沙棘柔性坝对水流特性影响的野外试验研究

发布时间：2017-05-10 04:10

  本文关键词：沙棘柔性坝对水流特性影响的野外试验研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：位于晋、陕、蒙交界区域的砒砂岩区,是我国黄河中游粗沙多沙区的核心产沙区,该区域面积约有1.2万km2,占黄河中游整个粗沙多沙区面积的7.6%,但其产沙粗沙量却占整个入黄粗沙量的20-30%,加之该区域水土流失异常严重,成为入黄粗沙的主要来源之一。实践证明,植物是治理水土流失的根本措施。已有研究表明,沙棘植物是治理砒砂岩区沟道水土流失的先锋树种,沙棘柔性坝是治理砒砂岩沟道水土流失的一种有效的生态措施,可将泥沙就地拦截在沟道里,进一步减轻黄河下游粗泥沙淤积。2013年9月,在陕西眉县建立了西北大学沙棘柔性坝野外试验基地,开展了恒定流条件下,沙棘柔性坝在不同生长期(5月和9月),对水流特性的影响试验,为进一步探讨沙棘柔性坝拦沙机理奠定基础和积累数据,以便为沙棘柔性坝在砒砂岩区支毛沟道内的广泛栽植提供理论与实践依据。本文根据水力学及河流动力学的基本理论,对流经沙棘柔性坝内水流的特性进行了分析,并对沙棘植物阻力特性进行了简单探讨。本次试验修正了以往沙棘柔性坝野外试验的一些不足,主要表现在：完善了野外试验设施,修建了5个试验床,其中4个床布置了种植参数不同的沙棘柔性坝,另1个空白对比试验床；在进水口前建有矩形量水堰,实现了对进口流量的实时观测；本试验运用Z L Y—Ⅰ型智能流速仪,通过联机软件可实现对流速精确测量；基于试验数据,本文主要对沙棘柔性坝坝内的水深及流速的纵横向分布与变化进行了分析。所得结果与主要结论如下：(1)分析了沙棘柔性坝的株距、坝长、柔性坝床面坡度和植物生长等对水深的影响,发现坝长是柔性坝水深增加的主要影响因子,通过对试验结果的比较,初步优选出4#坝型。(2)通过分析沙棘柔性坝内不同条件下水深纵向沿程变化,发现沙棘柔性坝试验床内的水深与空白对比床的水深有明显不同,沙棘柔性坝坝前段和上游区壅水相当明显,表明沙棘柔性坝具有显著的阻水效应。(3)在不同工况、不同坝型条件下,分析了沙棘柔性坝内流速纵向沿程变化、横断面流速分布与变化。流速纵向沿程变化为沙棘柔性坝坝前段和上游壅水区流速明显降低,而水流出沙棘柔性坝后,即在沙棘柔性坝坝尾处,流速骤升；通过分析横断面流速分布与变化,发现1#～4#坝与5#空白床的横断面流速分布显著不同,结果表明,1#～4#沙棘柔性坝对水流有较强的阻滞作用。(4)运用河流动力学基本理论,在前人研究的基础上,探讨了沙棘植物的阻力、阻力系数、总边界阻力及糙率系数的计算公式。阻力系数计算公式表明,水流的阻力系数与沙棘柔性坝坝长、坝宽及坡度密切相关；糙率系数计算公式表明,沙棘柔性坝糙率系数与沟床平均种植密度及水力半径呈现出一定的正相关关系,与淹没体积比成反相关的关系。
【关键词】：沙棘柔性坝 水流特性 水深 流速 野外试验
【学位授予单位】：西北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TV135;S157
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-11
• 第一章 绪论11-19
• 1.1 研究背景11-16
• 1.1.1 问题的提出11-13
• 1.1.2 植物柔性坝国内外研究进展13-16
• 1.2 研究目的及意义16-18
• 1.3 研究内容及技术路线18-19
• 第二章 沙棘柔性坝野外试验区设计19-28
• 2.1 试验区域概况19
• 2.2 水流试验设施和测量仪器19-21
• 2.2.1 试验设施简介19-20
• 2.2.2 测量仪器20-21
• 2.3 坝体材料21-22
• 2.4 坝体材料的布设22-25
• 2.4.1 柔性坝内沙棘种植方式22
• 2.4.2 坝体种植参数22-23
• 2.4.3 试验设施平面布置23-25
• 2.5 试验内容、方法和试验组次设计25-28
• 第三章 沙棘柔性坝对水深的影响分析28-38
• 3.1 沙棘柔性坝平均水深沿程分布28-29
• 3.2 不同流量下水深变化29-31
• 3.3 不同生长阶段沙棘柔性坝水深沿程变化比较31-34
• 3.3.1 沙棘生长特性调查31-32
• 3.3.2 不同生长阶段沙棘柔性坝水深沿程变化32-34
• 3.4 不同布置参数对水深的影响34-37
• 3.4.1 沙棘柔性坝种植参数对比34
• 3.4.2 不同种植参数对水深的影响34-37
• 3.5 本章小结37-38
• 第四章 沙棘柔性坝对流速的影响分析38-45
• 4.1 沙棘柔性坝平均流速纵向分布及变化38-39
• 4.1.1 柔性坝平均流速纵向分布及变化38
• 4.1.2 各坝阻水效应比较及坝型优选38-39
• 4.2 沙棘柔性坝典型横断面流速分布39-41
• 4.3 不同流量下断面平均流速沿程变化41-42
• 4.4 不同坡度下断面流速沿横向分布及变化42-43
• 4.5 本章小结43-45
• 第五章 柔性坝水流阻力特性分析45-51
• 5.1 植物阻力研究现状简介45
• 5.2 柔性坝水流阻力特性分析45-50
• 5.2.1 沙棘植物的阻力及其阻力系数46-48
• 5.2.2 总边界阻力及糙率系数48-50
• 5.3 本章小结50-51
• 总结与建议51-53
• 总结51-52
• 几点建议52-53
• 参考文献53-59
• 致谢59

【参考文献】

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本文编号：353976