坡面流水动力学特性分析

为了研究坡面流的水动力学特性,提出了考虑河床坡度以及降雨动量的坡面降雨径流计算方法,建立了基于Roe格式的坡面流水动力模型。结合相应的试验进行了模型验证,结果表明模拟值与实测值比较接近。应用该模型模拟了自然降雨条件下的坡面流运动情况,分析了坡面流流速、水深及出流断面单宽流量的变化规律,并对其影响因素进行了敏感性分析。模拟结果显示:坡面流流速、水深均随降雨强度、坡长及坡度的增大而增大,其中坡度的影响最为显著;出流断面单宽流量随降雨强度的增大而增大,随坡度的变化不显著。     

底坡变化对坡面流水动力学特性影响研究

坡度是影响坡面流水动力学特性的重要因素之一,采用变坡试验水槽在变化水深条件下模拟坡面流,用于研究7种不同坡度对水动力学特性的影响。结果表明:水力坡度、弗劳德数、雷诺数随坡度增大而增大,阻力系数随坡度增大先增大后减小;在相同坡度条件下,弗劳德数随水深增大先减小后趋于稳定,雷诺数随水深增大而增大;当0≤J≤1.5%时,水力坡度随水深增大先减小后趋于稳定;当2%≤J≤3%时,水力坡度随水深增大先基本不变后减小。     

人工植被变化对坡面流水沙运动的影响

基于室内坡面流试验,研究了人工植被分布变化对坡面水流及输沙特性的影响。试验采用PVC管模拟植被,通过改变管径、分布方式来模拟不同的植被分布情况,包括"细管整齐排列""细管错开排列""粗管错开排列"等植被分布方式。研究结果表明,植被分布变化对坡面流扰动程度影响显著,使得水流流速、流态差异很大;对有淤积情况下的坡面流输沙率、拦沙率影响显著,而对没有淤积情况下的坡面流输沙率影响较小。     

倒伏植被茎秆粗度对坡面水流特性的影响

为深入探索植被倒伏条件下水流结构的内在规律,开展植被茎秆直径对坡面流水流特性影响的试验研究。试验固定坡度为1. 0%,倒伏角度为20°,取茎秆直径为2 mm、3 mm、4 mm进行室内明渠流模拟试验。结果表明:在相同直径条件下,随水深增大,Darcy-Weisbach阻力系数逐渐增大,雷诺数呈线性增大,弗劳德数呈幂函数形式下降;在相同水深条件下,随茎秆直径增大,DarcyWeisbach阻力系数增大,雷诺数与弗劳德数随之而减小,且当茎秆直径每增加1 mm,阻力系数平均增大33. 76%,雷诺数平均减小2. 57%,弗劳德数平均减小8. 33%。     

坡面水流水动力模型研究

随着城市规模的快速增长,立交桥等陡坡道路建设过程中面临的积水问题越来越受到重视。为研究变坡水槽降雨径流的水力学特征,借鉴一维坡面流的基本方程,以 Roe 格式近似黎曼解方法为基础,建立了模拟自然降雨条件下不同坡度坡面流运动情况的数学模型,通过人工降雨实验验证了16 种工况下流速的拟合情况。实验结果显示,实测值和计算值之间的相对误差在0. 6% ～17. 4%之间波动,总体上维持在15%以内。计算值和实测值表明,坡面流速、水深跟降雨强度和坡度均成正比关系,符合实际情况。同时,两者之间表现出较好的拟合度,说明了该模型具备模拟坡面薄层水流的能力。     

植物茎秆影响坡面径流水动力学特性研究

为深入揭示植被覆盖下坡面流阻力的内在规律,在考虑植被段前壅高和段后水深的基础上,系统研究了植被茎秆覆盖度为32.32%时6个坡度和12个流量组合下坡面流的流动特性。结果表明:在植被茎秆覆盖度为32.32%条件下,当坡度小于6°时,坡度对平均流速影响与流量相当,而坡度大于6°时,坡度对流速的影响甚微;试验过程中,壅水区水深与平均水深均随着流量增加而增大,而尾水深则略有波动;植被阻力系数随雷诺数的增加而增大,而随弗汝徳数的增加而减小,这是植被的粘滞阻力和压差阻力相互作用的结果。该成果为进一步研究植被覆盖下坡面流水动力学特性提供理论依据,进而对水土流失治理及生态修复均具有一定的指导意义。     

