韩璐[1]2006年在《柔性植被河道水流特性试验研究》文中研究指明河道种植植被现象十分普遍。实验证明,水生植物对一些污染较为严重的水体可以起到净化的作用,除此之外还可以对岸坡起保护作用。然而河道种植植被也存在许多问题,水生植被增加了河床的阻力,使河道的水位升高,水流的平均流速减小,并且迫使部分水流动能转化成紊流脉动动能,降低了河道的行洪能力。因此了解河道植被对水流的影响成为人们日益关注的问题。 本文通过对有植被河道的水流试验来研究分析柔性植被对水流的影响,主要内容如下: 1.通过使用ADV(Acoustic Doppler Velocimeter)对复式断面河道种植植被水流进行试验,了解河道滩地区、滩槽交界区和主槽区水流在有植被状况和无植被情况下水流流速、紊动强度、雷诺应力、沿程阻力的变化,以及在不同流量情况下水力特性的变化,从中得出柔性植被对水流扰动的一些规律。 2.通过对复式断面河道水流投放示踪剂,直观了解滩地水流归槽现象,并通过试验发现流量和归槽长度存在规律。 3.研究单式断面明渠水流种植植被后水流各个水力参数的变化,将试验数据和前人试验数据进行比较,发现密集植被对水流的干扰程度远大于稀疏植被。
王忖[2]2003年在《有植被的河道水流试验研究》文中提出近来，流经植被的水流的运动特性，正在逐渐引起人们的注意。水中植被的存在抬高了河道水位，改变了河道水流的结构，减小了河道水流的平均流速，在促进地貌稳定的同时，也使河道的行洪能力降低。但是，到目前为止，植被的存在对河道水流的影响仍处于研究阶段。因此，有必要对有植被的河道水流问题进一步探讨。本文较系统地总结了前人对有植被的河道水流问题的研究成果，将有植被的河道水流问题分为两大类：(1)流经柔性植被的河道水流问题，(2)流经刚性植被的河道水流问题，本文分别进行试验研究。主要研究内容如下：1．对流经柔性植被的河道水流进行了试验研究。利用叁维超声波多普勒流速仪(ADV)量测不同位置、不同流量下的瞬时流场。分析了测点位置和水深与植被高度比对时均流速分布的影响。本文还给出了种树段紊动强度及雷诺应力的垂线分布。分析其水力特性和所测流速分布，推导出新的垂线流速分布表达式。根据力的平衡建立了一个一维简单模型分析植被对水流的阻力。2．在前人研究的基础上对河滩上种有树木的复式断面渠道的水流特性进行了试验研究，着重分析了滩地种树密度、排列方式对水流的影响。3．采用ADV对滩地种树前后滩槽交界区域的流速场进行了量测。分析了滩槽交界区域的垂线流速、紊动强度和雷诺应力的变化。将滩槽交界的动量传递描述为一表观应力，这个表观应力可以看作是交界面处的脉动函数并将其定量化。
袁梦[3]2008年在《有水葫芦河道水流特性试验及数值模拟研究》文中提出水葫芦在长江及其以南的河道、湖泊和水库中疯狂生长,大量繁殖后,遮蔽水面,占用了行洪断面积,增大了河流的阻力,遇到障物后,造成河道严重堵塞,形成一道“水坝”,阻碍水体的流动,致使水面壅高,给堤防造成很大隐患。本文在对有植被的河道水流问题以及相似研究的国内外研究现状的基础上,通过室内物理模型试验和数值模拟的方法,研究、分析大面积覆盖水面的水葫芦对河道行洪能力,及其对河道水体结构、水流特性的影响。物理模型试验中,根据紊动强度和雷诺应力沿程变化,将有水葫芦河道水流划分成叁个区域,即无水葫芦覆盖但受影响区、水葫芦前缘区以及充分发展的水葫芦覆盖区。在此叁个区域典型断面上,分析对比不同工况下,有无水葫芦覆盖时水流的时均流速、水位壅高、糙率、紊动强度、雷诺应力等水力学要素的变化规律。根据水深方向水流结构的变化,把水流分为两个区域:根茎区(相对水深Y>0.7)和根茎以下区(相对水深Y<0.7)。