4)鉴于进行试验的水槽中的水流比较深，使得水流的水动力学特征参数很容易因为外界条件的变化而发生变化，因此在试验水槽的制作以及后期的安放等环节的质量都做出了相对比较规范的操作要求，主要是为了保证所有的试验材料为整体装置，避免接缝对水流的干扰，使床面均匀平滑，无明显局部扰动产生。

1.2 测定方法

在试验过程中，要在水槽的坡面水流达到平稳后反复准确地测量单位时间内的单宽流量、流速、水深，同时注意气泡对试验的影响[第一论文网lunwen.1kejian.com提供代写论文和论文代写的服务]。在试验中，用染色剂法[11]分别在水槽进口1 m以下和水槽末端0.3～5.0 m的位置观测流速，水深测量在粗糙床面采用自上而下的方法，水深计算方法见公式(1)。

h=-H′+H0 (1)

式(1)中，h为实际中采用的有效水深(mm);H′是测针的读数(mm);H0是试验采用的有机玻璃的厚度，本研究定位为5 mm。

本研究中量测流速采用染色剂法，测定的区域位于距水槽末端0.6 m以上的2.0～3.0 m范围以内;水层较深(>2.0 cm)时采用染色剂法，即在测定时将KMnO4溶液用塑料管注入水流中，记录染色水流流经测定区域所用的时间，再用测定区域长度除以时间即得水流表面速度[11，12]。水深使用精度为0.01 mm的重庆水文仪器制造厂生产的SX40-1型水位测针测定。

2 结果与分析

2.1 水流的平均流速

通常，谢才公式用来表征水流的层流，而曼宁公式用来表征水流的紊流，它们都把流速看成是水深与坡度之间的幂函数[13]。可是后来的研究证明，在水流流动形成的细小的沟中，水流的速度与坡度几乎没有关系，只与流量之间形成函数关系，这种情况可以看成是由于水流流过的细小沟中的阻力引起的[14，15]。随着坡面坡度不断变大，水流流速也相应增加，具有的能量也不断增加，使得水流的侵蚀能力和流床的阻力也相应变大。当流量变大时，水流的平均流速以幂函数的形式变大;在流量较小时，坡面坡度对水流的流速产生的影响比较小，随着流量的不断变大，坡面坡度对水流流量的影响也越来越大。在坡度变大的时候，水流平均流速相应变大，但流量不同时，坡度引起的水流流速的变化也不相同，在流量比较大的时候，坡度的影响也相应较大。

由于坡面水流流态确定比较困难，使得其水力计算也较为困难。1945年，Horton[16]假定坡面流是紊流与层流流态相互交错的混合流，从而可以认为：

式(2)中，q为单宽流量;Kf为综合系数，表示坡面阻力;S0为坡面坡度;h为有效水深;M1、M2为水流流区决定的指数，一般情况下，层流情况下M2为3，紊流情况下M2为5/3。式中，单宽流量、坡度、有效水深均为可测量要素，因此以指数M1为主要研究对象，并以此来确定水流流态。

通过对试验数据进行分析，对水流的单宽流量(q)与平均流速(V)进行拟合，得出水流的平均流速和单宽流量成幂函数关系拟合情况最好，其拟合方程见表1。

2.2 水流的平均水深

通过试验，得出不同坡度条件下平均水流深度随单宽流量的变化规律。由表2可知，当单宽流量逐渐增大的时候，坡面水流的平均水深也逐渐增大。但是，随着坡度变大，水深却变小。在水流流量比较小的时候，平均水深的差异相对很小，而在流量变大的情况下坡度的影响也随之增加。另外还发现当坡度由小变大的过程中，平均水深之间的变化却逐渐变小。

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