不同密度滩地植被作用下的复式河槽水流特性

利用刚性竹签模拟非淹没滩地植被,在非对称复式河槽中进行了不同滩地植被密度作用下的水流特性系列试验。结果表明:主槽中心流速符合对数分布,滩地中心流速沿垂向垂直向上分布;主槽和滩地中心垂线平均流速受植被密度影响,垂线平均流速增长率与植被密度呈线性关系;主槽中心横向和纵向的紊动强度均呈S形分布,滩地中心处3个方向的紊动强度均不呈S形分布。     

植被作用下的复式河槽漫滩水流紊动特性

分别选取塑料吸管、鸭毛和塑料大草模拟乔木、灌木和野草，通过水槽试验，探讨了不同滩地植物作用下的浸滩水流紊动特性。试验结果表明，纵向、横向和垂向三个方向的脉动流速基本满足正态分布；时均流速与采样时间的长短有关；横向动量交换比垂向动量交换大，横向动量基本上是主槽向滩地传递；不同的滩地植物对水流的紊动强度的影响不同。滩地种植植物后，水流的紊动强度增强。纵向和垂向的紊动强度相当，都服从S型分布。     

植草河床的垂线流速分布规律试验研究

为分析植草河床的流速垂线分布规律,本文采用室内物理模型和原体天然植物相结合的试验方法,选取东北地区河道滩地常见植被高羊茅,对3种不同流量、2种不同植物密度、3种不同植物高度,共21组工况进行试验分析.试验表明,含植物河床水流垂线流速分布大致呈倒"S"型,按照拐点的分布规律,将垂线流速沿水深分为3个区域,即植物淹没区、过...     

含淹没植物明渠近床面区紊流特征高度试验研究

为研究含淹没植物明渠紊流统计参数垂向分布突变位置、理论床面和渗透高度的关系,进行了含淹没刚性植物明渠水流试验,使用圆柱铝棒模拟刚性植物,采用激光多普勒流速仪(LDV)测量流场,对由纵向流速、雷诺应力、局部阻力系数分布确定的特征高度和渗透高度进行研究,比较各类紊流特征高度的相对位置,分析植物密度与淹没度对其的影响。试验结果表明,在植物密度较大的情况下,近床面区流速沿垂向保持常数,雷诺应力梯度较小,一定高度处分布规律发生明显变化,能够较容易地确定流速梯度和雷诺应力梯度突变位置,淹没度对由3种方法确定的特征高度影响不明显;各种方法确定的特征高度中,雷诺应力特征高度与渗透高度更加接近;渗透高度随植物密度与淹没度的增大而增大;渗透高度与理论床面高度存在一定的线性关系。     

淹没与非淹没植被作用下复式河槽流速最大值分布

本文收集了不同系列的淹没与非淹没植被作用下复式河槽的流速资料并对复式河槽中流速最大值的横向分布进行了探讨。结果发现滩地流速最大值基本保持在水面附近而主槽中的流速最大值都在水面以下;当滩地种有非淹没植被时;主槽中的流速最大值分布与无植被时几乎一致,滩地流速最大值在植被密度较小时仍在水面,但当植被密度较大时,最大值会向床面靠近;当滩地种植淹没植被时,流速最大值的位置会随着植被淹没度的增加而逐渐上升,最终保持在水面附近。     

宽窄复式河道水流运动特性的试验研究

在分析水槽试验资料的基础上，首次对宽窄复式河道的滩槽过流能力、断面平均流速、垂线流速及横向分布等水流运动特性进行了研究．研究结果表明，宽窄复式河道的主槽流量随着滩槽宽度比的增大而减小，滩地流量随着滩槽宽度比的增大而增大；水流发生漫滩之后，随着水深的增加，主槽流速先减小后增加，滩地流速不断增加，二者的变化幅度与滩槽宽度比有关；在大部分区域内垂线流速偏离对数分布，主槽一般偏小，滩地偏大；垂线平均流速沿横向分布与一般复式河道相似，但滩槽流速差别减小．     

淹没状态下河道植物偏斜高度与糙率的关系

利用室内变坡水槽,模拟了复式河道滩地3种植物对漫滩水流的干扰作用,并借助声学多普勒测速仪(ADV)施测了不同垂线、不同测点的瞬时流速,计算了不同条件下的河道糙率。基于水动力及植物柔性变形分析,建立了淹没状态下的植物河道糙率计算的基本关系,反映出糙率值不仅与水流动力条件有关,还与植物类型、淹没高度、布置及其自身力学性能有关,同时,利用试验资料及理论分析成果,进一步获取了植物河道的附加糙率值,借此分析与评价河道植物对水流阻力的影响程度。     

