蘆葦阻力系數(shù)物模及濕地水流數(shù)模研究.pdf

1、本文對(duì)松嫩流域扎龍濕地主要植物蘆葦?shù)淖枇μ匦赃M(jìn)行了較系統(tǒng)的研究。 首先，定義了蘆葦水流阻力的渠底等效剪應(yīng)力；按相似原理進(jìn)行了兩種蘆葦密度的阻力水槽模型實(shí)驗(yàn)；利用恒定非均勻流水力參數(shù)的基本關(guān)系，由實(shí)測(cè)水面線(xiàn)計(jì)算蘆葦阻力的渠底等效剪應(yīng)力，進(jìn)而確定等效曼寧系數(shù)；實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明非淹沒(méi)蘆葦?shù)牡刃鼘幭禂?shù)和水深基本上呈線(xiàn)性關(guān)系，它和流速的大小基本無(wú)關(guān)(在紊流范圍內(nèi))；還給出了達(dá)西-韋西巴赫(Darcy-Weisbach)系數(shù)與水深的關(guān)系及曼寧

2、系數(shù)與作用在三維單元水體上蘆葦阻力間的關(guān)系。 第二，實(shí)測(cè)了模型蘆葦叢中水流流速沿水深的變化，結(jié)果表明蘆葦叢中流速為常數(shù)的假設(shè)是可以接受的；基于流速近似為常數(shù)的結(jié)論，得到了植株密度和曼寧糙率的理論關(guān)系，實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí)了它的正確性；實(shí)驗(yàn)結(jié)果還證實(shí)了在實(shí)驗(yàn)的蘆葦密度范圍內(nèi)，單株蘆葦?shù)木C合阻力系數(shù)C<,D>和植株密度基本無(wú)關(guān)，給出了C<,D>和曼寧糙率的換算關(guān)系； 第三，通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)定了一類(lèi)高棵、密集分布的植物在淹沒(méi)情況下，渠道中水

3、流斷面的速度分布曲線(xiàn)及糙率水深曲線(xiàn)，在假設(shè)植物區(qū)內(nèi)的流速為均勻分布的前提下，預(yù)測(cè)非植物區(qū)內(nèi)的流速分布，與實(shí)測(cè)值符合較好，當(dāng)給定這個(gè)流速分布情況下，理論推導(dǎo)了糙率系數(shù)和水深的關(guān)系，對(duì)淹沒(méi)條件和非淹沒(méi)條件可以互相換算，給出了淹沒(méi)狀態(tài)下糙率～水深關(guān)系曲線(xiàn)計(jì)算的實(shí)例，實(shí)驗(yàn)結(jié)果也驗(yàn)證了這一換算關(guān)系。 第四，利用上述蘆葦糙率和阻力的研究結(jié)果，對(duì)植有蘆葦濕地的水流運(yùn)動(dòng)進(jìn)行了一維和二維數(shù)值計(jì)算。在一維計(jì)算中，在Preissmann格式的基礎(chǔ)上，

4、補(bǔ)充使用流量平衡關(guān)系和重復(fù)使用連續(xù)性方程，構(gòu)成了新的求解一維淺水方程的遞推方程組，改進(jìn)了四點(diǎn)時(shí)空偏心隱格式求解方法，并用潰壩波計(jì)算驗(yàn)證了這一改進(jìn)算法，進(jìn)而計(jì)算了蘆葦引起的洪水波歷時(shí)曲線(xiàn)的變形。在二維計(jì)算中，引入了空氣動(dòng)力學(xué)中發(fā)展起來(lái)的AUSM格式，在非結(jié)構(gòu)性網(wǎng)格上采用有限體積法，對(duì)二維淺水方程進(jìn)行了數(shù)值離散和求解，并對(duì)淺水中出現(xiàn)的干灘及糙率源項(xiàng)等問(wèn)題，提出或應(yīng)用了有效的處理方法。然后，進(jìn)行了潰壩，斜水躍等多個(gè)算例，驗(yàn)證了該計(jì)算格式及方法