典型断面在根茎以下区相对紊动强度变化很小,在根茎区,第7断面上相对紊动强度小,但相对于无水葫芦时有明显增大,在第2断面及前缘区临界断面上变化显着,尤其是临界断面,相对紊动强度波动很剧烈。雷诺应力和紊动强度分布规律相似。本文利用动量定理及力的平衡方程推导出了有水葫芦河道在水流处于恒定非均匀流下的综合糙率计算公式。水葫芦对水流影响的数值模拟主要利用计算流体力学软件FLUENT,结合RNG双方程湍流模型,用VOF方法追踪自由水面,对有水葫芦覆盖的水槽二维两相流场作了数值模拟,采用多孔介质域模拟水葫芦覆盖区域,以多孔介质前后压强配合空隙率来确定渗透率,给出了壅高水面线及流速等参数的分布。将数值计算得到的水面壅高值及流速分布与试验实测结果进行了比对,两者吻合较好。
李冬[4]2007年在《植被对水流结构影响试验研究》文中认为流经床面有植被明渠水流的运动特性正在逐渐引起人们的注意。在河流岸滩种植植被,能起到固岸护滩的作用,植被作为一种生物控导工程措施,对于水生生态环境的保护和修复,维持河流湖泊和海滨区的高质量水环境具有非常重要的意义。但水中植被的存在,改变了河道水流的结构,减小了河道水流的平均流速,导致河道的泄洪能力降低。因此探讨植被与水流的相互影响,深入理解植被与水流之间的作用机理,在水资源可持续利用,河流及湖泊的生态修复、管理和河道整治等方面都有重要的科学和实践意义。植被的存在对明渠水流的影响仍不十分清楚,有必要对有植被明渠的水力特性做进一步研究。本文在资料查新的基础上,对有植被明渠水流问题国内外的研究现状进行了较详细的总结。并对有柔性植被的明渠水流进行了试验研究,主要研究内容如下。对流经有柔性植被的明渠水流结构进行了试验研究。利用叁维超声波多普勒流速仪(ADV)量测不同位置、不同流量下的流场,分析了测点位置和水深与植被高度比对时均流速、紊动强度及雷诺应力垂线分布的影响。通过水槽试验,研究了植被层以下和植被层以上垂线流速的分布律。建立了植被层以下垂线流速的叁次函数公式和植被层以上垂线流速的对数公式,同时提出了相关系数的确定方法,并通过试验数据和其它水槽的流速资料进行了验证,发现所提出的明渠流速分布律可以比较好的描述有植被明渠实际的流速分布。将植被当成大阻力单元,用植被高度表示有植被床面的粗糙突起程度,以高度的方差表示它的非均匀性。在植被密度和直径不变的情况下,进行了一系列的水槽试验研究,较系统地考虑了植被几何特征的非均匀性对水流阻力的影响,得出植被高度非均匀性对水流阻力影响的初步规律,丰富了人们对床面上存在植被的明渠流动特性的认识,为进一步深入研究奠定了基础。
王伟杰[5]2016年在《明渠植被水流流速分布解析解与阻力特性研究》文中认为本文主要研究在植被存在情况下明渠水流的运动特性,即明渠植被水流的水动力学特性。研究的主要内容包括不同类型植被水流的流速分布解析解以及植被对水流的阻力特性。分别对柔性植被,双层刚性植被存在情况下的明渠恒定均匀流推导出纵向流速垂向分布的解析解模型。对非淹没刚性植被存在情况下,恒定非均匀流中的植被阻力特性进行研究,推导出植被拖曳力系数与雷诺数的变化关系。本文采用数学模型推导和实验室试验的相结合的方法对植被水流的水动力学特性进行了详细的研究,可以分为以下几个方面。柔性植被受到水流的作用会发生弯曲变形,本文针对这种情况研究并推导出柔性植被的弯曲特性以及在小弯曲情况下水流纵向流速的垂向分布解析解。将淹没柔性植被水流在垂向上分为植被层和自由水层分别来研究。首先,在植被层中对柔性植被应用悬臂梁理论推导出植被弯曲后各点的角度以及弯曲后的高度。然后,将植被阻力和雷诺应力的表达式代入水流控制方程中求解得到流速的解析解。