Lý thuyết lớp trộn cho sự kháng dòng trong các dòng chảy nông

Water Resources Research - Tập 38 Số 11 - 2002
Gabriel G. Katul1, Patricia L. Wiberg2, J. D. Albertson2,3, George M. Hornberger2
1Nicholas School of the Environment and Earth Sciences, Duke University, Durham, North Carolina, USA
2Department of Environmental Sciences University of Virginia Charlottesville Virginia USA
3Now at Department of Civil and Environmental Engineering, Edmund T. Pratt Jr. School of Engineering, Duke University, Durham, North Carolina, USA.

Tóm tắt

Nhiều phương pháp định lượng độ nhám bề mặt đã xuất hiện từ các nghiên cứu về thủy lực kênh trong thế kỷ 19 và 20. Khi độ sâu nước h lớn hơn nhiều so với chiều cao nhám đặc trưng ks, các công thức độ nhám như Manning's n và hệ số ma sát f có thể được liên hệ trực tiếp với chiều cao độ nhám động lượng zo trong công thức log‐law cho lớp biên rối, qua đó hợp nhất các định nghĩa về độ nhám cho một bề mặt nhất định. Tuy nhiên, khi h tương đương với (hoặc thậm chí nhỏ hơn) ks, công thức log‐law có thể không còn hợp lệ. Bằng cách sử dụng một phép phân tích lớp trộn mới được đề xuất cho hồ sơ vận tốc có sự uốn cong trong và ngay trên lớp nhám, một mô hình cho sự kháng dòng trong các dòng chảy nông đã được phát triển. Tham số chính của mô hình là thang chiều dài đặc trưng mô tả độ sâu của sự không ổn định sóng Kelvin‐Helmholtz. Nghiên cứu cho thấy lý thuyết mới này, ban đầu được phát triển cho sự rối loạn trong tán cây, phục hồi nhiều kết quả độ nhám trước đây cho các thí nghiệm trong dây chuyền và các dòng sỏi nông. Nghiên cứu này là nghiên cứu đầu tiên cung cấp một khung thống nhất giữa rối loạn khí quyển trong tán cây và việc định lượng độ nhám của các dòng sỏi nông. Ý nghĩa rộng hơn của nghiên cứu này là hỗ trợ sự hợp nhất của các định lượng độ nhám bề mặt phong phú được phát triển độc lập trong thủy lực và khoa học khí quyển của thế kỷ 19 và 20, đồng thời thiết lập một kết nối giữa các công thức độ nhám giữa các loại lớp biên truyền thống khác nhau.

Từ khóa


Tài liệu tham khảo

10.1061/(ASCE)0733-9429(1985)111:4(625)

Bathurst J. C., 1981, Resistance equations for large‐scale roughness, J. Hydraul. Div. Am. Soc. Civ. Eng., 107, 1593

Bennett S. J., 1995, The geometry and dynamics of low‐relief bed forms in heterogeneous sediment in a laboratory channel, and their relationship to water flow and sediment transport, J. Sediment. Res., Sect. A, 65, 29

Blasius H. Das ähnlichkeitsgestz bei reibungsvorgängen in flüssigkeiten Rep. 131 Forschungsheft des vereins deutscher ingenieure Berlin Germany 1913.

10.1002/qj.49709440111

Bray D. I., 1979, Estimating average velocity in gravel bed rivers, J. Hydraul. Div. Am. Soc. Civ. Eng., 105, 1103

10.1023/A:1002406616227

10.1007/978-94-017-1497-6

10.1029/WR006i004p01202

10.1061/(ASCE)0733-9429(1991)117:3(371)

Chow V. T., 1959, Open Channel Hydraulics

10.1061/(ASCE)0733-9429(1988)114:8(861)

10.1007/978-3-642-73948-4_29

Davies J. T., 1972, Turbulence Phenomena

Drazin P. G., 1981, Hydrodynamic Stability

Dooge J. C. I., 1992, in Channel Flow Resistance: Centennial of Manning's Formula, 136

