植物对明渠流速分布影响的试验研究
含刚性植被明渠水流水动力学特性的研究
含刚性植被明渠水流水动力学特性的研究含刚性植被明渠水流水动力学特性的研究摘要：本文通过室内水槽实验，研究了含刚性植被明渠水流水动力学特性。
实验结果表明，在水流作用下，刚性植被能显著影响水流的速度、流向及剪切应力等水动力学参数。
通过分析实验数据，得出了与刚性植被高度、密度、水流速度等因素相关的数值关系。
研究结果对于明渠生态修复和水动力学模拟具有重要意义。
关键词：刚性植被；明渠；水流；水动力学特性；实验研究第一章引言含刚性植被的明渠是一种常见的水利工程结构，其不仅可以提供附着面和栖息地，促进水生生物的生存和繁衍，还可以有效控制水流速度，减少洪水灾害的发生。
因此，对于含刚性植被明渠水流水动力学特性的研究具有重要的理论和实际意义。
第二章实验方法2.1 实验设备本实验采用室内水槽进行，水槽尺寸为2m×0.5m×0.5m。
2.2 实验方案在水槽内设置不同高度和密度的刚性植被，并调节水流速度，在不同条件下进行实验。
第三章实验结果3.1 刚性植被对水流速度的影响实验结果表明，随着刚性植被高度的增加，水流速度逐渐减小。
3.2 刚性植被对水流流向的影响实验结果显示，刚性植被会改变水流的流向，使水流形成波动的曲线，在明渠内形成涡流。
3.3 刚性植被对剪切应力的影响实验结果表明，刚性植被的存在会增加水流的剪切应力，使水流的能量损失增加。
第四章数据分析与讨论通过对实验数据的分析，发现刚性植被的高度、密度与水流速度之间存在一定的关系。
随着刚性植被高度和密度的增加，水流速度呈现下降趋势。
同时，刚性植被的存在使得水流流向较为复杂，形成了较大的剪切应力。
第五章结论本研究通过室内水槽实验，深入探究了含刚性植被明渠水流水动力学特性。
实验结果表明，刚性植被能够显著影响水流的速度、流向及剪切应力等参数。
进一步分析数据得出，刚性植被的高度、密度与水流速度之间存在一定的关系。
这些研究结果对于明渠生态修复和水动力学模拟具有重要意义，可为保护水体生态环境、减轻洪水灾害等方面提供科学依据。
有植被突扩明渠水流特性试验_王泽
d o i :10.3969/j .i s s n .1674-8530.2011.01.010有植被突扩明渠水流特性试验王 泽,张 静(河海大学力学与材料学院,江苏南京210098)摘 要:通过水槽试验分别研究在沉水植物水蕨和挺水植物富贵竹两种植被作用下的突扩式明渠水流特性,采用声学多普勒测速仪,测量突扩前后不同垂线、不同测点的瞬时流速,计算得出时均流速分布,分析其变化特征,探讨突扩明渠中植物对水流内部结构的影响.试验发现:在种植植被前,中垂线上突扩前后流速均呈半对数分布,而种植植被后,水流受两种不同植物的影响而产生不同的变化趋势,有沉水植物的情况流速分布可分为3层,即植被冠层内、植被层之上和过渡层,且过渡层有随流逐渐增大的趋势,有挺水植物情况由于植物不同部位阻水效应的差异,使得流速呈现“3”型分布.位于扩散段回流区内的左垂线流速分布更加复杂,不服从半对数关系.种植植被后,同一垂线不同流量下水流的流速分布有很大变化,并且流速分布的变化率随流量的增大而增大.关键词:明渠水流;突扩;植被;声学多普勒测速仪;流速分布中图分类号:S 277.9;T V 131.2 文献标志码:A 文章编号:1674-8530(2011)01-0045-05收稿日期:2010-01-14基金项目:国家973计划项目(2008C B 418203)作者简介:王 泽(1956—),女,辽宁沈阳人,教授,博士生导师(d a o s h i w z @126.c o m ),主要从事流体力学研究.张 静(1985—),女,河南三门峡人,硕士研究生(215x i a o j i n g @163.c o m ),主要从事流体力学研究.E x p e r i m e n t o nh y d r a u l i c c h a r a c t e r i s t i c s o f s u d d e n -e x p a n s i o nc h a n n e l w i t hv e g e t a t i o nW a n g Z e ,Z h a n g J i n g(C o l l e g e o f M e c h a n i c s a n dM a t e r i a l s ,H o h a i U n i v e r s i t y ,N a n j i n g ,J i a n g s u 210098,C h i n a )A b s t r a c t :V e g e t a t e d s u d d e n -e x p a n s i o n o p e n c h a n n e l f l o ww i t h t h e s u b m e r g e d p l a n t o f f l o a t i n g f e r n o r e -m e r g i n g p l a n t o f l u c k y b a m b o o b e d s w a s s t u d i