有植被的河道水流紊动特性模型试验研究

通过物理模型试验,研究了有植被的河道水流紊动特性.试验结果表明,在复式断面河道滩地种植柔性植被后,滩地糙率增大,水流紊动更为剧烈,河道水流紊动强度峰值由原先的滩槽交界区转移到滩地区.滩地的水流紊动强度沿程递减;滩槽交界区的水流紊动强度沿程不断增大;主槽的水流紊动强度主要与床面糙率有关,滩地植被影响了滩地水流的归槽时间,使主槽水流流速沿程增大.     

河流水冰沙耦合模型研究Ⅱ：验证与应用

北方河流冬季河冰运动会带来凌汛灾害威胁,研究流凌运动对水流、泥沙和河道的影响具有重要工程意义。本文在平面二维河冰动力学模型基础上,建立二维水冰沙耦合数值模型。基于三角形的非结构网格,采用具有迎风特性的Petrov-Galerkin型有限元法计算非恒定水流过程、非恒定非均匀沙输运和河床冲淤变化,利用无网格的SPH法计算河冰运动,基于河冰对岸滩的刮擦切应力计算岸坡侵蚀,再利用双泥沙休止角法分析不同含水层岸坡的稳定坡面。该模型创新性地耦合水沙理论和河冰理论,能模拟北方河流全季节及河冰全过程的水位流量波动、河冰运动、泥沙输移、河床冲淤及岸滩崩塌过程。通过实验条件下溃坝引起的岸坡崩塌侵蚀验证了模型的准确性和可靠性,研究结果显示该模型能再现水流、河冰、泥沙、河床及河岸间的复杂耦合作用,揭示河冰刮擦对岸滩侵蚀破坏的促进机理,可进一步支撑冬季河道防凌减灾和岸滩水土保持研究。     

含植物河道水流紊动特性研究

基于河流的修复、河道的管理及水资源可持续发展的理念,从对含植物水流的阻力特性、紊动 机理特性研究、水流涡量场及数值模拟研究四个方面开展含植物河道紊动特性的研究。研究结果表明: 在非淹没状态、淹没状态、淹没与非淹没状态共存三种情况下,植物增加了河道糙率,对泄洪不利;植物 在河道中顶部紊动强度和剪切力最大;含植物河道中水流能量耗散随着涡量值的增加而增加,拟熵也随 着涡量值增加而增加。以期为含植物水流的实验与模拟研究提供参考。     

含植物河道水动力特性研究进展

水生植物群落是河流生态系统的重要组成部分,利用天然植被护坡固土、净化水质、改善河流生态环境已成为河流生态修复的重要措施。本文从水生植物影响下的河道水流阻力特性及水流结构两方面,总结了国内外对含植物河道水动力特性的研究进展,并对该领域的未来研究方向提出了展望。     

基于等效阻力的植被化复式河道流速分布研究

天然河道中许多都是具有主槽和滩地的复式河槽,水流漫滩以后,复式河槽的水流结构发生复杂的变化.而天然河道漫滩上常常生长着各种植物,水中植被的存在增加了河床的阻力,如何确定流速分布和流量十分重要.本文基于植被作用下水流阻力的等效平衡原理,提出刚性植被等效附加阻力系数以及植被等效综合阻力系数的计算方法.通过运用SKM方法计算植被作用下的复式河槽垂线平均流速的横向分布,结果表明,本文提出的植被等效综合阻力系数的计算方法是可行的,能较好地确定植被作用下的复式河道垂线平均流速的横向分布.     

非粘性岸滩稳定坡度影响机理初步研究

本文从稳定岸滩上非粘性颗粒在静水与动水中的受力分析出发，主要考虑水流条件及颗粒物理特性的影响，分析研究岸坡稳定的影响机理，建立了动水中的岸滩稳定坡度与近底流速 、颗粒粒径的平方根 以及容重 的函数关系式。结合水槽试验，使用不同情况下多组次的试验资料拟合出岸滩稳定坡度的经验公式。试验结果及拟合出的公式反映了动水中的非粘性颗粒岸滩稳定坡度小于静水中的岸滩稳定坡度并随 的增大而减小的规律。研究成果可以初步预测水流条件变化后河岸变形，并指导河岸整治工程。     

河道植被对水流运动影响研究之现状

研究植被与河道水流的相互作用,对于防洪和生态环境治理具有实际意义.总结了沉水植被和挺水植被对水流的阻力的研究进展情况.针对单一类型植被对水流的阻力已经开展了物理模型试验研究,但试验中忽略了植被的生态特征变化对水流运动的影响.已有的植被对水流阻力的数值模型,是通过调整河床糙率来考虑沉水植被对水流的阻力,采用圆柱绕流的阻力公式计算挺水植被引起的水流阻力.今后在分析植被对水流运动影响的研究时,需要进一步考虑植被的多样性和生态特征.     

