一种冰盖下明渠输水渠道及其水力最优断面的求解方法

摘要

一种冰盖下明渠输水渠道及其水力最优断面的求解方法，输水渠道包括渠底、渠道左边坡、渠道右边坡、左堤顶和右堤顶，渠底的左右两侧分别与渠道左边坡和渠道右边坡的下端连接，渠道左边坡的上端与左堤顶连接，渠道右边坡的上端与右堤顶连接；冰盖下明渠输水渠道的断面为梯形断面，水力最优断面的宽深比在上层冰盖影响区和下层渠床影响区的水流平均流速相同时为不同时为水力最优断面的求解方法首先建立求解模型，然后求解冰盖下明渠输水渠道水力最优断面的微分方程，最后计算出冰盖下明渠输水渠道水力最优断面的宽深比。本发明是一种窄深式渠道，能够在冰期输水时具有最大过流能力，可以利用地热能，减小冰面散热，避免冰塞、冰坝事故的发生。

主权项

一种冰盖下明渠输水渠道，其特征是，包括渠底(1)、渠道左边坡(2)、渠道右边坡(3)、左堤顶(4)和右堤顶(5)，所述渠底(1)的左右两侧分别与渠道左边坡(2)和渠道右边坡(3)的下端连接，所述渠道左边坡(2)的上端与左堤顶(4)连接，所述渠道右边坡(3)的上端与右堤顶(5)连接；所述冰盖下明渠输水渠道的断面为梯形断面，在上层冰盖影响区水流的平均流速V_i和下层渠床影响区水流的平均流速V_b相同情况下进行冰盖下输水时，冰盖下明渠输水渠道水力最优断面的宽深比为：在上层冰盖影响区水流的平均流速V_i和下层渠床影响区水流的平均流速V_b不相同情况下进行冰盖下输水时，冰盖下明渠输水渠道水力最优断面的宽深比为：其中，b为渠底宽度，h为水深，m为边坡系数，i为渠底纵坡坡度，n_b为渠床糙率，n_i为冰盖糙率，Z₁＝n_i^3/2(∈^5/2+∈^3/2)n_b^3/2+∈⁴n_i³+n_b³，$\begin{array}{c}{Z}_2=-2({n_i}^{3/2}({\in }^{5/2}+{\in }^{3/2}){n_b}^{9/2}-{n_i}^{9/2}({\in }^{11/2}+{\in }^{13/2}){n_b}^{3/2}+2{n_b}^3({n_b}^3+15/2({\in }^2-\frac{32\in }{15}+1){\in }^3{n_i}^3))\times \\ m\sqrt{m^2+1}+4{n_i}^{3/2}(m^2+1)({\in }^{5/2}+{\in }^{3/2}){n_b}^{9/2}\end{array},$$Z_3=(5{n_b}^6+31{\in }^3({\in }^2-\frac{60\in }{31}+1){n_i}^3{n_b}^3+{\in }^8{n_i}^6)m^2+4{n_b}^3({n_b}^3+4{\in }^3({\in }^2-7/4\in +1){n_i}^3),$$Z_4=(4{\in }^{5/2}-4{\in }^{3/2}){n_i}^{3/2}{n_b}^{3/2}\sqrt{m^2+1}+(-5m{\in }^{5/2}+3m{\in }^{3/2}){n_i}^{3/2}{n_b}^{3/2}+(-{\in }^4{n_i}^3-{n_b}^3)m,$∈＝V_i/V_b。