明渠植物阻力特性的試驗(yàn)研究.pdf

1、天然河道中生長有水生植物，植物不僅影響河道水流時(shí)均流場和紊流結(jié)構(gòu)，而且影響泥沙、養(yǎng)分及污染物的輸運(yùn)。因此開展含植物河道水流特性研究，對(duì)環(huán)境保護(hù)、生態(tài)修復(fù)和水利工程等都具有重要的工程實(shí)踐意義。
　　 河道中生長植物后，水流運(yùn)動(dòng)情況較平整泥沙河床的情況復(fù)雜得多。有學(xué)者將植物看成床面的凸起阻礙水流運(yùn)動(dòng);也有學(xué)者認(rèn)為植物的存在占據(jù)了過水?dāng)嗝?，將其影響考慮為因減小過水?dāng)嗝婷娣e而阻礙水流運(yùn)動(dòng)。由于對(duì)該問題理解的不同，得到的計(jì)算公式也有區(qū)別。

2、事實(shí)上，由于植物的相對(duì)高度不同，對(duì)水流的影響有明顯的差異，而且植物對(duì)水流影響有明顯的三維特征，因此有必要進(jìn)一步加深植物對(duì)水流運(yùn)動(dòng)影響的研究。
　　 在變坡水槽中，采用圓棒模擬剛性植物，仿真草模擬柔性植物;將野生植物狄從河道移植到玻璃水槽。在上述三種情況下分別進(jìn)行水槽試驗(yàn)，對(duì)不同的均勻流條件下的水流流速、水力坡度等參數(shù)進(jìn)行測量，研究了解剛、柔性植物在多組水流條件下植物阻力的變化情況。試驗(yàn)結(jié)果表明:在同一水深條件下，不同流速時(shí)，剛性

3、模擬植物在淹沒和非淹沒情況下，植物阻力都是隨流速的增大而增大;柔性模擬植物的植物阻力則受到相對(duì)淹沒度和水流流速雙重因素的影響，其影響的程度與植物的形狀有關(guān)并隨水流作用的強(qiáng)度變化而變化，具有一定的不確定性;真實(shí)植物在非淹沒情況下，試驗(yàn)流速范圍內(nèi)植物阻力都是隨流速的增加而減小。
　　 采用NDV對(duì)三種植物在均勻流條件下斷面垂線流速分布進(jìn)行測量，觀察分析剛、柔性模擬植物以及真實(shí)植物在淹沒、非淹沒工況下水流結(jié)構(gòu)，分析對(duì)比數(shù)據(jù)結(jié)果表明三種

4、植物水流結(jié)構(gòu)各不相同。
　　 提出將植物產(chǎn)生的阻水作用等效為垂直于河床的附加當(dāng)量濕周的阻水效應(yīng)，運(yùn)用愛因斯坦水力分割的思維方法，將河道阻力分割為河床阻力、河岸阻力、以及植物當(dāng)量濕周上的附加摩擦阻力，此種分析方法有助于人們加深對(duì)植物與水流相互作用問題的理解。根據(jù)植物淹沒高度與水深相當(dāng)，植物均勻分布情況下的試驗(yàn)資料，推求植物-河道綜合糙率系數(shù)的經(jīng)驗(yàn)計(jì)算式。采用其他學(xué)者非淹沒剛性植物試驗(yàn)資料進(jìn)行驗(yàn)證，分析結(jié)果表明:均勻流條件下，對(duì)于非