3EWATER之粗糙度的选择

水流在天然河道中流动会不断的损失能量，主要分为沿程损失与局部损失两部分。

其中，局部损失主要是由于河道形状的突变（如扩张、转弯等），造成水流在流经这些区域时，流速断面将重新分布，流体质点与质点、流体质点与河道边界发生碰撞，产生漩涡，使水流流动受到阻碍。流体为克服这种阻碍损失的能量称为局部损失。

由于流体均具有一定的粘性，因此水流与河道底以及水流之间存在摩擦力，所以水流沿着河道流动的过程中，总是受到这两种摩擦力的阻滞（在紊流的情况下，随着漩涡的不断产生和消亡，也伴随着能量的损失，这种损失不在本文的讨论范围内），水流为了克服这两种摩擦力造成的能量损失成为沿程损失。如图2所示，1、3处水头损失为沿程损失，2、4处水头损失为局部损失。

根据以上沿程损失的两种原因，分为内因和外因。内因是由于水流存在粘性和惯性导致水流之间存在摩擦力；外因则是河道的底部或侧面边界对流动的阻滞和扰动。对于不同类型的河道，这种阻滞和扰动程度有所不同。

在3EWATER中，控制固体边界对水流造成阻滞和扰动的主要参数是粗糙度。粗糙度的表现形式支持三种公式表达：Chezy公式、Manning公式和White-Colebrook方程。下面就这三种公式分别说明。

（1）      Chezy公式

谢才公式是计算明渠和管道均匀流平均流速或沿程水头损失的主要公式。对于层流和紊流都适用，但只适用于粗糙区（阻力平方区），即Re很高时，沿程阻力系数Re无关，只是粗糙度的函数。此时沿程阻力与流速的平方成正比，所以又叫阻力平方区。天然明渠流一般都处于阻力平房区。因此广泛适用。公式如下：

（2）       Manning公式

Manning公式是计算明渠流速度的经验公式，同Chezy系数一样，也适用于层流和紊流，应用时应确保水流处于粗糙区。

（3）       White-Colebrook方程

White-Colebrook方程属于计算阻力系数的一个经验方程。公式如下：

针对以上三种粗糙度的设置，3EWATER不仅可以对河道网格点进行统一赋值，还可以对局部进行单独赋值，同时3EWATER还提供Manning系数的参考值，为用户初步快速设置粗糙度提供参考。

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