Dubayah R., 2000, Observing the interaction of terrestrial ecosystems and hydrological processes at the landscape scale using laser altimetry, Eos Trans. AGU, 81

Dunne T., 1978, Water in Environmental Planning

10.1029/2000WR900164

Fichtl G. H., 1970, Longitudinal and lateral spectra of turbulence in the atmospheric boundary layer at Kennedy Space Center, J. Appl. Meteorol., 4, 469

10.1146/annurev.fluid.32.1.519

French R. H., 1985, Open‐Channel Hydraulics

Garratt J. R., 1992, The Atmospheric Boundary Layer

10.1029/93WR01490

10.1029/94WR00770

Hauser B. A., 1996, Practical Hydraulics Handbook

Hey R. D., 1979, Flow resistance in gravel‐bed rivers, J. Hydraul. Eng., 105, 365

Hinze J. O., 1959, Turbulence

10.56021/9780801858567

Izakson A., 1937, Formula for the velocity distribution near a wall, Z. Eksp. Teor. Fiz., 7, 919

10.1023/A:1001509106381

10.1007/978-1-4612-0567-8_22

10.1175/1520-0450(1998)037<1533:ATASTN>2.0.CO;2

Kondo J. Observations on wind and temperature profiles near the ground Sci Rep. Ser. 5 Geophys 14 pp.41–56 Hohoku Univ. Sendai Japan 1962.

Lacey G., 1946, A general theory of flow in alluvium, J. Insn. Civ. Eng, 8, 17

10.1111/0031-868X.00159

Leopold L. B., 1994, A View of the River

Leopold L. B. andM. G.Wolman River channel patterns: Braided meandering and straight U. S. Geol. Surv. Prof. Pap. 282-B 1957.

10.1007/978-94-009-0533-7

Limerinos J. T. Determination of the Manning coefficient from measured bed roughness in natural channels U. S. Geol. Surv. Water Supply Pap. 1989‐B 47 pp.1970.

Marchand J. P. R. D.Jarrett andL. L.Jones Velocity profile water‐surface slope and bed‐material size for selected streams in Colorado U. S. Geol. Surv. Open File Rep. 84‐733 82 pp. 1984.

Metais O., 1996, in Eddy Structure Identification, 334

10.1017/S0022112064000908

10.1080/00221686.1999.9628249

Monin A. S., 1971, Statistical Fluid Mechanics

10.1029/97WR02886

Nikuradse J., 1933, Laws of flow in rough pipes

Panton R., 1984, Incompressible Flow

10.1029/91WR02932

10.1029/TR031i004p00575

Ragab S., 1993, in Large Eddy Simulation of Complex Engineering and Geophysical Flows, 255

Raudkivi A. J., 1990, Loose Boundary Hydraulics

10.1007/BF00120941

Reynolds A. J., 1974, Turbulent Flows in Engineering

10.1029/2000JD900662

Schlichting H., 1968, Boundary Layer Theory

Stevenson T., 1880, Report on simultaneous observations of the force of wind at different heights above the ground, J. Scot. Meteorol. Soc., 5, 348

Sutton O. G. Micrometeorology 333 pp. McGraw‐Hill New York 1953.

Tchobanoglous G., 1991, Wastewater Engineering: Treatment, Disposal, and Reuse

10.7551/mitpress/3014.001.0001

Townsend A. A., 1976, The Structure of Turbulent Shear Flow

Tritton D. J., 1988, Physical Fluid Dynamics

10.1080/014311600210939

10.1061/(ASCE)0733-9429(1990)116:12(1495)

10.1029/90WR02770

Yen B. C., 1992, in Channel Flow Resistance: Centennial of Manning's Formula, 1

Thông tin
Thông tin xuất bản

Water Resources Research

Tập 38 Số 11

Thông tin tác giả