植被格局对坡面流水动力学特性的影响研究
发布时间：2021-07-22 17:18
坡面流是黄土高原坡面水力侵蚀外部侵蚀动力之一,其水动力学特性极易受植被特征、地表土壤特性和降雨的影响。因此,深入研究植被格局和盖度交互作用下坡面流阻力机制,对于黄土高原水蚀研究具有重要指导意义。本研究通过室内模拟放水冲刷试验,以水力学以及应用生态学为基础,探究植被景观异质性对坡面径流水动力学特性影响,并分别建立模拟自然条件下、植被格局和盖度共同影响下坡面流阻力经验公式,为植被格局覆盖下坡面流阻力计算提供新思路,以及对水力学在坡面流的延伸和实践应用起到一定的完善和丰富作用。（1）随机斑块状植被覆盖下,在虚拟层流区,综合阻力系数与雷诺数呈负相关,而在过渡流区,二者关系在临界覆盖度处发生转捩,随覆盖度的增加,二者关系逐步由负相关变为正相关;综合阻力系数与覆盖度呈幂指函数相关,而随淹没度变化趋势则受制于覆盖度。低于临界覆盖度时,二者整体上为负相关,高于临界覆盖度时,综合阻力系数随着淹没度增大先减后增。此外,基于水流阻力等效原则,综合考虑水力坡度、覆盖度、雷诺数、淹没度的影响,建立了坡面流阻力计算模型。（2）相同盖度五种格局下坡面植被斑块的壅水缓流效果在小流量时区分不大,流量较大时格局差异逐渐凸...
【文章来源】：西北农林科技大学陕西省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
不同植被覆盖度Cr下人
西北农林科技大学硕士学位论文10置黄土高原地区常见坡度为0.0349、0.0698、0.1045、0.1392、0.1736和0.2079共六个坡度。黄土高原地区临界侵蚀雨强范围为30~36mm/h，最大峰值雨强可达150mm/h。单宽流量范围设置为0.278×10-3~2.500×10-3m2/s，相当于面积为8.33~90.00m2产生的汇流。流量由流量调节阀和蠕动泵控制，采用体积法（称重法）测定。（2）试验设置覆盖度Cr分别为0、1.26%、2.51%、3.77%和5.03%共5种工况。为模拟天然状态下植被分布形态，模拟草被采用斑块状随机布设，每个植被斑块由4-5簇人工矮草聚集而成，形状近似圆形，以消除因斑块形状的不同而对试验结果的影响。(a).Cr=1.26%(b).Cr=2.51%(c).Cr=3.77%(d).Cr=5.03%图2-2不同植被覆盖度Cr下人工模拟植被斑块状分布俯视图Fig.2-2TopviewofpatchdistributionofartificiallysimulatedvegetationunderdifferentvegetationcoverageCr（3）距水槽起始位置0.75m处布设植被，沿水槽设纵向观测断面5个，沿坡面自上而下分别为0+1.00m、0+1.50m、0+2.00m、0+2.50m、0+3.00m。每个断面横向设4个测点，用KMnO4染色示踪液表层优势流速以及重庆水文仪器厂生产的SX402数显测针仪测定水深，精度为0.01mm。取断面0+1.00m和断面0+3.00m间水体作为控制水体，长度为2m。(a).试验草被(a).Testquilt(b).KMnO4示踪(b).KMnO4tracer(c).测针(c).Needie图2-3试验参数测量仪器图Fig2-3Testparametermeasurementinstrumentdiagram
西北农林科技大学硕士学位论文10置黄土高原地区常见坡度为0.0349、0.0698、0.1045、0.1392、0.1736和0.2079共六个坡度。黄土高原地区临界侵蚀雨强范围为30~36mm/h，最大峰值雨强可达150mm/h。单宽流量范围设置为0.278×10-3~2.500×10-3m2/s，相当于面积为8.33~90.00m2产生的汇流。流量由流量调节阀和蠕动泵控制，采用体积法（称重法）测定。（2）试验设置覆盖度Cr分别为0、1.26%、2.51%、3.77%和5.03%共5种工况。为模拟天然状态下植被分布形态，模拟草被采用斑块状随机布设，每个植被斑块由4-5簇人工矮草聚集而成，形状近似圆形，以消除因斑块形状的不同而对试验结果的影响。(a).Cr=1.26%(b).Cr=2.51%(c).Cr=3.77%(d).Cr=5.03%图2-2不同植被覆盖度Cr下人工模拟植被斑块状分布俯视图Fig.2-2TopviewofpatchdistributionofartificiallysimulatedvegetationunderdifferentvegetationcoverageCr（3）距水槽起始位置0.75m处布设植被，沿水槽设纵向观测断面5个，沿坡面自上而下分别为0+1.00m、0+1.50m、0+2.00m、0+2.50m、0+3.00m。每个断面横向设4个测点，用KMnO4染色示踪液表层优势流速以及重庆水文仪器厂生产的SX402数显测针仪测定水深，精度为0.01mm。取断面0+1.00m和断面0+3.00m间水体作为控制水体，长度为2m。(a).试验草被(a).Testquilt(b).KMnO4示踪(b).KMnO4tracer(c).测针(c).Needie图2-3试验参数测量仪器图Fig2-3Testparametermeasurementinstrumentdiagram