e d i n a l a b o r a t o r y f l u m e .A n a c o u s t i c d o p p l e r v e l o c i m e t e r w a s e m p l o y e d t o m e a s u r e t h e i n s t a n t a n e o u s f l o wv e l o c i t y a t d i f f e r e n t m e a s u r e p o i n t s o f d i f f e r e n t v e r t i c a l l i n e s b e f o r e a n d a f t e r t h e s u d d e n e x p a n s i o n .T h e d i s t r i b u t i o n o f t h e m e a n f l o wv e l o c i t y w a s c a l c u l a t e d i no r d e r t o a n a l y z e i t s c h a r a c t e r i s t i c a n d d i s c u s s t h e i n f l u e n c e o f p l a n t s i n o p e n c h a n n e l o n t h e i n t e r n a l s t r u c -t u r e o f w a t e r f l o w .T h e e x p e r i m e n t r e v e a l e dt h a t b e f o r e v e g e t a t i n g ,t h e m i d d l e c u r r e n t c u r v e b e f o r e a n d a f t e r s u d d e n -e x p a n s i o n w a s s e m i -l o g a r i t h m i c a l l y d i s t r i b u t e d ;a f t e r v e g e t a t i n g ,b e c a u s e o f t h e i n f l u e n c e o f t w o d i f f e r e n t p l a n t s ,t h e d i s t r i b u t i o n o f f l o wv e l o c i t y u n d e r s u b m e r g e dp l a n t c o n d i t i o n w a s c l a s s i f i e di n t o t h r e e l e v e l s :t h e c a n o p y ,t h e v e g e t a b l e l a y e r ,a n d t h e i n t e r m e d i a t e b e d .T h e i n t e r m e d i a t e b e d w a s i n -c r e a s i n g l y e n l a r g e d .D u et ot h ed i f f e r e n t w a t e r -b l o c k i n g e f f e c t s o nt h ed i f f e r e n t p o s i t i o n s o f e m e r g i n g p l a n t ,t h e f l o wv e l o c i t y a s s u m e s “3”s t y l e d i s t r i b u t i o n .T h e v e l o c i t y d i s t r i b u t i o n o f l e f t v e r t i c a l l i n e l o c a -t e d a t t h e r e t u r n f l o w r e g i o n w a s m o r e c o m p l e x a n d w a s n o t s e m i -l o g a r i t h m i c a l l y d i s t r i b u t e d .A f t e r v e g e t a -t i n g ,t h e v e l o c i t y d i s t r i b u t i o n o f t h e i d e n t i c a l v e r t i c a l l i n e u n d e r d i f f e r e n t d i s c h a r g e h a s a g r e a t c h a n g e .A n d t h e v a r i a n c e r a t i o o f v e l o c i t y d i s t r i b u t i o n w a s i n c r e a s e d a l o n g w i t h t h e d i s c h a r g e i n c r e a s e d .K e y w o r d s :o p e n c h a n n e l f l o w ;s u d d e n e x p a n s i o n ;v e g e t a t i o n ;a c o u s t i c d o p p l e r v e l o c i m e t e r ;v e l o c i t y d i s t r i b u t i o n ;排灌机械工程学报第29卷 河道中生长的植被是其水动力系统的一项基本要素.