技術(shù)特征：

1.一種基于恒定非均勻流的河道曼寧糙率的計(jì)算方法，其特征在于，所述方法的步驟如下：

設(shè)定約束條件的步驟：用于設(shè)定一段生長柔性水生植物的矩形渠道，沿流向取兩個(gè)過水?dāng)嗝嬷g長度為L的水體為控制體，建立直角坐標(biāo)系，x為沿流向方向，y為橫向，z為鉛垂方向，沿x方向滿足動(dòng)量定理，動(dòng)量公式為：

P₁+F_G-F_Vad-F₀-P₂＝ρQ(U₂-U₁)

式中：P₁為控制體上游過水?dāng)嗝嫠軇?dòng)水作用力、P₂為控制體下游過水?dāng)嗝嫠軇?dòng)水作用力、F_G為控制體所受重力沿x方向的分量、F_Vad為控制體所受的植物附加阻力、F₀為無植物時(shí)原河床阻力、ρ為水體密度、Q為流量、U₁為控制體上游過水?dāng)嗝娴牧魉?、U₂為控制體下游過水?dāng)嗝娴牧魉伲?/p>

計(jì)算控制體沿流向的重力分量的步驟：用于通過公式：

$F_G=\mathrm{\ρ}giBL(\frac{h_1+h_2}{2}-V_{V}M)$

計(jì)算控制水體所受重力沿流向x的分量F_G，式中：i為水槽底坡、B為水槽水面寬度、L為控制體長度、V_V為單株植物的排開水體的體積、M為單位面積內(nèi)植物株數(shù)、h₁為控制體上游過水?dāng)嗝娴乃?、h₂為控制體下游過水?dāng)嗝娴乃睿?/p>

計(jì)算控制體上下游過水?dāng)嗝嫠軇?dòng)水作用力的步驟：用于使用公式：

$\begin{array}{cc}{P}_1=\mathrm{\ρ}gB\frac{h_1^2}{2},& P_2=\mathrm{\ρ}gB\frac{h_2^2}{2}\end{array}$

按靜水壓力分布分別計(jì)算上下游過水?dāng)嗝嫠軇?dòng)水作用力P₁和P₂；

計(jì)算過水?dāng)嗝鏉裰艿牟襟E：用于通過公式：

χ＝B+2h

計(jì)算過水?dāng)嗝鏉裰?，其中：h為控制體的平均水深；

計(jì)算綜合阻力的步驟：用于利用公式：

F_V＝τ_VχL

控制體所受植物及原水槽影響的綜合阻力F_V，式中：τ_V為水槽內(nèi)水生植物及原水槽邊界引起的綜合剪應(yīng)力；

建立動(dòng)量方程的步驟：用于將

$F_G=\mathrm{\ρ}giBL(\frac{h_1+h_2}{2}-V_{V}M),$

$\begin{array}{cc}{P}_1=\mathrm{\ρ}gB\frac{h_1^2}{2},& P_2=\mathrm{\ρ}gB\frac{h_2^2}{2}\end{array},$

F_V＝τ_VχL，

帶入動(dòng)量公式，即得動(dòng)量方程：

${\mathrm{\τ}}_V\mathrm{\χ}L=\mathrm{\ρ}gB\frac{h_1^2-h_2^2}{2}+\mathrm{\ρ}giBL(\frac{h_1+h_2}{2}-V_{V}M)+\mathrm{\ρ}Q(U_1-U_2);$

解出綜合曼寧糙率的步驟：用于聯(lián)立公式：

${\mathrm{\τ}}_V\mathrm{\χ}L=\mathrm{\ρ}gB\frac{h_1^2-h_2^2}{2}+\mathrm{\ρ}giBL(\frac{h_1+h_2}{2}-V_{V}M)+\mathrm{\ρ}Q(U_1-U_2)$

τ_V＝ρgRJ

$n_V=\frac{R^{2/3}{J}^{1/2}}{U}$

求解上述聯(lián)立公式，可得：

$n_V=\sqrt{\frac{{\mathrm{\τ}}_V{R}^{1/3}}{{\mathrm{\ρgU}}^2}}$

式中，n_V為基于恒定非均勻流條件得到的水槽綜合曼寧糙率、τ_V為水槽內(nèi)水生植物及原水槽邊界引起的綜合剪應(yīng)力、g為重力加速度、R為控制體的平均水力半徑、U為控制體的平均流速。

2.一種使用權(quán)利要求1所述方法的結(jié)論測定河道曼寧糙率的方法，其特征在于，所述方法的步驟如下：

實(shí)地測定河道曼寧糙率的步驟：用于選定需要測定曼寧糙率的河段進(jìn)行水力學(xué)測量，測量內(nèi)容包括：河道流量Q、河道底坡i、水面寬度B、河段長度L、施測河段首斷面和末斷面的水深h₁、h₂、施測河段首斷面和末斷面的流速U₁、U₂；

計(jì)算濕周和水力半徑的步驟：用于根據(jù)施測河段首斷面和末斷面的水深、河道斷面尺寸計(jì)算平均過水?dāng)嗝鏉裰堞趾退Π霃絉；

實(shí)地測量植物的步驟：用于對(duì)施測河段的水生植被進(jìn)行采樣測量，測量內(nèi)容包括：單株植物的排開水體的體積V_V、單位面積內(nèi)植物株數(shù)M；

計(jì)算綜合剪應(yīng)力的步驟：用于根據(jù)公式：

${\mathrm{\τ}}_V\mathrm{\χ}L=\mathrm{\ρ}gB\frac{h_1^2-h_2^2}{2}+\mathrm{\ρ}giBL(\frac{h_1+h_2}{2}-V_{V}M)+\mathrm{\ρ}Q(U_1-U_2)$

計(jì)算河道內(nèi)水生植物及原河床邊界引起的綜合剪應(yīng)力；

計(jì)算曼寧糙率的步驟：用于根據(jù)公式：

$n_V=\sqrt{\frac{{\mathrm{\τ}}_V{R}^{1/3}}{{\mathrm{\ρgU}}^2}}$

計(jì)算得到天然河道綜合曼寧糙率n_V。