现代流域底坡及植被对坡面流水动力学特性影响研究

发布时间：2020-04-23 06:51

【摘要】：坡面流水动力学特性是研究坡面流水力侵蚀、泥沙运移规律的核心问题,对精确模拟坡面流产、汇流过程有着显著影响。底坡、植被是影响水动力学特性的重要因素,底坡变化改变了坡面流的流速和下渗方式,植被与水流的相互作用,增加了水流阻力,消耗了水流能量,使沉积物迁移速度减慢,降低了水力侵蚀强度,种植植被是水土保持措施中重要的生态工程,已成为防治坡面水土流失的重要措施。植被空间分布对地表径流产流过程和汇流流量分配问题有重要影响,从而对分布式水文模型栅格单元间的流量分配产生影响。为了研究植被分布、坡度在水环境保护、生态河流建设、水土保持和流量在栅格单元间分配中的作用,证实地表植被空间变化对地表径流具有方向性差异阻力影响,利用变坡试验水槽和圆柱体进行模拟植被水流试验,采用室内定床冲刷试验,以圆柱体模拟植被茎秆,模拟研究3种植被分布(植被排列走向与水流流向夹角为30°、45°和90°)在5种坡度(0.0%、0.5%、1.0%、2.0%和 3.0%)条件下弗劳德数、雷诺数、Darcy-Weisbach阻力系数和植被拖曳力系数随水深的变化特征。结果表明:当植被走向角、水深相同时,弗劳德数、雷诺数、沿程能量损失随坡度的增大而增大;坡度对Darcy-Weisbach阻力系数、植被拖曳力系数没有显著影响作用。相同坡度、水深条件下,弗劳德数、雷诺数随植被走向角增大而增大;沿程能量损失随植被走向角增大而减小;植被拖曳力系数、Darcy-Weisbach阻力系数随植被走向角增大而减小;相同坡度、植被走向情况下,随水深增大,弗劳德数先减小后趋于稳定,雷诺数逐渐增大;沿程能量损失随水深变化的规律因坡度改变而变化;Darcy-Weisbach阻力系数逐渐增大,植被拖曳力系数先减小后趋于稳定,且存在一分界水深,超过分界水深,水深不再影响植被拖曳力系数变化;分界水深随坡度增大而减小,坡度通过改变分界水深影响植被拖曳力系数变化规律。
【图文】：

本试验是在山东科技大学地球科学与工程学院水文与水力学实验室矩形自循逡逑环明渠水槽中进行的。试验装置由变坡矩形水槽、水箱、测压计、调坡装置、尾逡逑门等组成（图３．１）。水槽长５．０ｍ、宽０．４ｍ、深０．３ｍ，水槽侧壁和底部由有机玻璃逡逑制成。试验段长度３．０ｍ，在试验段长度范围内设置２个观测断面，记作１、２段面，逡逑并分别布设测压管观测水位。实验中选择型测压管，本试验选择后置刻度的倒逡逑倒Ｕ型测压管，分别测量水槽不同位置的水头，分设２个观测断面，观测断面之逡逑间的距离为１．５ｍ。调坡装置位于水槽底板下，利用手动滑轮调整放置在水槽下的逡逑钢梁以设置不同水槽坡度，共设５种坡度（０．０％、０．５％、１．０％、和２．０％和３．０％）。逡逑在水槽与水箱连接处设有流量控制阀门，以便调整任意流量大小，流量变化范围逡逑为邋０？０．１０５ｍ３／ｓ。逡逑本试验选择电磁流量计（型号：ＬＤＧ－ＭＩＫ－ＤＮ１００；流量范围：０－１００．００ｍ３／ｈ；逡逑口径：ＤＮ１００；系数：０．８８５９；最大压力：１．６ＭＰａ；工作温度：－１０°Ｃ－８（ＴＣ；准确逡逑度等级：０．５级：防护等级：丨Ｐ６５；电源：ＡＣ２２０Ｖ、５０Ｈｚ；编号：１５０８１５０９；衬逡逑里：ＣＲ），通过观测瞬时流量的变化，可以近似取得某一段时间的平均流量。其逡逑优点在于：电磁流量计的输出信号和实测流量成线性关系

又考虑到为了使野外作物分布与实验室水力模型之间的比尺映射关系计算相逡逑对比较简单，，水力模型试验的相邻圆柱体之间距离为0．0６ｍ，试验时将有机玻璃板逡逑铺设在水槽试验段模拟植被（见图３．２－３．４）。逡逑眶覆１sE１４、Ｉ逡逑＼逦被排列方向逦＼逡逑图３．２试验中植被排列走向示意图逡逑Ｆｉｇ．邋３．２邋Ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ｖｅｇｅｔａｔｉｏｎ邋ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ逡逑■邋ｉ逡逑图３．邋３邋０＝９０＂时圆柱体分布俯视图逦图３．４邋０＝４５＂时圆柱体分布正视图逡逑Ｆｉｇ．邋３．３邋Ａ邋ｔｏｐ邋ｖｉｅｗ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ｃｙｌｉｎｄｅｒ邋ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ逦Ｆｉｇ．邋３．４邋Ｃｙｌｉｎｄｒｉｃａｌ邋ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ邋ｆｒｏｎｔ邋ｖｉｅｗ逡逑？ａｔ邋l挘剑梗

本文编号：2637470