Kháng cự dòng chảy trong các dòng suối dốc: Một nghiên cứu thực nghiệm

Water Resources Research - Tập 46 Số 9 - 2010
André Zimmermann1
1Department of Geography, University of British Columbia, Vancouver, British Columbia, Canada

Tóm tắt

Thường xuyên, việc đánh giá vận tốc nước trung bình trong một dòng suối là cần thiết để ước tính lưu lượng liên quan đến một độ sâu dòng chảy cụ thể hoặc ngược lại, độ sâu trung bình liên quan đến một lưu lượng cụ thể. Trong trường hợp không có phép đo trực tiếp về vận tốc dòng chảy, có thể áp dụng một phương pháp kháng cự dòng chảy, thiết lập mối quan hệ giữa độ sâu và vận tốc. Hai phương pháp đã được sử dụng trước đây: các phương pháp truyền thống dựa trên hệ số kháng cự (ví dụ: Darcy‐Weisbach) hoặc các phương pháp hình học thủy lực không thứ nguyên. Để kiểm tra xem một phương pháp có thích hợp hơn cho các dòng suối dốc, dữ liệu từ 31 thí nghiệm trong máng đã được phân tích để xem xét kháng cự dòng chảy trong các kênh thác tự hình thành. Một phương pháp hình học thủy lực không thứ nguyên được phát triển dựa trên dữ liệu tại chỗ để đặc trưng hóa lũy thừa q* và dữ liệu giữa các địa điểm để đặc trưng hóa lũy thừa trên hạng mục độ dốc kênh mang lại độ chính xác cao hơn các phương pháp truyền thống hơn. Mối quan hệ được phát triển tương tự như mối quan hệ hợp lý đã được thiết lập (v α g0.2q0.6s−0.4S0.2), cho thấy rằng mối quan hệ hợp lý có giá trị. Phương pháp này không sử dụng cách tiếp cận phân chia dòng chảy vì trong các dòng suối dốc với độ sâu tương đối nhỏ, chính các hạt tạo ra hình thức và kháng cự tràn. Quan sát rằng một mối quan hệ kháng cự dòng chảy hình học thủy lực không thứ nguyên duy nhất có thể mô tả các phép đo trên một loạt các kích thước hạt và độ dốc đáy (3–21%) gợi ý rằng các dòng suối dốc có thể tuân theo một mối quan hệ tỷ lệ duy nhất tương tự như các phương trình chế độ liên quan đến các con sông thấp.

Từ khóa


Tài liệu tham khảo

10.1080/00221680309499971

10.1029/95WR01957

Bathurst J. C., 1978, Flow resistance of large‐scale roughness, J. Hydraul. Div. Am. Soc. Civ. Eng., 104, 1587

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

Bathurst J. C., 1993, Channel Network Hydrology, 69

10.1016/S0022‐1694(02)00191‐9

10.1080/02626667909491869

10.1002/esp.1590

10.1201/b16998-38

10.1029/2001WR000753

10.1016/j.jhydrol.2007.03.021

10.1029/2008WR007259

10.1002/esp.1062

10.1061/TACEAT.0006666

10.1029/2006WR005422

10.1029/WR025i006p01161

10.1002/rrr.650

10.1130/0016‐7606(1990)102<0340:PAOOSB>2.3.CO;2

10.1061/(ASCE)0733‐9429(1998)124:12(1185)

Henderson F. M., 1966, Open Channel Flow

10.1080/00288330.1995.9516635

Judd H. E.(1963) A study of bed characteristics in relation to flow in rough high‐gradient natural channels Ph.D. thesis Utah State Univ. Logan.

Judd H. E. andD. F.Peterson(1969) Hydraulics of large bed element channels Utah Water Res. Lab. Coll. of Eng. Univ. of Utah Logan.

10.1029/2001WR000817

Knighton D., 1998, Fluvial Forms and Processes: A New Perspective

Lee A.(1998) The hydraulics of steep streams Ph.D. thesis Univ. of Sheffield Sheffield U. K.

10.1016/S0169‐555X(02)00054‐5

10.1002/esp.239

MacMurray H. L.(1985) The use of the salt‐velocity method for the precise measurement of resistance to flow in rough‐boundary open channels Ph.D. thesis Univ. of Canterbury Canterbury U. K.

10.1007/BF02312496

Maxwell A. R., 2001, Step‐pool morphology in high‐gradient streams, Int. J. Sediment Res., 16, 380

Meyer‐Peter E. andR.Müller(1948) Formulas for bedload transport paper presented atSecond Meeting Int. Assoc. for Hydraul. Struct. Res. Stockholm.

10.1080/00221686.1999.9628249

Montgomery D. R. andJ. M.Buffington(1997) Channel‐reach morphology in mountain drainage basins Geol. Soc. Am. Bull. 109

(5) 596-611 doi:10.1130/0016‐7606(1997)109<0596:CRMIMD>2.3.CO;2.

Neill C. R., 1964, Alluvial processes and river channel regime, Trans. Eng. Inst. Can., 7, 3

Plat S.(2001) Sedimenttransportprozesse im Himalaya‐Karakorum und ihre Bedeutung fur Wasserkraftanlagen Ph.D. thesis Univ. Fridericiana zu Karlsruhe Karlsruhe Germany.

10.1061/(ASCE)0733‐9429(2008)134:9(1302)

10.1029/2007WR006219

10.2110/jsr.66.654

1990 Lab. of Hydraul. Hydrol. and Glaciol. ETH Zurich Zurich Switzerland D. Rickenmann Bedload transport capacity of slurry flows at steep slopes

10.1061/(ASCE)0733‐9429(1991)117:11(1419)

Rickenmann D., 1994, Proceedings of the ASCE 1994 National Conference on Hydraulic Engineering, 672

10.1029/2001WR000319

Rickenmann D., 2006, River Flow 2006, 843

Simons D. B., 1960, Resistance to flow in alluvial channels, J. Hydraul. Div. Am. Soc. Civ. Eng., 86, 73

10.1061/(ASCE)0733‐9429(2002)128:6(568)

Vanoni V. A. andN. H.Brooks(1957) Laboratory studies of the roughness and suspended load of alluvial streams Sediment. Lab. Calif. Inst. of Technol. Pasadena.

10.1061/(ASCE)0733‐9429(2004)130:11(1119)

10.1029/90WR02770

10.1002/esp.301

10.1029/2005WR004278

10.1029/2005WR004278

10.1002/(SICI)1096‐9837(200004)25:4<353::AID‐ESP59>3.0.CO;2‐5

10.1016/S0169‐555X(97)00021‐4

10.1029/TR035i006p00951

10.1061/(ASCE)0733‐9429(2006)132:11(1159)

10.1029/2006WR005432

10.1061/(ASCE)0733‐9429(2002)128:1(20)

Zimmermann A.(2009) Experimental investigations of step‐pool channel formation and stability Ph.D. thesis Univ. of B. C. Vancouver Canada. (Available athttps://circle.ubc.ca/handle/2429/7016).

10.1016/S0169‐555X(01)00057‐5

10.1016/j.geomorph.2008.04.009

10.1029/2009JF001365

Thông tin
Thông tin xuất bản

Water Resources Research

Tập 46 Số 9

Thông tin tác giả