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于多流向流量分配的水流阻力算法试验研究[J]. 张升堂,曲军霖,王雪瑞,孙文宁. 中国农村水利水电. 2019(10)
[2]不同植被格局下凸型坡径流流速时空变化及产沙研究[J]. 张霞,李鹏,李占斌,于国强,李聪. 水土保持学报. 2018(06)
[3]不同布置形态下刚性淹没植被对水流特性的影响[J]. 杨琰青,王雯,顾中明,董嘉锐,周凯波,李佳佳. 水资源与水工程学报. 2018(05)
[4]1901—2014年黄土高原区域气候变化时空分布特征[J]. 任婧宇,彭守璋,曹扬,霍晓英,陈云明. 自然资源学报. 2018(04)
[5]草带布设位置对坡沟系统水文连通性的影响[J]. 马勇勇,李占斌,任宗萍,李鹏,鲁克新,李聪,汤珊珊,王添. 农业工程学报. 2018(08)
[6]急陡黄土坡面薄层水流水力学参数变化特征[J]. 白玉洁,张风宝,杨明义,李占斌,张加琼. 土壤学报. 2018(03)
[7]模拟植被地表覆盖率和粗糙度对坡面流水动力特性的影响[J]. 刘文剑,张会兰,王玉杰,王云琦,杨坪坪,王晨沣,赵兴龙. 水土保持学报. 2017(06)
[8]柔性植被和刚性植被水流水动力学特性研究[J]. 杨婕,张宽地,杨帆. 人民黄河. 2017(08)
[9]雨强和糙度对坡面薄层流水动力学特性的影响[J]. 王俊杰,张宽地,杨苗,范典,龚家国. 农业工程学报. 2017(09)
[10]坡度和植被盖度对粉砂质河岸带坡面流侵蚀水动力特征的影响[J]. 张祎帆,赵清贺,丁圣彦,曹梓豪,刘璞,吴长松,卞子亓. 应用生态学报. 2017(08)
博士论文
[1]黄土地区流域森林植被格局对侵蚀产沙过程的调控研究[D]. 秦富仓.北京林业大学 2006
硕士论文
[1]植被覆盖下坡面流水动力学特性研究[D]. 杨帆.西北农林科技大学 2017
[2]非淹没刚性植被对水流阻力和水流能量特性影响的研究[D]. 黄文沛.华北电力大学 2013
[3]坡面植被格局对水土流失影响的实验研究[D]. 沈中原.西安理工大学 2006
[4]降雨条件下坡面薄层水流水动力学特性试验研究[D]. 梅欣佩.西安理工大学 2004
本文编号：3297564
【文章来源】：西北农林科技大学陕西省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
不同植被覆盖度Cr下人
西北农林科技大学硕士学位论文10置黄土高原地区常见坡度为0.0349、0.0698、0.1045、0.1392、0.1736和0.2079共六个坡度。黄土高原地区临界侵蚀雨强范围为30~36mm/h，最大峰值雨强可达150mm/h。单宽流量范围设置为0.278×10-3~2.500×10-3m2/s，相当于面积为8.33~90.00m2产生的汇流。流量由流量调节阀和蠕动泵控制，采用体积法（称重法）测定。（2）试验设置覆盖度Cr分别为0、1.26%、2.51%、3.77%和5.03%共5种工况。为模拟天然状态下植被分布形态，模拟草被采用斑块状随机布设，每个植被斑块由4-5簇人工矮草聚集而成，形状近似圆形，以消除因斑块形状的不同而对试验结果的影响。(a).Cr=1.26%(b).Cr=2.51%(c).Cr=3.77%(d).Cr=5.03%图2-2不同植被覆盖度Cr下人工模拟植被斑块状分布俯视图Fig.2-2TopviewofpatchdistributionofartificiallysimulatedvegetationunderdifferentvegetationcoverageCr（3）距水槽起始位置0.75m处布设植被，沿水槽设纵向观测断面5个，沿坡面自上而下分别为0+1.00m、0+1.50m、0+2.00m、0+2.50m、0+3.00m。每个断面横向设4个测点，用KMnO4染色示踪液表层优势流速以及重庆水文仪器厂生产的SX402数显测针仪测定水深，精度为0.01mm。取断面0+1.00m和断面0+3.00m间水体作为控制水体，长度为2m。(a).试验草被(a).Testquilt(b).KMnO4示踪(b).KMnO4tracer(c).测针(c).Needie图2-3试验参数测量仪器图Fig2-3Testparametermeasurementinstrumentdiagram