其中,与刚性植被阻力不同,弯曲柔性植被在水流方向上的阻力为拖曳力与摩擦力的合力。当植被弯曲程度较小时,植被层中雷诺应力符合指数分布的形式,所以由此求解控制方程得到的流速解析解适用于植被发生小弯曲的情况。在自由水层中,为满足流速梯度在水面为零的条件,推导求解出流速分布的多项式表达式,与传统的对数流速表达式相比,该多项式表达式可以更好地符合实际情况。当水流流速较大或者植被柔性较高时,植被会发生大挠度的弯曲变形,在这种情况下,植被层中的雷诺应力不再符合指数分布形式,所以在植被小弯曲情况下得到的水流流速解析解在这里不适用。并且试验结果表明,植被弯曲程度较大时,其对水流的阻力会大幅减小,并与水流的流速近似为线性关系。基于这个现象,本文提出了新的植被阻力公式,并通过引入植被层和自由水层的卡门系数,求解得出植被发生大弯曲变形情况下,水流的纵向流速垂向分布的解析解。并且该模型能够很好地吻合试验所得的流速数据。在天然环境下,河道中的植被高度往往是不一样的,并且是高低交错排列的,在这种情况下,水流的流速特性更为复杂。本文以双层刚性植被为例,采用幂级数等方法求解水流控制方程,研究并得到双层刚性植被存在时,各层水流纵向流速的垂向分布解析解。与此同时,在实验室进行了双层植被水流的试验,并通过PIV粒子图像测速系统测量得到水流的流速特性,试验结果显示出流速在植被层下部近似恒定,而在植被层上部逐渐增大。通过与试验数据的对比,该流速解析解模型可以很好地预测双层植被水流的流速特性,同时本文给出了双层植被水流的剪切涡入侵深度的经验公式。上面所叙述的植被水流特性研究都是针对恒定均匀流情况,然而在实际河道中,水流往往是非均匀的。前人的研究成果已经得出在恒定均匀流情况下,拖曳力系数与雷诺数的关系,当采用前人所得到的拖曳力系数关系代入圣维南方程中求解恒定非均匀流的水面线时,计算结果与实际情况相差较大。说明在非均匀流情况下,植被的拖曳力系数不仅与雷诺数有关,还与水流的非均匀性有关。针对这种情况,本文研究并得出在恒定非均匀流情况下,植被拖曳力系数与雷诺数的关系是近似抛物线分布的,且抛物线的形状与水流的非均匀性和植被属性有关。同时,本文给出了在恒定非均匀流情况下,植被拖曳力系数的经验公式。在天然环境中,由于降雨的影响,河道中水面线也会发生变化。本文在上述恒定非均匀流的基础上加入降雨因素,继续研究在这些因素的综合影响下植被对水流的阻力特性。首先,在圣维南方程组中加入降雨项,推导出该情况下植被拖曳力系数的表达式。然后,通过实验室试验得到不同植被密度下、不同降雨强度下的水面线,并采用对数形式的水面线模型进行拟合,最终得到不同植被密度下、不同降雨强度时的拖曳力系数与雷诺数的关系。研究表明降雨对植被阻力特性有着较大的影响,并且随着降雨强度的增大,这种影响也在随之增大。在降雨强度很大的情况下,植被拖曳力系数随着雷诺数的增加而减小,呈现单调递减特性,这与没有降雨情况下的植被拖曳力系数特性完全不同。
朱红钧[6]2007年在《凤眼莲生态型河道水流特性试验研究》文中研究表明随着生态型河道的推广建设，各类水生植物被用于河道水体净化，然而植被的种植改变了原先河道的水体结构，影响了水体的水流特性。而漂浮植物作为水生植物的一种，实践中得到了广泛的应用，了解其对水流水力特性的影响，对水利工程、航道工程、以及生态修复工程都具有十分重要的意义。同时，在河道水流有一定流速存在的水力特性条件下，水生植物是否可以达到预想的净化效果，这是我们急需得知的问题。故对具有代表性的凤眼莲进行室内模拟试验，具体分析其对水流的影响和对水体的净化效果。 本文利用室内水渠进行模拟，主要研究内容为： 1．