滩地刚性植物消浪作用特性研究

滩地植物有利于保障沿海地区的水安全,量化成熟期植物消浪作用是提升生态海岸韧性的基础。本文基于一般试验规律和两种波高消减模型,分析提出了新的滩地植物消浪系数计算方法,结合波高条件可计算林带消浪后波高,相关表达式由大量试验数据进行了验证,最后对比了由本文方法与规范方法计算的林带后波高。结果表明,阻尼因数及消浪系数能直观体现植物消浪作用特性,波浪传播方向上植物面积占横截面比例是影响植物消浪机理的关键无量纲参数。植物非淹没时,本文方法得到的林带后波高与规范方法接近;植物淹没时,本文方法能更准确描述植物消浪作用。相较于规范方法,本文方法考虑了植物淹没情况,直观揭示了林带密度、宽度、高度,植物平均直径,水深等参数的影响,适用于更多工况。基于植物消浪作用的模型可快速研判相关参数变化对植物消浪效果的影响,为生态海堤滩地刚性植物规划设计及数模研究提供科学和技术支撑。     

含柔性沉水植物明渠水流运动特性试验研究

采用激光多普勒流速仪(LDV)试验研究含柔性沉水植物的水流运动。试验结果表明:流速沿垂线分布呈S形,分为3个区域,即植物内部区、过渡区和上部区。植物密度对过渡区内流速影响显著,在该区内,植物密度越大则流速梯度越大。含植物水流的紊动强度和雷诺应力都明显增大,它们在垂线分布上有相似之处,都是在植物顶层的位置上达到最大值,说明在此区域内存在较强的能量交换和剪切作用;二者在植物顶层上部区域随着水深的增加而减小,在植物内部区随着水深的增加而增大。     

黄河下游滩区含植物水流运动及阻力试验研究

含植物水流运动规律是研究黄河下游滩区防洪的重要内容。通过开展水槽试验，测量不同水深、比降、含沙量条件下的流速分布，研究了黄河下游滩区代表性植物作用下的水流动力特性及阻力变化规律。研究结果表明，植物在非淹没情况下，纵向流速随相对水深增加，表现为先增后减；在淹没情况下，纵向流速沿垂向呈三区“S”形分布特性；相对紊动强度的沿垂线分布特点与纵向流速基本一致，但含沙量越大，水流纵向紊动强度越小。在相同比降条件下，植被糙率随佛汝德数的增加而减小；而佛汝德数一定时，植被糙率与比降成正比；相同比降条件下的植被糙率随含沙量的增加而减小。     

考虑滩地横比降漫滩水流二维流速解析解研究

黄河下游河道滩地横比降较大,大洪水时漫滩行洪,滩槽水沙交换剧烈,考虑滩地横比降的影响既符合实际又具有较强的理论意义。漫滩水流流速是研究河流横断面形态调整的重要水力参数,目前对其二维解析解的研究均未考虑滩地横比降的影响。在前人研究基础上,推导出考虑滩地横比降影响的漫滩水流运动方程,拟合无因次横向涡黏性系数计算公式,求解滩地垂线平均流速横向分布的解析解,并利用实测资料进行验证。验证结果表明该解析解可以用来计算滩地垂线平均流速横向分布。     

有无植物条件下明渠水流紊动特性对比

在可变坡水槽中,模拟了带枝杈植物对明渠水流的干扰作用,借助超声多普勒流速仪(ADV)测量了不同水深下垂线不同测点的瞬时流速,计算了各测点的三维时均流速、脉动强度及雷诺应力等紊动参数,通过与无植物干扰的明渠均匀流紊动特性进行对比,分析植物对水流紊动参数的影响规律。试验结果表明:在有植物明渠水流中,时均流速呈三区分布特征;脉动强度及雷诺应力均在植物顶部附近出现最大值;脉动强度明显增大,在3个方向上趋于接近;可以用植物顶部以上的雷诺应力分布推求摩阻流速。     

不同河道形态下泥沙浓度对齐口裂腹鱼生存影响研究

为研究不同河道形态下泥沙浓度对齐口裂腹鱼生存的影响,在观测水槽试验中不同泥沙浓度和河道形态条件下齐口裂腹鱼位置分布、死亡率、死亡时间等参数的基础上,基于三维雷诺应力模型进行了流场数值模拟,继而分析了齐口裂腹鱼生存状态与各水沙参数的相关性。研究结果表明,齐口裂腹鱼的位置分布主要受流速控制,其次受泥沙浓度影响。随着泥沙浓度升高,齐口裂腹鱼死亡率增大,存活时间缩短。滩地和江心洲具有避难效应,泥沙浓度5.0 kg/m³时,单一河道中试验鱼达到半致死率需9.0 h,而在滩地和江心洲分别为20.0 h和12.0 h。不同避难区的避难效果存在差异,滩地的避难效果优于江心洲,主要与泥沙浓度和避难区尺寸有关。     