西北农林科技大学硕士学位论文10置黄土高原地区常见坡度为0.0349、0.0698、0.1045、0.1392、0.1736和0.2079共六个坡度。黄土高原地区临界侵蚀雨强范围为30~36mm/h，最大峰值雨强可达150mm/h。单宽流量范围设置为0.278×10-3~2.500×10-3m2/s，相当于面积为8.33~90.00m2产生的汇流。流量由流量调节阀和蠕动泵控制，采用体积法（称重法）测定。（2）试验设置覆盖度Cr分别为0、1.26%、2.51%、3.77%和5.03%共5种工况。为模拟天然状态下植被分布形态，模拟草被采用斑块状随机布设，每个植被斑块由4-5簇人工矮草聚集而成，形状近似圆形，以消除因斑块形状的不同而对试验结果的影响。(a).Cr=1.26%(b).Cr=2.51%(c).Cr=3.77%(d).Cr=5.03%图2-2不同植被覆盖度Cr下人工模拟植被斑块状分布俯视图Fig.2-2TopviewofpatchdistributionofartificiallysimulatedvegetationunderdifferentvegetationcoverageCr（3）距水槽起始位置0.75m处布设植被，沿水槽设纵向观测断面5个，沿坡面自上而下分别为0+1.00m、0+1.50m、0+2.00m、0+2.50m、0+3.00m。每个断面横向设4个测点，用KMnO4染色示踪液表层优势流速以及重庆水文仪器厂生产的SX402数显测针仪测定水深，精度为0.01mm。取断面0+1.00m和断面0+3.00m间水体作为控制水体，长度为2m。(a).试验草被(a).Testquilt(b).KMnO4示踪(b).KMnO4tracer(c).测针(c).Needie图2-3试验参数测量仪器图Fig2-3Testparametermeasurementinstrumentdiagram
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于多流向流量分配的水流阻力算法试验研究[J]. 张升堂,曲军霖,王雪瑞,孙文宁. 中国农村水利水电. 2019(10)
[2]不同植被格局下凸型坡径流流速时空变化及产沙研究[J]. 张霞,李鹏,李占斌,于国强,李聪. 水土保持学报. 2018(06)
[3]不同布置形态下刚性淹没植被对水流特性的影响[J]. 杨琰青,王雯,顾中明,董嘉锐,周凯波,李佳佳. 水资源与水工程学报. 2018(05)
[4]1901—2014年黄土高原区域气候变化时空分布特征[J]. 任婧宇,彭守璋,曹扬,霍晓英,陈云明. 自然资源学报. 2018(04)
[5]草带布设位置对坡沟系统水文连通性的影响[J]. 马勇勇,李占斌,任宗萍,李鹏,鲁克新,李聪,汤珊珊,王添. 农业工程学报. 2018(08)
[6]急陡黄土坡面薄层水流水力学参数变化特征[J]. 白玉洁,张风宝,杨明义,李占斌,张加琼. 土壤学报. 2018(03)
[7]模拟植被地表覆盖率和粗糙度对坡面流水动力特性的影响[J]. 刘文剑,张会兰,王玉杰,王云琦,杨坪坪,王晨沣,赵兴龙. 水土保持学报. 2017(06)
[8]柔性植被和刚性植被水流水动力学特性研究[J]. 杨婕,张宽地,杨帆. 人民黄河. 2017(08)
[9]雨强和糙度对坡面薄层流水动力学特性的影响[J]. 王俊杰,张宽地,杨苗,范典,龚家国. 农业工程学报. 2017(09)
[10]坡度和植被盖度对粉砂质河岸带坡面流侵蚀水动力特征的影响[J]. 张祎帆,赵清贺,丁圣彦,曹梓豪,刘璞,吴长松,卞子亓. 应用生态学报. 2017(08)
博士论文
[1]黄土地区流域森林植被格局对侵蚀产沙过程的调控研究[D]. 秦富仓.北京林业大学 2006
硕士论文
[1]植被覆盖下坡面流水动力学特性研究[D]. 杨帆.西北农林科技大学 2017
[2]非淹没刚性植被对水流阻力和水流能量特性影响的研究[D]. 黄文沛.华北电力大学 2013
[3]坡面植被格局对水土流失影响的实验研究[D]. 沈中原.西安理工大学 2006
[4]降雨条件下坡面薄层水流水动力学特性试验研究[D]. 梅欣佩.西安理工大学 2004
本文编号：3297564
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