植物對水流結(jié)構(gòu)作用機理初步研究.pdf

1、以河道糙率理論、概率統(tǒng)計理論和紊動流體力學理論等為基礎(chǔ)，進行實驗研究和數(shù)據(jù)分析。許多水流結(jié)構(gòu)參數(shù)如水力半徑、粗糙系數(shù)、摩阻流速和拖曳系數(shù)等，在明渠均勻流的理論里，物理意義原本是清晰和明確的，但在考慮植物影響后出現(xiàn)歧義。了解植物引起的水流結(jié)構(gòu)變化和作用機理，需要從基礎(chǔ)問題進行認識。因此分析以下內(nèi)容:
　　 關(guān)于野外明渠植物的生長情況和曼寧粗糙系數(shù)。由觀測野外明渠的實測資料得到植物分布特征的一些表觀認識和含植物河渠粗糙系數(shù)的初步結(jié)論

2、。根據(jù)經(jīng)典曼寧粗糙系數(shù)計算公式，實際呈群落密集分布的植物產(chǎn)生的河渠糙率明顯大于無植物情況，最大糙率值出現(xiàn)在植物非淹沒狀態(tài)時，n=0.14，高于手冊相應(yīng)推薦粗糙系數(shù)的最大值。植物的阻水效應(yīng)需要更加重視。
　　 關(guān)于真實植物的水流結(jié)構(gòu)。利用真實植物，并根據(jù)原型的分布密度于實驗室水槽種植，觀測水流的流速分布。分析數(shù)據(jù)結(jié)果顯示，真實植物引起的水流垂線流速分布異于無植物情況的經(jīng)典對數(shù)分布，甚至同斷面不同垂線也呈凌亂狀。運用同點延長測量時間

3、，統(tǒng)計時均值，利用散點頻率呈雙正態(tài)的分布特征，調(diào)整時均流速值，得到結(jié)論:含植物水流仍受底壁粗糙摩擦產(chǎn)生的切應(yīng)力影響，靠近底壁的流速分布類似于無植物情況;而遠離底壁的大部分流層流速值相對經(jīng)典對數(shù)分布“滯后”，整體上呈“常數(shù)分布”。
　　 關(guān)于以圓棒和仿真植物為代表的模擬植物的流速分布、紊動強度、紊動動能、雷諾應(yīng)力和摩阻流速水流結(jié)構(gòu)。分析水槽試驗數(shù)據(jù)結(jié)果顯示，植物葉片的有效阻水高度（對于圓棒為整桿全部高度，對于仿真植物為葉片分叉至植

4、物頂部冠層部分高度）范圍內(nèi)的雷諾應(yīng)力呈常數(shù)分布。說明植物的有效阻水高度范圍內(nèi)的上下流層動量交換不明顯，或來回相互抵消。這點體現(xiàn)為上述流速呈常數(shù)分布的現(xiàn)象。在等應(yīng)力層里，紊動強度和紊動動能出現(xiàn)整個流層的最大值。含植物水流的紊動切應(yīng)力不再像明渠均勻流沿水深呈簡單的線性關(guān)系，摩阻流速代表的意義與經(jīng)典明渠均勻流存在差異。變型并參數(shù)化含尾流函數(shù)流速分布方程，結(jié)果表明分布方程中的對數(shù)項比尾流項和常數(shù)項小得多。植物紊動產(chǎn)生能量傳遞和耗散，可推測主要發(fā)