河道岸滩稳定性综合评价方法

为了评价河岸边界条件和河流动力条件对岸滩稳定性的影响,以河道岸滩崩塌影响因子层次结构模型和权重系数为基础,将定性指标定量化和定量指标标准化,构造了枯水期和洪水期岸滩稳定综合评价函数,提出了考虑多种因素影响的岸滩稳定性综合评价方法。对拟定的3种不同土壤性质、边界条件和水动力条件的河段岸滩稳定性评价结果表明,岸滩稳定性综合评价过程和评价方法是合理的。     

含植物水流动力特性研究进展

鉴于植物与水动力之间复杂的相互作用过程,从植物对水流的阻力作用、植物引起的紊动作用以及植物对波浪的消减作用三方面,综述了国内外含植物水流动力特性研究进展,总结了不同水动力条件下含植物河道Manning系数、拖曳力系数与植物特性之间的定量关系,讨论了植物引起的纵向流速垂向分布和紊动强度变化以及植物在海岸带波浪消减中起到的作用。针对目前含植物水流动力特性研究中存在的不足,指出植物拖曳力系数、含植物水流紊动特征、植物-水流-波浪耦合作用机理为今后研究的重点。     

水生植物对河道形态影响的三维湍流模型

植被是河床和河岸稳定性指标中的一个重要参数,它主要通过影响水流结构进而影响河道的形态。本文建立曲线坐标系下的三维湍流模型研究水生植物对河道形态的影响,在水流控制方程中加入植物阻力项和植物密度项来描述水生植物对水动力特性的贡献,通过泥沙质量守恒方程求解河道变形,在适体网格中求解模型的控制方程。应用该三维模型数值模拟了矩形水槽内两侧交替布置的非淹没刚性植物对水流结构的影响以及梯形河道内两侧交替布置的非淹没刚性植物对河道形态的影响,数值计算结果与实测结果吻合良好。     

河岸植被覆盖影响下的河流演化动力特性分析

河岸植被对河道的水流运动、主槽稳定及河湾迁移等均有重要的影响,尤其是在洪水期河流的演化过程中。为分析不同密度植被护岸对河流动力过程的影响响应,本文采用自然模型实验,通过改变河岸植被种植密度及单双岸布设方式,模拟河岸有无植被种植的河流演化过程。给定相同的造床流量、坡降、泥沙粒径等水沙边界条件,设定控制变量为河岸植被覆盖率,分别为0%,20%,40%,80%。实验结果表明:(1)单岸植被覆盖其主流稳定性较两岸植被覆盖为差;(2)河岸植被越密集,水流对河床的局部扰动越强烈,河演达到稳定状态周期越长;(3)两岸植被覆盖的蜿蜒河道其稳定曲率随植被覆盖率增大而减小,较大的水流剪切力会造成较大的河湾迁移。     

红柳根系对塔里木河岸坡土体起动规律影响研究

为了研究红柳根系对塔里木河岸坡土体起动的影响规律,对不同植被根系体积密度及不同的根系分布方式下的根-土复合体进行起动特性试验,并分析植被根系影响下起动切应力变化规律,得到了根系影响下河岸土体起动切应力与植被根系体积密度及土体干密度的定量关系式。试验结果表明:不同根系放置形式土体抗水流冲刷的由大到小分别为相交放置,竖直放置,倾斜放置。当有红柳根系覆盖河岸土体时,土体的起动切应力得到了明显提高。     

典型荒漠植被根系对塔里木河岸坡冲刷过程影响试验研究

为探讨植被根系对河岸冲刷过程的影响作用,取新疆塔里木河岸坡原状土,选取当地优势灌木红柳、乔木胡杨根系,通过室内水槽试验,分析不同植被根系对河岸冲刷起防护作用的贡献率。结果表明:①无根系河岸水下淘刷形式主要为圆弧状,下部抗冲能力差;有根系河岸的淘刷形式主要为三角形,下部抗冲能力强,上部悬空层的稳定性好。②根系的网络固土作用使河岸的抗冲能力提高12%~42%;相同植被根系河岸,根系的布置方式对河岸的固土能力有显著差异,V型根系的固土作用优于竖直型;不同植被根系河岸,红柳根系的固土能力大于胡杨根系,平均提高27%。③根土胶结崩塌体堆积形式主要为三角形,且堆积体的占比大于无根系崩塌体;红柳根系胶结崩塌体的分解速率最慢;根系牵拉系数可作为反应根系对河床防护作用贡献的参数,实际计算中可按1.15~2.52进行估算。研究结果可为塔里木河河道岸坡防护提供理论参考。     