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及生长有植被的河流的水力环境,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有重要的科学和实践意义[1].但由于影响因素比较多,例如河流入湖时过流断面的突然增大、选择植被的种类、种植排列方式、密度、淹没状态等,增加了研究有植被河道水流问题的难度,对于这一类问题的研究仍有待于更加深入地探讨.数值模拟[2-3]和模型试验是流体力学的主要研究方法,而在植物对水流的作用及含植物水流的紊流机理研究中,水槽试验是国内外学者经常采用的研究手段,W i l s o n等[4]利用水槽试验研究明渠水流通过不同形式淹没状态下的柔性植被时的水流特性.S y l v e s t e r P e t r y k等[5]选取了小麦和高粱两种植被的模型进行了水流通过植被的模拟试验,指出植被的密度是影响流阻的一个重要因素.吴福生等[6]在室内矩形水槽试验中系统地对刚性植物与柔性植物的阻力特性、垂线流速分布及紊流特性进行全面研究.王海胜等[7]通过水槽试验分析了不同类型植物对复式河槽流速分布的影响.然而迄今为止,对有植被明渠水流的试验研究,无论是单式断面渠道还是复式断面渠道,都很少考虑断面形状突变对水流的影响[8],因此,笔者在前人基础上研究植被对突扩明渠水流的影响,为进一步认识天然河道中植被对水流的影响提供依据.1 试验方案1.1 试验装置该水槽采用自循环系统,水流由供水系统供出,通过流量调节阀,进入消能池,水流稳定后进入水槽,水槽试验段总长1.64m,高0.25m,突扩前段长0.80m、宽0.12m,突扩段长0.84m、宽0.21m,展宽比1.64.水槽两侧边壁及底面均为有机玻璃板,槽尾设有挡水闸门,调节闸门开启度来控制水槽水位并测量流量.本试验采用美国S o n T e k公司的三维超声波多普勒测速仪对水流速度进行测量.1.2 试验材料及方案测量前先将底泥平铺入突扩水槽底部,再将植物交叉排列固定于底泥中,分别采用沉水植物水蕨和挺水植物富贵竹两种水生植被进行试验.植被带布置在水槽中部,长为1m.本试验中瞬时流场的测量分别在3种不同的水力条件下进行,即:无植物、有沉水植物和有挺水植物,并在每种水力条件下设Q m a x,1∕2Q m a x和4∕5Q m a x 3个工况.试验中沉水植物为淹没状态,挺水植物为非淹没状态,水深均为15.3c m.试验在植被带上游、下游、植被带内部选取6个横断面作为测量断面,测量垂线布置在各断面的中垂线上,另在断面4靠近边壁处布置一条左垂线,以对比研究扩散段回流区的水流特性.具体布置方式如图1所示.图1 测量布置平面图F i g.1 M e a s u r i n gl a y o u t2 试验结果及分析2.1 无植物条件下时均流速分布在Q m a x工况下,分别对断面2-5的中垂线进行了测量.图2反映了各垂线时均流速u x与相对水深y的关系,发现突扩前与突扩后纵向流速的垂向分布均呈现“J”型,符合半对数关系,即V o n K a r m a n-P r a n d t l关系式;突扩后断面5的流速有大幅度衰减,接近水面的流速有轻微波动.可见,过流断面的突然扩大没有改变时均流速在断面中垂线上的分布,而使突扩后的流速水平大大降低,水流表面由于波动起伏流速变得不稳定.图2 无植物条件下各断面中垂线流速分布F i g.2 V e l o c i t y d i s t r i b u t i o n o f d i f f e r e n t c r o s s-s e c t i o nu n d e r c o n d i t i o nw i t h o u t p l a n t在4∕5Q m a x工况下对比断面4中垂线与左垂线的流速分布(见图3),可以看出左垂线流速从渠底向上有单调递增趋势,已不服从半对数关系,并较中46 第1期王 泽,等 有植被突扩明渠水流特性试验垂线流速有大幅削减.这主要是由于左垂线位于扩散段的回流区内,该区域内不断有漩涡产生,消耗大量动能,造成流速减小且波动大.