坡面沟蚀及其分形特性试验研究

随着降雨击溅及坡面径流的持续冲刷,坡面侵蚀将由面蚀向沟蚀转化,并形成复杂的坡面微地形,坡面微地形又将改变坡面侵蚀方式。通过降雨及直接径流冲刷条件下的坡面侵蚀试验,研究了坡面侵蚀过程和冲刷流速(量)、侵蚀率与坡面微地形分形特征之间的关系,结果表明:侵蚀坡面地形分维值与冲刷流量和坡度存在明显的相关关系,把流速和坡面侵蚀率作为坡面地形演变的直接指标,均存在分维值随其先增大后减小的规律。     

草被覆盖度下坡面流流速变化及缓流机制研究

坡面薄层水流是黄土区土壤侵蚀发生的直接动力条件,探究植被覆盖条件下坡面流水动力学特性及缓流机制,有助于揭示土壤侵蚀发生的水动力学机理。在水槽坡度为12°条件下,通过9个草被覆盖度、7个流量的组合试验,研究了不同植被覆盖度下坡面水流流速变化和缓流机制。结果表明:坡面流流速随着覆盖度的增加整体呈减小的趋势;缓流系数随覆盖度的增加呈先增大后减小的变化规律,当覆盖度大于47.66%时,缓流系数随覆盖度的增加显著减小;以覆盖度47.66%为临界值,高、低覆盖度下缓流系数随雷诺数的变化规律有所不同。最后,建立了模拟草被下的坡面流流速和缓流系数拟合公式,验证结果表明,拟合公式精度较高,可为建立土壤侵蚀预报模型提供参考。     

三维土工网护坡坡面流水动力学特性试验研究

采用室内变坡水槽,通过组合不同坡度(5o、10o、15o、20o、25o和30o)、不同流量(1 m3/h、1.5 m3/h和2 m3/h)室内模拟放水冲刷试验,对三维土工网护坡坡面流水动力学特性进行了研究。结果表明,坡面流流态为紊流,流型为急流;坡面冲刷深度—坡度、阻力系数—坡度及阻力系数—雷诺数呈正相关的幂函数关系;阻力系数—弗汝德数呈负相关的幂函数关系。研究成果对深入揭示三维土工网护坡坡面侵蚀的水动力过程具有重要的理论意义。     

草被覆盖下坡面-沟坡系统坡面流阻力变化特征试验研究

本项研究旨在通过室内放水冲刷试验,揭示坡面—沟坡系统坡面不同草被覆盖面积比、不同空间配置、不同放水流量下坡面阻力的变化过程及特征。试验共涉及坡面—沟坡系统坡面5种草被覆盖面积比、3种空间配置和2种放水冲刷流量。结果表明：坡面—沟坡系统坡面流各段面平均曼宁糙率系数和平均阻力系数与放水流量关系密切,随流量的增大在有草被覆盖断面两系数呈减小趋势,在无草被覆盖断面呈增大趋势。有草覆盖面积大小对阻力影响较大,随面积比的增加阻力系数增大;坡面流阻力在整个坡面—沟坡系统中沿流程增加而下降。在有草覆盖条件下各断面径流平均曼宁糙率系数和平均阻力系数均呈增加趋势,无草坡面则变化不大。因此可得出结论认为草被覆盖和坡度对坡面流阻力大小起着决定性的影响。     

坡面雨滴溅蚀坡长及坡面流输沙能力的探讨

通过对坡面雨滴溅蚀过程的分析，提出了雨滴溅蚀有效坡段的概念．在坡面流近似为运动波的条件下，利用Govindaraju．et．al．提出的坡面流分离变量形式，导出了坡面流的微分基本方程及其近似解．最后利用有效坡段和坡面流近似解，讨论了B．T．Guy坡面流输沙能力公式的应用范围．本文的研究，对了解坡面流输沙能力qs（x，t）的变化规律有重要意义．     

二维坡面雨洪水动力模型研究

由降雨产生的坡面洪水运动过程复杂,其可靠模拟仍有待深入。该文建立了基于浅水方程的二维坡面雨洪动力过程模拟的动力波模型,选用单坡、三阶坡面和复杂起伏多变坡面的雨洪运动为数值算例,进行了数值检验并与忽略惯性项的扩散波模型进行了对比分析。结果表明:动力波模型可以较好地模拟洪水过程,在峰现时间,洪峰水位的捕捉和退水过程等方面都表现出优良的特性;而且动力波模型在复杂坡面雨洪过程计算的适应性方面表现更佳。而扩散波模型在计算精度和稳定性方面都相对要差。虽然扩散波模型在单坡面算例中的计算精度也较高,但因受忽略惯性项的影响,退水过程有明显偏离。     

地表条件对坡面产流的影响

本文将复杂地表条件对坡面流运动的影响概化为阻力的变化，运用运动波理论和修正的Green-Ampt入渗模型，建立了能够反映地表条件影响的坡面降雨入渗产流模型，数值结果与实验符合较好，运用该模型分析了植被、地形、坡长、坡度等地表条件对坡面产流过程的影响。     

