沙棘植物作用下懸沙水流模型相似律初步研究.pdf

1、砒砂巖地區(qū)由于土壤侵蝕，導(dǎo)致溝壑縱橫，水土流失極其嚴(yán)重。沙棘植物柔性壩是防治砒砂巖地區(qū)溝道水土流失的有效生態(tài)措施。為了在溝道中經(jīng)濟(jì)合理地設(shè)置與栽植沙棘植物柔性壩，就要依據(jù)溝道中水流要素?cái)?shù)據(jù)來(lái)設(shè)計(jì)。然而，砒砂巖地區(qū)千溝萬(wàn)壑，不可能對(duì)每條溝道的水流要素進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)以獲取基本數(shù)據(jù)，這是很不現(xiàn)實(shí)的。但是可以依據(jù)流體力學(xué)相似理論，設(shè)計(jì)模型試驗(yàn)，并進(jìn)而通過(guò)模型試驗(yàn)數(shù)據(jù)推求原型溝道水流要素?cái)?shù)據(jù)，以克服原型溝道沒(méi)有數(shù)據(jù)的缺限，從而為在溝道中沙棘柔性壩的

2、設(shè)計(jì)與栽植提供前期理論依據(jù)。因而，開(kāi)展沙棘植物影響下懸沙水流模型相似律及相似比尺的研究就顯得十分必要且很有意義。
　　本文首先回顧了前人在植物對(duì)懸沙水流運(yùn)動(dòng)的影響以及懸沙模型相似律方面所取得的大量研究成果;然后根據(jù)相似理論分析了模型與原型的相似比尺及其相互關(guān)系;其次根據(jù)不可壓縮流體的運(yùn)動(dòng)微分方程，分析與探討了模型與原型的相似準(zhǔn)則;接著，基于相似原理和相似準(zhǔn)則，根據(jù)懸沙水流運(yùn)動(dòng)方程和動(dòng)力方程，推導(dǎo)了沙棘植物作用下的懸沙水流模型相似律

3、;然后計(jì)算出了沙棘植物影響下懸沙水流的相似比尺，并設(shè)計(jì)了模型試驗(yàn);最后，基于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和相似比尺推求了不同流量下、壩長(zhǎng)與壩寬相同，其他沙棘植物栽植參數(shù)不同條件下，沙棘柔性壩作用下原型溝道-東溝與西溝的水流要素近似數(shù)據(jù)，包括水深、斷面平均流速、水流的垂向流速及斷面平均含沙量，并分析了它們的沿程變化特征及趨勢(shì)。本研究可為在原型溝道初步設(shè)計(jì)沙棘植物柔性壩時(shí)提供理論依據(jù)與參考，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
　　本文主要結(jié)果如下:
　　1.根據(jù)

4、流量相似比尺、壩長(zhǎng)相似比尺、壩寬相似比尺計(jì)算出了原型地區(qū)的流速、水深、含沙量、水流的垂向流速相似比尺;
　　2.根據(jù)沙棘植物作用下懸沙水流運(yùn)動(dòng)方程，結(jié)合模型試驗(yàn)相似理論及相似準(zhǔn)則，初步推導(dǎo)了沙棘植物作用下的懸沙模型相似律;
　　3.依據(jù)模型區(qū)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)和相似比尺，推求了不同流量下、不同長(zhǎng)度沙棘柔性壩作用下的原型研究區(qū)東溝與西溝溝道內(nèi)的水流要素近似數(shù)據(jù)，包括沿程流速、沿程水深、沿程含沙量、斷面垂向流速等;
　　4.根據(jù)原