大型底栖无脊椎动物在河流健康评价中的发展趋势

现从河流健康的内涵出发,回顾河流健康评价指标的发展历史,通过分析单一生物指数、生物多样性指数以及生物完整性指数的研究进展,评述了大型底栖无脊椎动物作为生物监测工具在河流健康评价之中的重要作用。针对其存在的问题,从技术、方法等方面提出建议,并展望大型底栖无脊椎动物在河流健康评价中的发展趋势,力求为我国河流健康评价工作提供借鉴,以便能够更好的进行流域管理和生态修复。     

河流健康的概念及指标体系和评价方法

指出健康河流不但应当具有健康的生态系统,还应具有良好的社会服务功能;与生态河道和景观河道相比,健康河流兼有生态河道和景观河道的有益特征,具有更广泛的适用性;河流健康评价指标应当具备易于理解、便于定性或定量描述、便于监测、便于作为管理目标和拟定相应对策等特点。以此为依据,提出包括流量偏离率、水质综合污染指数、底栖大型无脊椎动物生物完整性指数、河流廊道连通性、河道稳定性、栖息地质量、缓冲带宽度、林草覆盖度、河流美景度和实际防洪能力等指标的河流健康评价指标体系及评价方法。     

修建防渗渠道对柴达木盆地戈壁区河流生态系统的影响

为摸清修建防渗渠道对戈壁区河流生态系统的影响,以期能为柴达木盆地农业绿洲制定可持续发展的政策提供依据,在社会经济调查的基础上,以大格勒流域为研究对象,通过野外取样和室内化验,对比分析了修建防渗渠道前后的地表河流水质、河岸植被及土壤理化性状。研究结果表明①修建防渗渠道对河流水质具有净化作用,但效果不显著(P>0.05);②修建防渗渠道不利于戈壁区沿河植被繁殖生长,流域内植被平均盖度降低4.5%,生物量减少330.2 kg/hm²,死亡率增加6.5%;河岸土壤质地呈现退化趋势(P<0.05),其中砂粒含量增加8.68%,有机质减少0.53 g/kg。基于以上研究成果,建议在河流出山口处修建生态闸,洪水期引洪灌溉河岸植被;布设生态水利工程,以实现流域生态环境与绿洲社会经济的可持续发展。     

背河坑塘水力条件对河道边坡稳定性的影响

靠近渠堤的坑塘是影响和危害河渠工程安全的严重隐患之一。以引江济淮工程中涉及坑塘和膨胀土的某一河道为例,运用GeoStudio软件建立了耦合渗流和稳定性分析的河道边坡计算模型,并对该边坡提出了相应的支护方案,分析了边坡支护前后的抗滑稳定性,并研究了填塘范围、坑塘水深及土体渗透性对边坡渗流和稳定性的影响。研究结果表明:按支护方案进行支护后,各种工况下的渠道边坡稳定性均满足规范要求;填塘处理能够显著降低坑塘渗流在坡面的出溢点高程、减小渗漏单宽流量,进而提升河道边坡的稳定性;不同河道水位工况下,坑塘水深对坑塘水分在边坡内渗流和边坡稳定性的影响均较小;膨胀土渗透系数越低,坑塘渗流在坡面的出溢点高程越低,渗漏单宽流量也越低,安全系数越高,膨胀土渗透性对坑塘水分在边坡内渗流和边坡稳定性的影响均十分显著。研究成果可为类似河道边坡的支护设计、填塘处理提供参考和借鉴。     

水土保持与节水型社会

通过分析水土保持与水资源及节水型社会的关系,提出了水保生态与节水型社会建设应有的作为.水土保持关键在水,节水定当先行;生态植被建设涵养水源,节水应从源头抓起;水土保持蓄水保土,小流域清水长流,节水致富于民;水土保持减沙淤积,减少了黄河冲沙用水,客观上起到了节省流域总用水量的作用.同时要科学认识森林植被建设对河川年总径流量的影响.     

河流冲刷作用下堤岸稳定性研究进展

分析河流冲刷作用下堤岸土体起动时的受力特点和冲刷破坏机理,概括国内外近岸水流冲刷力的分布与计算、堤岸土体抗冲力确定、河岸土体横向冲刷计算方法等研究成果,分析和评价河流冲刷作用下堤岸边坡稳定性研究进展。指出进一步研究的问题和研究方法:必须将堤岸边坡稳定分析与河流冲刷作用同时考虑,建立包含河流冲刷力的堤岸稳定分析力学模型;开展堤岸稳定分析的三维数值模拟;利用有限元法预测堤岸边坡破坏发展过程,分析变形与稳定的内在联系;将水上岸坡、水下岸坡以及坡脚和河床作为一个整体,进行堤防稳定的渗流场与应力场耦合分析。