坡面流阻力研究进展

主要从坡面流流态对坡面流阻力的影响、坡面流阻力与雷诺数的关系、降雨对坡面流阻力的影响、坡面流阻力公式4个方面对前人关于坡面流阻力的研究成果进行了总结。结果表明:坡面流流态的不确定性导致了坡面流阻力变化更为复杂;坡面流阻力与雷诺数之间并无良好单一的相关关系;降雨对坡面流阻力有很大的影响作用但具体影响机理并未有明确的结论;坡面流阻力公式表征仍用明渠水流概念及表达方式,并且3个阻力系数n、f、C哪个更适合表征坡面流阻力尚无统一的结论。进而对目前存在的问题进行了分析,对今后的发展进行了展望,认为需在研究方法和实验设备及量测技术方面有所突破,才可以更好的对坡面流阻力进行全面系统的研究。     

西南陡坡山区坡面产流输沙动力学特性

利用运动波理论近似模拟陡坡山区坡面流,导出其坡面流基本方程,根据净雨历时与汇流平衡时间的关系,得到了不同净雨历时的坡面流近似解。假定在恒定雨强条件下,根据坡面汇流理论,提出了坡面雨滴溅蚀有效坡段概念,分析坡面流输沙受雨滴溅蚀作用和径流冲刷作用的主次关系,确定了Guy坡面流输沙能力公式的应用范围。     

黄丘区坡面细沟流速分布特征试验研究

利用坡面水蚀精细模拟降雨试验,对黄丘区陡坡(20°)条件下细沟流速分布特征进行了研究。通过对细沟形态演变过程的观察与分析,同时结合试验中对细沟间及细沟内流速的观测,给出了细沟发育过程中坡面流速沿程分布以及细沟内关键位置的流速分布。结果表明,细沟间流速分布基本不受细沟发育程度的影响,而细沟内水流流速与细沟发育过程之间存在互馈关系,首先坡面漫流向集中股流的转化促使细沟发育,会导致细沟内流速的增加,但随着细沟的进一步发展,汇流面积减小,沟床形态阻力及沟底跌坎消能作用增大,细沟流速又会逐渐减小,沟床形态阻力与径流集中产生的流速增量二者间的相互对比关系影响着细沟内水流速度。     

植被排列方式对坡面糙率系数的影响研究

为分析植被排列走向与水流方向的夹角对坡面地表水流阻力的影响,设计了3种植被排列走向与水流方向成不同夹角的底板、7种不同的坡面比降,通过试验研究不同植被分布对坡面流水流阻力的影响。结果表明:在非淹没状态下,在一定坡面比降范围内,同一平均水深下,随着水流方向与植被走向夹角减小,糙率系数增大;同一下垫面条件下,坡面水流流向不同则坡面地表糙率系数不同,植被走向与水流方向的夹角越小则糙率系数越大。     

DEM尺度对MIKE SHE坡面二维流模拟的影响分析

MIKE SHE的坡面流计算采用的是二维扩散波模型,这种算法下DEM中存在的“洼点”会对径流过程造成影响.针对黄龙带水库流域用100m DEM,用双线性插值转换为27m、50m、200m、400m的DEM,并建立5个尺度的模型,研究不同尺度下的洼蓄量、坡面径流过程.结果发现在尺度上推和下推的过程中,洼蓄量都减少,并且尺...     

坡面汇流的试验研究

本文根据大量的室内模拟降雨汇流试验，分析了降雨强度、雨型、坡面形状、坡度及粗糙度等因素对坡面汇流的影响。着重探讨了雨强与洪峰流量及汇流时间的关系、雨型对洪峰流量的影响规律等问题，对坡面汇流的理论研究及小流域的径流计算都具有现实的意义。     

不同黑麦草覆盖密度对坡面水流能量特征的影响研究

四川省是长江上游水土流失的策源地,也是长江流域主要泥沙来源区,而且该地区降水集中、坡耕地多,坡面能量汇聚过程是产生水土流失的主要成因。为了治理坡耕地的土壤侵蚀并合理配置植物措施,依据四川省植被及土壤侵蚀分布情况,设计多组坡面覆盖条件,研究了水流在不同黑麦草覆盖密度下流动时的坡面水流能量、能耗及动能变化规律。试验结果表明:卵石覆盖坡面水流能量大于植被与卵石耦合坡面,且坡面植被密度为中等时水流能量最小,阻水效果最好。坡面流量较小时,坡面上部为卵石坡面的水流能耗较大,下部则是植被与卵石耦合坡面能耗大;流量较大时,能耗变化规律与小流量时相反。