图3 无植物条件下断面4左垂线与中垂线流速分布对比F i g .3 C o m p a r i s o no f v e l o c i t y d i s t r i b u t i o nb e t w e e n l e f t a n dm i d d l e v e r t i c a l l i n e o n c r o s s -s e c t i o n 4w i t h o u t p l a n t比较不同工况下突扩后断面4中垂线的流速分布(见图4)可以看出,无植物条件下,不同的工况下流量的改变只影响流速的大小,对流速分布的改变很小.图4 无植物条件下不同流量断面4中垂线流速分布F i g .4 V e l o c i t y d i s t r i b u t i o n o f s e c t i o n 4u n d e r d i f f e r e n td i s c h a r g ew i t h o u t p l a n t2.2 有沉水植物条件下时均流速分布栽种沉水植物水蕨后,在相同的水力条件下,不同断面时均流速分布表现出不同的特征,见图5.图5 有沉水植物条件下各断面中垂线流速分布F i g .5 V e l o c i t y d i s t r i b u t i o n o f d i f f e r e n t c r o s s -s e c t i o n u n d e rc o nd i t i o nw i t hs u b me r g e d p l a n t观察图5发现,水流未进入植被区之前断面1时均流速沿垂线分布与无植被时的趋势基本一致,随着水流进入植被区,时均流速不再符合半对数分布,并且这种变化一直延伸到植被带下游.在图5中可以观察到沉水植物作用下水流流速分布的三层结构,这与前人研究结果一致[9-10].(1)在植被冠层内呈“S ”型分布,植被冠层内的流速随流减小,由于植物随水流倾覆后,其高度相对于水深偏小,加上植物不同的排列与位置对植物冠层内水流的影响,使得“S ”型分布不是十分明显,并且各断面流速曲线形态各异,但仍可发现在突扩前断面2,3在植被冠层内相对水深y =0.1处有一个次级流速最大值出现,突扩后断面5则出现在y =0.2处,这是由于突扩后流速的衰减使植被的倾斜度减小,其相对高度就比突扩前高一些,因此流速分布中,次级流速最大值出现在较高的水深位置上.(2)在植被层之上的水体均表现出“J ”型流速分布,也即冠层之上的水流结构符合湍流边界层理论,但其分布区域的大小各断面都有所不同.(3)过渡层从植被冠层顶部开始到流速基本恢复稳定结束,植被冠层顶部的扰动吸收了大量的水流运动能量,欲使流速降低,而当上部水体随惯性向前运动时,对过渡层水流产生了拖拽力,使流速保持单调递增的趋势,可以近似为线性变化.可以看到断面2的过渡层最小,说明刚进入植被带植被对水流的扰动小,随着水流向下游发展过渡层增大,也就是植被对水流的扰动作用在增强.图6显示了种植沉水植物前后断面4左垂线在4∕5Q m a x 工况下的流速分布情况,可以看出种植沉水植物前后左垂线在植被层之上的流速水平相当,在植物冠层顶部及冠层以内流速比无植被时小,这是后排植被阻挡作用引起的.图6 有无沉水植物断面4左垂线流速分布对比F i g .6 C o m p a r i s o no f v e l o c i t y d i s t r i b u t i o n w i t ho r w i t h o u ts u b m e r g e d p l a n t o n l e f t v e r t i c a l l i n e c r o s s -s e c t i o n 4突扩后断面4在不同工况下的流速分布如图7所示.随着平均流速增大,冠层内流速的变化并不大,而在植物层之上各工况流速大小差异明显,从而47排灌机械工程学报第29卷使过渡层内流速梯度随流量的增大而增大.图7 有沉水植物条件下不同流量断面4中垂线流速分布F i g .7 V e l o c i t y d i s t r i b u t i o n o f s e c t i o n 4u n d e r d i f f e r e n td i s c h a r g ew i t h s u b me r g e dp l a n t2.3 有挺水植物条件下时均流速分布在有挺水植物富贵竹的突扩式水槽中,对沿程各个断面的中垂线进行了测量,图8反映的是工况Q m a x下的测量结果.图8 有挺水植物条件下各断面中垂线流速分布F i g .8 V e l o c i t y d i s t r i b u t i o n o f d i f f e r e n t c r o s s -s e c t i o n u n d e rc o nd i t i o nw i t he m e r g e n t p l a n t断面1处水流未进入植被带,流速分布仍呈“J ”型,符合半对数变化规律.随着水流进入植被带,各断面流速均发生了巨大的变化.本试验中富贵竹处于非淹没状态,也即水流始终穿梭在植物的间隙中,植被要素(茎、叶、干等)吸收了水流的运动能量,然而植物不同的部位消耗的能量有多有少,在接近渠底的部分为茎秆,向上发展植物的叶片越来越稠密,阻水能力也越来越强,因此出现了下部流速大、上部流速小的现象,呈现“3”型分布.