单排方形多孔鱼礁保滩促淤的试验研究

通过断面波浪模型试验,开展了单排方形多孔鱼礁对波浪的消减效果及其对水质点运动轨迹影响的研究.结果表明:人工鱼礁对波浪破碎、波面形态及波高消减有较大影响;礁后底层水质点水平运动轨迹表现为向岸流速呈余弦分布,而离岸流速在0附近呈现不封闭状态.从岸滩地形响应可见,礁体可使礁后一定范围底层泥沙向岸运移,掩护区域的超饱和悬浮泥沙落淤.试验研究在一定程度上揭示人工鱼礁保滩促淤机理,探索了人工鱼礁对波浪的消减规律及岸滩地形的响应,为利用人工鱼礁进行海滩侵蚀的防护提供了科学依据.     

黄陵庙水文断面垂线流速分布特性研究

  为进一步利用天然河流实测资料检验垂线流速分布的指数与对数规律,采用多普勒剖面流速仪在黄陵庙水文断面中实测的不同垂线与不同流量情况下的瞬时流速资料,计算了时均流速的垂线分布,并与指数和对数流速分布公式计算的结果进行了比较分析。结果表明,黄陵庙水文断面不同垂线水流的时均流速分布符合对数与指数分布规律。然而,在不同水流与边界条件下,其指数公式中的指数大小与对数公式中的有关参数有所不同。通过对黄陵庙水文断面垂线流速分布特性的研究,丰富了对天然河流垂线流速分布规律的认识。     

含沉水植物河道水流流速特性研究

在梯形平底水槽中,用塑料草模拟了沉水植物对水流的影响。结果表明：（1）流速不同、相对植物高度不同的情况下,植物对流速的影响是不同的;（2）含沉水植物的水流垂向流速分布曲线存在一条流速分界线,在其上部流速变大,下部流速变小,流速分界线在植物冠层以上,在相对水深h／H=0．3附近;（3）两株植物叶片之间是否有交叉重叠对水流的阻碍作用是有区别的;有交叉重叠时会额外增加水流阻力;在流速分界线以下,叶片有交叉重叠时流速减小幅度较大。     

植物护岸对波压力的影响试验研究

在堤外滩地上合理地种植适生植物能够起到保护岸滩、消减波浪的作用,是一种有效的生物护岸形式。该研究采用规则波和不规则波模拟河道中的波浪,通过不同滩地水深、不同波高和不同种树带宽度的组合试验,系统分析了防浪林宽度、滩地水深、浪高、波长等因素对刚性树干和带有柔性枝叶的模型树模拟堤外滩地防浪林消浪的影响,以及波高、最大波压力、波浪爬高及堤前底部波浪流速的分布规律; 该文重点研究植物护岸对最大波压力的影响。试验表明:在滩地上种植防浪树可以大大消减波浪能量,降低波浪对大堤的冲击力,从而起到保护堤岸的作用。     

波浪作用下柔性植物带内流速分布特性研究

该文基于波浪水槽物理模型试验,研究了不同波浪条件下,最大水平流速的垂线流速分布特性。与无植物时的垂线流速对比,提出了水平流速衰减系数,分析了其特性。与无植物区相比,各断面在柔性植物的影响下垂线流速均有所减小;在柔性植物带内,上部冠层区的流速减小,植物带越长减小越显著;近底处的流速沿程先减小后增大再减小。随着来波波高的增大,各断面与无植物时的流速差缓慢增大,流速减小区域有下移的趋势。植物带中和植物带后的实测值与衰减理论值的流速衰减系数均沿水深向上变化规律基本一致,沿程变大,实测值的垂线分布趋于均匀且近底处的流速衰减系数增大更加明显。     

簇状分布的刚性双层植被明渠紊流特性分析

采用RNG k-ε 紊流模型,对簇状分布的刚性双层植被明渠水流进行了模拟和分析;根据时间及空间的双平均方法对植被明渠水流的流速及紊动参数进行了统计。结果表明:簇状分布的植被明渠水流可以分为植物区、间隙区及主流区,不同区域时均流速的大小和分布各异;双层植被明渠水流中,时均流速垂线分布在近床面、低植物顶部附近及高植物顶部附近均出现拐点,脉动强度和紊动能的最大值出现在高植物顶部附近。     

漫滩水流特征综述

水流漫滩后,主槽流速减小,滩地流速增大,但主槽流速大,滩地流速小,滩槽之间流速的差别使滩槽交界面上产生剪切力,两部分水流在交界面上发生动量交换,滩槽交界面产生大量次生流、旋涡,并伴随着大量的能量耗散。滩槽的边壁切应力分布不均,尤其是滩槽交界面处。流速和切应力不均匀分布导致了主槽水流含沙量降低,滩地水流含沙量升高。从五方面对漫滩水流特征的研究成果作简要概述。