非均勻流條件下植被河道水力學(xué)特性與曼寧公式研究.pdf

1、明渠植被與水流之間的相互作用是河流生態(tài)修復(fù)、泥沙輸移、行洪安全及水質(zhì)凈化研究領(lǐng)域的重要科學(xué)問題?；谒嶒灐⒗碚撏茖?dǎo)和數(shù)值模擬，本文研究了非均勻流條件下植被河道的水力學(xué)特性及曼寧公式，分析和解釋了其沿程變化規(guī)律，并結(jié)合數(shù)值模擬結(jié)果加以驗證，探討了非均勻流條件下植被與水流的相互作用機(jī)理。
　　一、構(gòu)建室內(nèi)植被河道水工實驗研究系統(tǒng)，在流量70、80、90L/s及蘆葦莖桿密度0、54、108、202株/m2的工況下，研究了非均勻流植被

2、河道的水力學(xué)特性。
　　1）在植被河道內(nèi)，水流流態(tài)的整個變化過程為M1型——M2型——M1型;
　　2）隨著植被密度的增大，冪指數(shù)擬合垂向流速分布的結(jié)果越來越差，明渠均勻流對數(shù)流速公式不適用于非均勻流植被河道;
　　3）湍流強(qiáng)度在進(jìn)出植被段處顯著增大，在總體上隨著植被密度的增加而增加，隨著流量的增加而減小;
　　4）湍動能在植被段內(nèi)整體呈增加趨勢，但出植被段湍動能顯著減小，水流變得平穩(wěn)。
　　二、基于植被河

3、道水流的力學(xué)分析與室內(nèi)植被河道水工實驗，研究了非均勻流條件下植被河道的曼寧系數(shù)變化機(jī)制。
　　1）對水力坡度進(jìn)行了修正，推導(dǎo)出了非均勻條件下綜合曼寧系數(shù)計算公式;
　　2）對植被河道的受力進(jìn)行分解，在理論上建立了植被曼寧系數(shù)、渠底邊壁曼寧系數(shù)與綜合曼寧系數(shù)之間存在的平方和關(guān)系，據(jù)此提出了植被曼寧系數(shù)的計算公式;
　　3）在不同植被密度的水工實驗中，植被段內(nèi)綜合曼寧系數(shù)和植被曼寧系數(shù)均沿程呈線性下降趨勢;
　　4）

4、綜合曼寧系數(shù)與實驗植被密度呈線性函數(shù)關(guān)系，植被曼寧系數(shù)與實驗植被密度呈冪指數(shù)函數(shù)關(guān)系。
　　三、基于多孔介質(zhì)模型模擬了植被河道的水面曲線和流速，對比分析了模擬結(jié)果與實驗測量數(shù)據(jù)。
　　研究表明:
　　1）模擬的水面曲線與實驗測量結(jié)果趨勢一致，植被段內(nèi)流態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)镸2型;
　　2）在植被段內(nèi)，曼寧系數(shù)沿程呈線性下降趨勢，從另一個方面佐證了基于植被河道水流的力學(xué)分析推導(dǎo)的非均勻流曼寧公式的可靠性。
　　生態(tài)河道的