环境渠道水流运动特性研究进展

在分析生长有植物水道中的水流运动现象基础上，详细回顾了对有植被的河道水流特性问题的研究状况，根据植被类型、植被在河道中的分布情况和对水流的影响程度，从水流阻力和水流结构两方面探讨了植物对水流运动的影响机理，指出已有研究虽取得了不少有价值的成果，但大多数是水流和植物条件比较均匀和单一的情况，有必要对植物分布不均匀和不同相对位置的水流运动情况等问题开展进一步的研究。     

生态型河道水流特性研究现状

针对生态型河道中植被用于水质改善和美化景观时破坏了原来河道中水体结构的问题，回顾了国内外有植被河道水流特性的研究进程，从试验模拟和数值模拟两方面总结分析已取得的研究成果，认为水中植被的存在改变了原来水流的运动特性，并对影响水流特性的各种相关因素进行分析探讨，指出目前研究方法存在的局限性。鉴于生态型河道水流问题的复杂性，指出实际工程中应综合考虑多方面影响，合理种植植被，并对今后的研究进行展望。     

植被对河道水流及岸滩形态演变影响研究进展

植被作为河流系统重要的阻力因素,在河道形态演变方面发挥着至关重要的作用。植被地表结构改变了河道水流阻力、河床切应力、流速分布及水流紊动特性,植被根系增强了岸滩土体强度和稳定性。从植被地表茎干结构对水流特性影响和植被地下根系加筋作用对岸滩稳固影响两个方面的研究进行了回顾和综述,并指出今后在植被水流研究方面,可进一步考虑植被枝、叶对水流特性的影响,加强对柔性植被变形、摆动引起的动边界问题的研究,以及全面考虑河道形态边界条件的影响,特别是含植被的分汊河道水流特性还需深入研究;在植被根系固土护岸方面,可同时考虑岸滩土体非均质性、河道水流对岸滩的侵蚀冲刷作用及水体渗流对岸滩土体力学特性的影响;在植被河道形态演变预测方面,可以综合考虑含植被河道的水动力学及土力学问题,以及两者间的互馈响应机制。     

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.     

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.     

基于多孔介质模型的有限柱群绕流模拟

河道中的植被水流可视为多孔介质流动,可采用多孔介质水流模型模拟流动特征。本文基于自主开发的带有自由表面水流计算模型,耦合多孔介质模型,建立了模拟植被水流的数值模型。水流模型基于静压假定的浅水流动假设,自由表面的捕获采用垂向坐标变换方法,植被区通过时空变化的孔隙率进行模拟。并采用物理模型实验数据对所开发的多孔介质水流模型进行验证,验证结果表明该模型适用于植被水流的宏观效应模拟,包括尾流区流动特征等。在植被水流尾流场形态研究方面,多孔介质模型计算效率较高,模拟精度有一定保证。该模型可进一步应用于大尺度植被水流运动特征的研究。     

码头群连体扩建对河道水流影响的数值模拟

为研究码头群连体扩建对河道行洪的影响,应用miki21软件对码头群连体扩建前、后的河道水流流态进行了数值模拟分析。结果表明:码头群连体扩建对河道水流有一定的影响,主河道水流壅水强度和范围较小;码头前沿流速有所增加,但影响强度和范围均不大,基本不改变河道行洪条件。综上,在河道水域建设范围有限的情况下,可通过码头群连体扩建,增加码头运力。     

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。     

刚性植被作用下复合明渠水流特性实验研究

为了研究在漫滩上生长有刚性植被的天然河道水流特性,在单侧具有二级漫滩的实验室复合水槽中,在一级和二级漫滩上布设刚性植被,进行了水流实验。根据水深,设置了四种不同方案(方案1-方案4),每种方案下,又根据漫滩上是否布置植被及植被的布置方式,设置三种子方案。利用三维激光多普勒测速仪(3D LDV)和水位计等仪器对水流流速、水位及紊动强度等物理量进行实测,计算了不同方案下的水头损失和水力坡降等,对实测数据进行了比较分析。实验结果表明,与无植被情形相比较,漫滩上布置刚性植被时,会在一定程度上增大植被区水面坡降、水头损失、水力坡降及紊流强度;在植被数相同时,植被交错布置方式比平行布置方式对水力要素的影响较大。     

淹没植被明渠边界切应力试验研究

生态河道中的植物在净化水质的同时增大了河道阻力,是抬高河道水位、影响河道行洪安全的原因之一。采用塑料草模拟植被,建立横断面为梯形的明渠水槽,研究植被淹没情况下明渠水深、流速以及植物间距对明渠切应力的影响。通过对研究水体的受力分析,推导出床面平均切应力计算公式;根据试验结果,计算得出不同条件下的边界平均切应力,分析不同水流条件、不同植物密度情况下明渠边界切应力的变化规律。结果表明:水流流速以及植物布置间距对明渠边界切应力影响较大,水深对边界切应力影响相对较小。