以叁种不同方式种植凤眼莲，在五种工况条件下量测流速场，从时均流速、紊动强度、雷诺应力叁个角度比较种植凤眼莲前后水流运动的变化； 2．分析凤眼莲种植后对渠道水位的影响，以及不同种植方式和不同工况条件下对水流运动影响的区别； 3．在凤眼莲净化试验前，做好相应的空白对照试验，于不同时间段取水检测水质，剔除空白对照的净化效率，从而得出凤眼莲提高的净化效率；每种方式试验前后称量凤眼莲生物量，计算增长值，从而寻找达到最佳净化效果的生物量； 4．探求较好的种植方式，使得其对水流的影响程度最小的同时也保证了良好的净化效果。
王莹莹[7]2007年在《有双重植被河道水流特性试验研究》文中指出近年来，河流的生态修复逐渐广泛地在实际工程中得到应用，但生态修复技术作为一种新生产物，有其不完善的一面，尚存在许多有待解决的技术问题。其中，植被的存在对河道水流结构的影响已成为广大学者与研究人员日益关注的问题，有必要进行深入的研究和探讨。 论文在系统回顾国内外对有植被河道水流问题的研究成果的基础上，对生态修复中常用植被河道水流特性进行了室内模型试验研究。利用叁维超声波多普勒测速仪(ADV)对有单一或双重植被作用下的矩形水槽中水流的瞬时流场进行了不同工况、不同位置的量测，分析了植被附近区域水流在种植植被前后水位的变化、垂线方向的流速分布规律以及相对紊动强度、雷诺应力等的分布情况，对各种工况下的不同试验结果进行了对比；并对淹没与非淹没植被水流阻力进行了理论分析；就模型植被与原型植被的挠曲度相似比尺关系进行了定性分析，指出可通过改变单位面积上的整体种植密度来控制植被对水流的阻力大小使模型与原型达到阻力相似的效果，并给出了表征植被抗弯刚度的参数的确定方法，定性地解决了模型植被与原型的比尺量化问题。
徐惠芬[8]2006年在《有植被河道的水力特性研究》文中研究表明在河岸滩种植植被,可以利用根系保护土壤,避免水土流失,能起到固岸固滩的作用。而且植被还能改善河道水环境和美化生态环境。但是植被的存在增大了水流阻力,减小了河道的水流平均流速,导致了水位攀升和部分泥沙的淤积,使河道的泄洪能力降低。因此,为了探讨河道的植被对水流阻力的影响,有必要对有植被河道的水力特性做进一步研究。 本文在资料查新的基础上,对有植被的河道水流问题以及相似研究的国内外研究现状进行了较详细的总结。在现有的试验研究成果的基础上,采用先进的叁维声学多谱勒流速仪(ADV),着重测量和分析了有刚性植被河道水流的水力特性,包括平均流速、紊动强度和雷诺应力。此外,还从底坡、排列方式及流量叁个角度分析对水流水力特性的影响。对有柔性植被的河道水流问题,本文也对平均流速、紊动强度和雷诺应力进行了研究,得到了一些有益成果。
王燕[9]2009年在《植物河道水流特性和稳定河相关系研究》文中提出河流的开发利用带来了一定的经济效益,为经济的繁荣做出了很大的贡献。但与此同时,人为造成的自然灾害不得不越来越引起人们的广泛关注,于是近年来河道的水力特性的研究已提上日程。无论是从生态、防洪、防治污染角度,还是从城市景观的角度,乃至从国家可持续发展的战略部署考虑,研究河流的水力特性,使河流能够得到切合自身特点的生态修复都是大势所趋,是对人类前期不合理开发河流的补救措施,也是今后继续利用河流资源的有力保障和可持续模式。在对目前河道特性研究综述的前提下,本文对滩地种有植物的复式河道的水力特性、河宽动力调整进行了物理模型试验研究。选用麦冬草作为复式河道的滩地上的滩地植被进行试验,通过使用ADV、便携式流速仪和界面测定仪进行流场及河道地形测量,探讨了滩地处植被对河宽调整的影响。