河流流量与河道水力学

河流流量和河道水力学描述了水如何在明渠中流动，其流量如何与水深、坡度和糙率相关，以及在实践中如何测量。

Definition

河流流量是指水在明渠中的流动，河道水力学是研究在自由水面条件下，水流的深度、流速和流量与河道几何形状、坡度和糙率之间关系的理论体系。

Scope

本主题涵盖了明渠流动的原理、均匀流和渐变流、将流速与河道特性联系起来的阻力方程，以及通过流速仪测量和水位-流量关系曲线测量河流流量。它主要处理河道内的水流本身，而泥沙和河道形态则在单独的主题中讨论。

Core questions

• 流量与河道水深、坡度和糙率有何关系？
• 均匀流、渐变流和急变流有何区别？
• 河流流量在野外如何测量？
• 水位-流量关系曲线如何将水位转换为流量？

Key concepts

• 明渠水流
• 均匀流和渐变流
• 曼宁方程和糙率
• 水力半径和横截面
• 流量测量
• 水位-流量关系曲线

Key theories

明渠阻力方程

曼宁方程等经验阻力定律将平均流速与河道坡度、水力半径和糙率系数联系起来，为计算明渠流量提供了标准方法。

水位-流量关系曲线

由于直接连续测量流量不切实际，因此通过定期流速仪测量校准的关系曲线，将流量与易于记录的水位联系起来，这是河流测量的基础。

Clinical relevance

河道水力学是渠道、涵洞和防洪工程设计、为几乎所有地表水文提供数据的河流测站网络运行，以及洪水波在河流系统中传播的基础。

History

明渠水力学通过18世纪和19世纪的阻力公式（谢才、曼宁）发展起来，并在乔的1959年著作中得到综合。利用流速仪和水位-流量关系曲线进行系统性的河流测量，并由美国地质调查局（USGS）等机构编纂成法，使得连续流量记录成为水文学的支柱。

Key figures

• Ven Te Chow
• Robert Manning

Seminal works

• chow1959
• dingman2015
• rantz1982

Frequently asked questions

如何连续测量河流的流量？

流量仅通过沿河道测量流速的方式进行周期性直接测量；这些测量用于校准水位-流量关系曲线，以便在两次直接测量之间，可以将连续记录的水位转换为流量。

曼宁方程有什么用途？

它根据河道坡度、水力半径和糙率系数估算明渠水流的平均流速，进而估算流量，并广泛应用于河道设计、洪水测绘和流量计算。