植被作用下复式河槽水流阻力实验研究

论文摘要

复式河槽在调节洪水、削减洪峰、贮存泥沙等方面不同于单一河槽。由于河岸滩长期不过流,经常长有植被和庄稼。在植被覆盖条件下,一方面,利用树根保护土壤,避免水土流失,能起到固滩、固岸的作用;另一方面,由于植被的存在,其本身的形状、刚柔性、植物枝叶分布及种植密度等在很大程度上改变了水流的内部结构,增大了水流阻力,加大了岸滩的糙率,抬高了河道水位,降低了河道的过流能力。对于河滩种树的这种生物护岸措施,要分析其利弊,研究如何既能最大限度发挥其固滩护堤的作用,充分地利用滩地资源,又能保证河道行洪安全。这是生产实际提出的新问题。因此,探讨滩地植被对复式河槽水流阻力的影响对防洪工程、航道整治、城市生态水利建设及河滩地合理开发利用等国民经济和社会发展中的重要问题,有着广阔的应用情景。本文在国内外学者对复式河槽水流特性研究的基础上,采用水槽试验,分析与讨论了滩地植被特性,即植被高度、密度、柔韧性及植被的排列方式对复式河槽水流阻力的影响,其主要研究内容为:首先,简要介绍了滩地种树对复式河槽的漫滩水流特性,回顾了国内外学者的关于单一河槽和复式河槽水流阻力特性的研究成果;其次,采用量纲分析法得出滩地植被对复式河槽水流阻力影响的因素。通过选择试验材料、优化复式河槽断面、选择恰当的来水条件构建试验模型,通过水槽试验,分析有无植被情况下,植物高度、密度、植物的排列方式对复式河槽流速分布的影响,得出滩地植被密度、植被高度及排列方式对复式河槽流速分布的变化规律。第三,通过试验结果分析植物高度、密度、植物的排列方式对复式河槽水流阻力特性的影响,可以得出复式河槽,曼宁阻力系数、Darcy-Weishbach阻力系数的变化规律。最后,结合国内外学者关于复式河槽流量的计算方法,本文推导出植被作用下,复式河槽过流能力的计算公式,经试验数据分析表明,该方法较为合理,方便工程实际计算。滩地植被对复式河槽水流阻力特性的影响十分复杂,有待进一步研究。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 问题的提出与研究意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 植被作用下的单一河槽水流阻力
• 1.2.2 植被作用下的复式河槽水流阻力
• 1.3 主要研究内容和方法
• 1.4 主要章节安排
• 第二章 实验设计
• 2.1 模型试验理论基础
• 2.1.1 物理模型和数学模型
• 2.1.2 量纲分析
• 2.1.3 本试验模型理论
• 2.2 实验设计
• 2.2.1 实验模型
• 2.2.2 试验设备
• 2.2.3 水流参数
• 2.2.4 试验方法
• 2.3 本章小结
• 第三章 植被作用下复式河槽流速分布
• 3.1 概述
• 3.2 理论基础
• 3.3 试验数据
• 3.4 试验结果分析
• 3.4.1 水位变化
• 3.4.2 植被密度对流速分布影响
• 3.4.3 植被高度对流速分布的影响
• 3.4.4 植被排列方式对流速分布的影响
• 3.5 本章小结
• 第四章 植被作用下复式河槽的水流阻力
• 4.1 概述
• 4.2 阻力系数计算
• 4.2.1 曼宁阻力系数
• 4.2.2 Darcy-Weisbach 阻力系数
• 4.3 试验数据
• 4.4 试验结果分析
• 4.4.1 曼宁阻力系数
• 4.4.2 Darcy-Weisbach 阻力系数
• 4.5 本章小结
• 第五章 植被作用下过流能力的计算
• 5.1 概述
• 5.2 复式河槽流量计算的方法
• 5.3 植被作用下流量计算的新方法
• 5.3.1 公式的推导
• 5.3.2 参数的确定
• 5.3.3 方程的解析解
• 5.3.4 公式验证
• 5.4 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 存在问题与展望
• 致谢
• 参考文献
• 在学期间发表的论著及取得的科研成果