坡面薄層水流滾波演變規(guī)律試驗(yàn)研究.pdf

1、坡面水流作為坡面土壤侵蝕的主要?jiǎng)恿σ蛩?，受力條件復(fù)雜且影響因素眾多。在一定水流條件下，坡而薄層水流容易失穩(wěn)產(chǎn)生一種波流共存的現(xiàn)象，水流表面出現(xiàn)滾波，這對(duì)坡面水流的水動(dòng)力學(xué)特性及其土壤侵蝕過(guò)程均會(huì)造成影響。目前，由于水流試驗(yàn)條件限制，無(wú)法進(jìn)行較小雷諾數(shù)條件下的坡面薄層水流水動(dòng)力學(xué)特性研究，對(duì)于坡面水流滾波的影響因素及演變規(guī)律研究也待進(jìn)一步探索。本文采用超聲波滾波測(cè)量系統(tǒng)，選用清水和甘油溶液作為試驗(yàn)流體，擴(kuò)展研究范圍至較小雷諾數(shù)區(qū)間，增大液

2、體粘滯系數(shù)以凸顯滾波演變規(guī)律，對(duì)4個(gè)粗糙度、5個(gè)坡度、13個(gè)單寬流量條件下的坡面薄層水流水動(dòng)力學(xué)特性及滾波演變規(guī)律進(jìn)行了研究，研究結(jié)果表明:
　　(1)坡面水流流態(tài)及阻力特征
　　甘油溶液試驗(yàn)條件下，流態(tài)系數(shù)m值變化范圍為0.256～0.497，坡度對(duì)m值的影響不大，m值隨粗糙度的增大呈現(xiàn)先增大后減小的規(guī)律;清水試驗(yàn)條件下，m值變化范圍為0.350～0.562，m值隨著能坡和粗糙度的增大均呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì);甘油溶液條件

3、下的n值均大于清水試驗(yàn)條件下的n值，說(shuō)明當(dāng)雷諾數(shù)較小時(shí)，能坡對(duì)于平均水深的影響更為顯著;不同粗糙度條件下，阻力系數(shù)在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)系中為一組與坡度和雷諾數(shù)相關(guān)的平行線。阻力系數(shù)隨粗糙度和坡度的增大而增大，隨弗汝德數(shù)的增大逐漸減小。
　　(2)坡面滾波特征參數(shù)影響因素
　　隨著單寬流量的增大，滾波波速以冪函數(shù)形式逐漸增大，相對(duì)波速逐漸減小，滾波波峰和相對(duì)波高呈現(xiàn)單調(diào)遞增的變化趨勢(shì)，滾波頻率在大坡度條件下會(huì)出現(xiàn)減小的趨勢(shì);隨著能坡的

4、增大，滾波波速逐漸增大，滾波波峰逐漸減小，滾波相對(duì)波高變化不大，滾波的頻率逐漸增大;隨著粗糙度的增大，滾波波速呈現(xiàn)先增大后減小的變化趨勢(shì)，滾波波峰水深呈現(xiàn)先減小后增大的變化趨勢(shì)，滾波的相對(duì)波高先減小后增大而后再減小，滾波頻率呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì);滾波波速和滾波波峰水深可由單寬流量、能坡及粗糙度以冪函數(shù)形式表示，經(jīng)驗(yàn)方程決定系數(shù)分別為0.92和0.91;相比清水條件下產(chǎn)生的滾波，甘油溶液條件下產(chǎn)生的滾波波速更小，滾波波峰值更大。

5、　　(3)滾波波形及相對(duì)特征參數(shù)沿程演變規(guī)律
　　單寬流量增大使得滾波波形朝著高而陡的方向發(fā)展。坡度的增大使得滾波向矮、細(xì)、窄的特征演變。糙度的增大使得滾波波峰處相對(duì)坦化，波體逐漸變寬;整個(gè)流程范圍內(nèi)相對(duì)波速變化幅度不大，但在能坡為0.1736～0.4226的范圍內(nèi)，相對(duì)波速在坡長(zhǎng)為6.5m的時(shí)候會(huì)出現(xiàn)峰值;坡長(zhǎng)小于6.0m時(shí)，滾波相對(duì)波高隨著坡長(zhǎng)的增大逐漸增大，增長(zhǎng)速率隨坡度的增大逐漸減小。在坡長(zhǎng)為6.0～8.0m的范圍內(nèi)，滾波