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标准Ⅱ型马蹄形断面水面线的积分算法
第32卷第4期 长 江 科 学 院 院 报 Vol.32 No.4 2015年4月 JournalofYangtzeRiverScientificResearchInstitute Apr.2015 DOI:10.3969/j.issn.1001-5485.2015.04.012 2015,32(04):59-64 标准 型马蹄形断面水面线的积分算法 Ⅱ 张志昌,贾 斌 (西安理工大学 水利水电学院,西安 710048) 摘 要:标准 型马蹄形断面由于几何形状复杂,水面线的计算较为困难,研究其工程设计中的简化计算方法是完 Ⅱ 全必要的。根据标准 型马蹄形断面的几何关系分析了标准 型马蹄形断面不同区域内相对断面面积、相对湿 Ⅱ Ⅱ 周、相对水力半径、相对水深和相对水面宽度的计算方法。根据明渠恒定非均匀流水面线的微分方程,给出了标准 2 Ⅱ型马蹄形断面水面线的分段试算法公式。根据最小二乘法拟合原理,给出了j′,Fr′与相对水深h/r的近似关 1 系,并以此关系给出了标准 型马蹄形断面水面线的积分公式,积分公式为显函数关系式,计算方便。通过3个算 Ⅱ 例比较了试算法和积分法的结果,其中试算法的步高取为1mm,积分法与试算法相比,最大误差为0.965%,计算 精度满足工程设计要求。 关键词:标准 型马蹄形断面;明渠;水面线;分段试算法;积分法 Ⅱ 中图分类号:TV131 文献标志码:A 文章编号:1001-5485(2015)04-0059-06 文献[9]采用龙格 -库塔法计算明渠水面线,但该 文算例中的计算过程不符合水面线计算的原则,该 1 研究背景 方法值得商榷。文献[10]研究了六圆弧蛋形断面 棱柱体明渠水面线的计算是明渠边墙高度设计 水面曲线的简化计算方法,该方法通过积分可以直 的重要依据。明渠水面线的计算方法主要有分段试 接计算水面曲线,是一种值得借鉴的方法。文献 算法、数值积分法、水力指数法和简化计算方法等。 [11]仍采用文献[7]的方法计算标准 型马蹄型断 Ⅰ 分段试算法实际上是将水面线的微分方程变为差分 面的水面线。 [1] 方程,由于不需借助图表而在工程中广泛应用 , 由以上综述可以看出,明渠水面线的计算方程 但分段试算法计算过程比较复杂,计算精度与所取 比较复杂,近年来采用的迭代法、积分法、级数解法 的断面水深或流段长度有关[2]。数值积分法常用 仅限于矩形或梯形相对简单的断面。对于断面形状 [3] 比较复杂的马蹄形断面,目前只有标准 型马蹄形 矩形法、梯形法或辛普生法进行近似计算 。水力 Ⅰ 指数法和简化计算方法中的参变量需借助表格查 断面的积分计算方法,对于标准 型马蹄形断面,尚
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