.73。（4）曼宁系数和曼宁公式的修正是解决复杂植被河道水力计算的有效途径,修正的刚性植被河道曼宁系数对该类型河道水流的模拟有较强的应用性。本文通过植被曼宁系数的引入,建立了修正的圣维南方程并在刚性植被河道一维、二维水动力模拟上得到较好地应用,对圣维南方程在复杂河道中的应用具有理论意义,对刚性植被河道水流的数值模拟具有实践意义。
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