明渠植物阻力特性的試驗研究.pdf

1、天然河道中生長有水生植物，植物不僅影響河道水流時均流場和紊流結(jié)構(gòu)，而且影響泥沙、養(yǎng)分及污染物的輸運。因此開展含植物河道水流特性研究，對環(huán)境保護、生態(tài)修復和水利工程等都具有重要的工程實踐意義。
　　 河道中生長植物后，水流運動情況較平整泥沙河床的情況復雜得多。有學者將植物看成床面的凸起阻礙水流運動;也有學者認為植物的存在占據(jù)了過水斷面，將其影響考慮為因減小過水斷面面積而阻礙水流運動。由于對該問題理解的不同，得到的計算公式也有區(qū)別。

2、事實上，由于植物的相對高度不同，對水流的影響有明顯的差異，而且植物對水流影響有明顯的三維特征，因此有必要進一步加深植物對水流運動影響的研究。
　　 在變坡水槽中，采用圓棒模擬剛性植物，仿真草模擬柔性植物;將野生植物狄從河道移植到玻璃水槽。在上述三種情況下分別進行水槽試驗，對不同的均勻流條件下的水流流速、水力坡度等參數(shù)進行測量，研究了解剛、柔性植物在多組水流條件下植物阻力的變化情況。試驗結(jié)果表明:在同一水深條件下，不同流速時，剛性

3、模擬植物在淹沒和非淹沒情況下，植物阻力都是隨流速的增大而增大;柔性模擬植物的植物阻力則受到相對淹沒度和水流流速雙重因素的影響，其影響的程度與植物的形狀有關(guān)并隨水流作用的強度變化而變化，具有一定的不確定性;真實植物在非淹沒情況下，試驗流速范圍內(nèi)植物阻力都是隨流速的增加而減小。
　　 采用NDV對三種植物在均勻流條件下斷面垂線流速分布進行測量，觀察分析剛、柔性模擬植物以及真實植物在淹沒、非淹沒工況下水流結(jié)構(gòu)，分析對比數(shù)據(jù)結(jié)果表明三種

4、植物水流結(jié)構(gòu)各不相同。
　　 提出將植物產(chǎn)生的阻水作用等效為垂直于河床的附加當量濕周的阻水效應，運用愛因斯坦水力分割的思維方法，將河道阻力分割為河床阻力、河岸阻力、以及植物當量濕周上的附加摩擦阻力，此種分析方法有助于人們加深對植物與水流相互作用問題的理解。根據(jù)植物淹沒高度與水深相當，植物均勻分布情況下的試驗資料，推求植物-河道綜合糙率系數(shù)的經(jīng)驗計算式。采用其他學者非淹沒剛性植物試驗資料進行驗證，分析結(jié)果表明:均勻流條件下，對于非