本文比较系统、全面地总结了植物河道水流特性及河宽调整问题的研究成果;开展了复式河道滩地植物的动床试验,观测了滩地种植植被前后的水流特性变化情况与河宽动力调整过程,并进行了相应的理论研究;引入植物的种植密度,考察在不同种植密度的情况下对河宽调整的影响关系,得出相关的糙率拟合公式;在能量均衡关系的基础上,利用仙农熵的理论,对影响沙质河床稳定河相关系的因素进行了探讨,通过理论分析,认为在取得所测河段上下边界测点相关资料后,用最大熵原理和变分法可以推导出稳定的河相关系与断面宽度、平均水深、时间的关系式,最后通过试验对所得公式验证其合理性,认为其在计算试验区间任何时刻河相关系系数,均得到较好的吻合结果,丰富了此类问题的研究成果;在阐述生态河流内涵的基础上,从影响生态河流自然功能和社会功能的因子出发,分析了生态河流的研究现状;从生态修复技术、水体自净技术等方面着手,指出了生态河流目前在应用技术层面上的发展程度及其趋势。
罗晶[10]2010年在《湿地植物生长对水流—泥沙运动特性影响研究》文中研究表明近些年来,对于有植被影响的水流运动特性逐渐被人们所重视。无论是在河滩、沟道,还是湿地,植被的存在抬高了水流的水位,改变了水流的结构。在植物带前端,植被带的存在减小了水流的平均流速,使泥沙沉降的几率增大；在植物带末端,受植物带影响,对尾部河床有冲刷现象；同时,植被的存在降低了河道、沟道以及湿地的行洪能力。正是由于有植被的河道、沟道以及湿地水流问题的复杂性及特殊性,国内对此问题的研究十分鲜见,国外也很少。自20世纪80年代后期开始陆续有学者根据实际的需要,对某类具体的情况有针对性地开展有关的研究工作,但是,目前植被的存在对水流以及水沙运动的影响还不是十分清楚,因此有必要对有植被水流的水力特性进行进一步的研究,从而使人们对有植被水流问题及水流特性有更深入的了解。本文较系统的总结了前人对有植被水流问题的研究成果,将有植被的水流问题分为流经柔性和刚性植被的水流问题,分别设计了相应的水槽试验,主要研究内容如下：1.对流经植被的水流进行了试验研究。利用叁维超声波多普勒流速仪(ADV)和测针量测了不同流量、不同植物高度下的瞬时流场和沿水槽纵向的水位,分析了随着植物生长水槽纵向水面线、典型断面平均流速、垂线流速,探讨了同一来流条件下植物不同生长期的等效糙率和阻力系数的变化。2.对流经植被的加沙水流进行了试验研究。针对水槽底部预先铺沙,在相同的来流条件和冲淤时间下,利用测针量测了植物带前、中和后的床面淤积形态,分析了随着植物的生长床面的淤积形态的变化。3.利用发展较为成熟的RNGκ—ε模型针对有刚性植物存在的水流进行了数值模拟,通过数值模拟手段,所得结果与试验结果进行了对比,分析了刚性植物的存在以及生长对水流结构的影响。
参考文献：
[1]. 柔性植被河道水流特性试验研究[D]. 韩璐. 河海大学. 2006
[2]. 有植被的河道水流试验研究[D]. 王忖. 河海大学. 2003
[3]. 有水葫芦河道水流特性试验及数值模拟研究[D]. 袁梦. 新疆农业大学. 2008
[4]. 植被对水流结构影响试验研究[D]. 李冬. 长沙理工大学. 2007
[5]. 明渠植被水流流速分布解析解与阻力特性研究[D]. 王伟杰. 武汉大学. 2016
[6]. 凤眼莲生态型河道水流特性试验研究[D]. 朱红钧. 河海大学. 2007
[7]. 有双重植被河道水流特性试验研究[D]. 王莹莹. 河海大学. 2007
[8]. 有植被河道的水力特性研究[D]. 徐惠芬. 河海大学. 2006
[9]. 植物河道水流特性和稳定河相关系研究[D]. 王燕. 中国海洋大学. 2009
[10]. 湿地植物生长对水流—泥沙运动特性影响研究[D]. 罗晶. 昆明理工大学. 2010