淹没植被作用下流速及含沙量垂线分布试验研究

摘要

水生植被作为一种既环保又有效的透水性障碍物，具有改善生态环境、维护生态多样性，防止水土流失，固岸固滩等作用。在河道中，植被的存在改变了水流结构和泥沙浓度的分布，使河道水力学问题变得更为复杂。目前已有学者研究了植被对水流和泥沙的影响，但对淹没植被作用下流速及含沙量垂向分布研究甚少，而此研究对于今后开展河道修复及环境保护工作有着重要意义。
　　在借鉴前人研究成果的基础上，试验分别选取了刚性和柔性材料模拟植被，两种设定布置密度和15种淹没度，采用只突出单一因素而隔离其他因素影响的方法，逐个分析淹没度、植被密度、植被特性等要素的影响，并进行对比分析，研究植被对水流结构和含沙量垂线分布的影响。结果表明:
　　(1)植被的存在明显影响了水流流速及其紊动特性，植被对水流的阻滞作用大于底层切应力，改变了流速垂向分布结构。流速受刚性植被存在的影响，不再呈半对数分布，而是划分为三个区域，分别是:植被层底部区域（h＜0.8hv），植被层顶部区域（0.8hv＜h＜1.5hv）和植被层上部水流区域（h＞1.5hv）。在h＜0.8hv区域内流速缓慢增大，至0.8hv＜h＜1.5hv区域流速呈线性增长，且增速较快，在h＞1.5hv区域内流速呈对数分布;淹没柔性植被作用下流速也划分为三个区域，不同的是:h＜0.6hv为植被层底部区域，三个区域内流速分布定性规律与刚性植被作用下一致;
　　(2)对于同一种植被特性，布置密度不同时流速分区相同，但随着植被密度的减小，h＞1.5hv区域内水流流速受植被的影响范围越小;
　　(3)相同淹没度时，刚性植被不同布置形式的糙率不同，糙率值随着植被密度的增大而增大;同等淹没度增量时，糙率值的减小值随淹没度的增大而减小;相同布置形式，在淹没度H/hv＜3.0时，含刚性植被时的糙率比含柔性植被时大，当淹没度H/hv≥3.0时，则相反;糙率值与淹没度呈幂函数分布:n=C（H/hv）m;
　　(4)挟沙水流含细沙且含沙量小时，近水槽底部的含沙量稍大，淹没度H/hv＜3.0，植被作用下垂线含沙量随距水槽底部距离的增加缓慢减小，与无植被时基本一致;淹没度H/hv≥3.0时，植被层内垂线含沙量明显随距槽底距离的增加而减小，植被层上部垂线含沙量缓慢减小，符合Rouse公式。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究的目的与意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 植被作用下水流流速垂线分布研究现状

1．2．2 植被作用下挟沙水流含沙量垂线分布研究现状

1．2．3 存在的问题

1．3 研究内容

2 试验方案设计

2．1 试验装置与仪器

2．2 试验材料

2．3 试验布置

2．4 水力参数

3 水流流速沿垂线分布定性分析

3．1 刚性植被对水流流速垂线分布的影响

3．1．1 刚性植被不同淹没度下水流垂线流速

3．1．2 刚性植被不同布置密度下水流垂线流速分布图

3．2 柔性植被对水流流速垂线分布规律

3．2．1 柔性植被不同淹没度下水流垂线流速分布图

3．2．2 柔性植被与刚性植被水流垂线流速比较

3．3 糙率值分析

3．3．1 淹没植被作用下的糙率研究

3．3．2 刚性植被不同布置密度糙率值分析

3．3．3 柔性植被与刚性植被相同布置密度糙率值分析

3．4 本章小结

4 植被作用下水流流速沿垂线分布公式

4．1 植被作用下水流流速分布公式研究成果

4．2 试验成果拟合公式

4．3 本章小结

5 植被作用下含沙量垂线分布分析

5．1 植被作用下含沙量垂线分布

5．2 植被作用下含沙量垂线分布理论计算

5．3 本章小结

6 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果

致谢