定床阻力又稱“河渠紊流阻力”，是指河床上的泥沙顆粒及泥沙運動形成的沙波對水流產生的阻力。
基本介紹
- 中文名：定床阻力
- 外文名：Fixed bed resistance
- 實質：泥沙顆粒對水流產生的阻力
- 所屬學科：土木工程
簡介,定床阻力研究,
簡介
定床阻力是指一定斷面、一定坡降的河渠對水流產生的阻力，由河渠表面粗糙度引起，影響水流的速度和輸沙能力，是研究水力條件的重要因素。一般用有關係數表示，常用的有阻力係數，曼寧糙率係數和謝才係數。
河流中的泥沙在水流作用下產生的運動一般分四種運動形式；（1）滑動，位於光滑道上的泥沙當推移力等於或稍大於摩擦阻力時，沙粒以滑動的方式向下游移動。（2）滾動，泥沙受推移力和上舉力作用，產生傾覆力矩，泥沙顆粒以滾動的方式向前運動。（3）跳躍，河底水流受到素動影響，流速時大時小，因而上舉力也時大時小，當上舉力大於顆粒的質量時，泥沙會跳起來，同時還受水流推移力的作用，使顆粒前進。泥沙跳起後，繞過顆粒上下的水流流速趨於相等，上舉力消失，泥沙又落到河底，呈間歇跳躍的運動方式。（4）懸移，小顆粒的泥沙，跳躍起來後，不再下沉到河底，懸浮在水中，隨水流移動。可以看作是一種隨機紊流過程中流速與壓力都呈一定頻率的脈動，服從統計規律。另外，從泥沙的整體來看，沙波也是河流泥沙運動的一種形式。
定床阻力研究
大比降卵礫石河流具有河床可動覆蓋層厚，河床比降陡，水深小，流速大，河床組成較粗等特點，其河床相對粗糙度較大，有時水深與推移質粒徑屬同一量級。在這種條件下其床面阻力如何確定以及對泥沙運動的影響等，在以往的研究均涉及甚少。
小尺度粗糙的臨界值是這類河段一個非常敏感的問題。因水深小，顆粒粗，其相對光滑度（水深H與粒徑D的比值）較小。當相對光滑度小到一定程度，超過小尺度粗糙的臨界值後，影響水流運動的要素將要發生變化。曼宇公式主要適用於小尺度粗糙範圍內（即水流阻力主要是由顆粒表面摩擦引起）的均勻流，而對中尺度粗糙和大尺度粗糙（水流阻力主要是由突體的形狀阻力、自由表面森亂、水躍等引起）的適用性如何還不甚清楚。另外當突體的形狀阻力影響到水流時，泥沙顆粒起動時的受力狀態與傳統的受力分析也將不一樣。
與其他河流一樣，定床阻力和動床阻力的確定是研究其水沙運動規律的基礎。大比降卵礫石河流在泥沙未輸移以前，其相對光滑度在可達到2~10，其阻力特性涉及到接近或超過小尺度粗糙臨界值的定床阻力的問題；在泥沙大量輸移以後，劇烈的卵礫石運動形成沙波，阻力問題則涉及發展到各階段的沙波阻力。 Einstein和 Barbarrosa總結了美國河流的實測資料，首次提出沖積河流的沙波阻力的計算方法，隨後許多學者對沙波的各種發展階段的阻力特性做了大量研究。
大比降卵礫石河流和多數山區河流一樣具有河床組成顆粒較粗，水流強度較大，相對光滑度較小的特點。但大比降卵礫石河流與一般山區河流輸沙特性不一樣，其主要差別在於河床組成的抗沖性和泥沙的補給性。山區河流的河床主要由抗沖性較強的物質組成，在強度較大的水流條件下，水流帶走河床表面的泥沙顆粒，由於缺乏強有力的泥沙補給，逐漸在河床表面形成粗化層，從而影響床面粗化層以下的泥沙輸移。
