淹没植被作用下流速及含沙量垂线分布试验研究

发布时间：2020-06-19 18:55

【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(h0.8h_v),植被层顶部区域(0.8h_vh1.5h_v)和植被层上部水流区域(h1.5h_v)。在h0.8h_v区域内流速缓慢增大,至0.8h_vh1.5h_v区域流速呈线性增长,且增速较快,在h1.5h_v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:h0.6h_v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,h1.5h_v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/h_v3.0时,含刚性植被时的糙率比含柔性植被时大,当淹没度H/h_v≥3.0时,则相反;糙率值与淹没度呈幂函数分布:n(28)C(7)H h_v(8)~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/h_v3.0,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/h_v≥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。
【学位授予单位】：郑州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TV133
【图文】：

示意图,水槽,示意图

2.1 试验装置与仪器本试验是在黄河水利科学研究院“模型黄河”试验基地循环可变坡水槽内进行的。试验水槽循环系统如图 2.1 所示。水槽长 60m、宽 0.6m、高 1.0m，水槽底部及边壁为钢化玻璃材质，变坡范围为 0~3%，进水口加水流量 0~140L/s，进口加沙含沙量 0~500kg/m3。水槽前端设有搅拌池，进水前池及平水格栅，末端设有可自动调节尾门装置，水槽上部设有活动支架，方便仪器的安放。为方便模拟植被的安放，在距水槽进水口 13m 处开始铺设厚度为 0.003m 的PVC 板，并在板上钻有与模拟植被直径相同尺寸的小孔，设置试验段长为 8m，试验段前后均铺设有一段 2m 长的未钻孔的相同材质的 PVC 板，并在 PVC 板前后用水泥砂浆做了 1:4 的抹坡，用于过渡和稳定水流。为严格控制试验水流为均匀流，在水槽布设植被段沿程每隔 0.5m 设有刻度尺（共计 12 个），精度达 0.001m。试验流量及水位采用北京尚水公司研制的流量水位自动控制系统控制，流速测量使用南京水利科学研究院研发的旋桨式流速仪，模拟植被尺寸测量使用游标卡尺测量，精度为 0.2mm。

布置图,植被,布置图

魉僖牵噙Ｄ庵脖怀叽绮饬渴褂糜伪昕ǔ卟饬浚噘鄐任?0.2mm。图 2.1 水槽布置示意图2.2 试验材料河道中种植有乔木、灌木及芦苇等植被，植被特性各不相同，为此本试验选取了刚性和柔性两种模拟植被作为研究对象，既具有广泛适用性又具代表性。

【参考文献】