由于实际植物的生长结构不同,对水流的影响很大,因而各断面的流速分布呈现出各异性.突扩前从断面1到断面3植被枝叶部分水体流速相继减小,茎秆部相继增大,突扩后断面4由于距离植被稍远,并处于植被间隙的后方,流速比断面3有少许增大,断面5的流速则比突扩前有很大程度的衰减,这是突扩后流速水平整体下降的结果,植被带后的断面6仍然没有摆脱植被对它的影响,延续了断面5的流速分布趋势,随着断面平均流速持续在扩散段递减,植被茎秆部水流流速继续衰减,而枝叶部水流流速在摆脱植被后有所回升.图9为种挺水植物前后工况4∕5Q m a x下断面4左垂线的流速分布比较.可以看到挺水植物的阻挡使左垂线的流速分布相当复杂,由于渠底阻力相对较小,流速的最大值出现在此处,在后排植物的阻挡下垂线的中部形成了很强的回流,虽然在靠近水面流速有所提升,但始终比无植物时的流速小很多.图9 有无挺水植物断面4左垂线流速分布对比F i g .9 C o m p a r i s o no f v e l o c i t y d i s t r i b u t i o n w i t ho r w i t h o u te m e r g e n t p l a n t o nl ef t v e r t i c a l l i n e c r o s s -s e c t i o n 4图10反映的是植被带内不同工况下相同垂线的流速分布比较.可以看到靠近水面流速分布相对集中,此位置处植物叶片稠密,对水流的阻挡作用很大,虽然平均流速有很大变化,此处的流速差距却很小.然而流速分布曲线的下半部分,也就是植物的茎秆作为主要的阻力因素,不同工况的流速差距很大,流速分布在整个水深上的变化率随平均流速的减小而减小,也即当平均流速较小时流速的垂线分布更均匀.图10 有挺水植物条件下不同流量断面4中垂线流速分布F i g .10 V e l o c i t y d i s t r i b u t i o no f s e c t i o n 4u n d e r d i f f e r e n td i s c h a r ge w i t he m e r g e n t p l a n t3 结 论分别对3种不同水力条件下,突然扩大明渠水流的时均流速分布做出比较分析发现:(1)在无植物条件下比较各断面中垂线的流速48 第1期王 泽,等 有植被突扩明渠水流特性试验分布,发现突扩前与突扩后纵向流速的垂向分布相似均呈现“J”型,突扩后流速有大幅度衰减.位于扩散段的回流区内断面4左垂线的流速分布从渠底向上单调递增,已不服从半对数关系.(2)栽种植物后,在相同的水力条件下,不同断面中垂线流速分布表现出不同的特征.总体上,植被带上游水流受植被影响较小,流速分布与无植被时的趋势基本一致,而植被带内及下游水流受到很大影响,时均流速分布不再符合半对数分布.试验发现沉水植物水蕨作用下的水流流速分布可分为3层结构,即:植被冠层内、植被层之上和过渡层,随着水流向下游发展过渡层在逐渐增大,说明植被对水流的扰动作用在沿流增强.在挺水植物富贵竹作用下,植被要素(茎、叶、干等)吸收了水流的运动能量,然而植物不同的部位所消耗的能量多少不同,从而出现了下部流速大、上部流速小的现象,呈现“3”型分布.(3)种植植物后断面4左垂线的流速分布发生变化.有沉水植物条件下,受后排植被阻挡植物冠层顶部及冠层以内的水流速度比无植被时小;有挺水植物条件下,左垂线的流速分布更加复杂,流速的最大值出现在渠底,在后排植物的阻挡下垂线的中部还有逆向流速出现.(4)在无植物的条件下,流量只改变流速大小,而不改变流速分布.栽种植物后流量的改变,对水蕨冠层以上和富贵竹茎部的水体影响较大,流速分布在整个水深上的变化率随流量的增大而增大.参考文献(R e f e r e n c e s)[1] 李 冬,刘 斌.植被对水流结构影响研究进展[J].科技信息,2007(13):217-218.L i D o n g,L i u B i n.P r o g r e s s o f r e s e a r c h i n g t h e i n f l u e n c e o fv e g e t a t i o no n f l o w s t r u c t u r e[J].S c i e n c eI n f o r m a t i o n,2007(13):217-218.(i n C h i n e s e)[2] B e l m i l o u d M,陈善群.分叉管流动的数值模拟[J].排灌机械,2005,23(2):39-48.B e l m i l o u dM,C h e nS h a n q u n.N u m e r i c a l c o m p u t a t i o no fb i f u rc a t i o np i p ef l o w s[J].D r a i n a g e a n dI r r i g a t i o nM a-c h i n e r y,2005,23(2):39-48.(i nC h i n e s e)[3] 陈善群,王 泽.旋涡发生器三维流场的数值模拟[J].排灌机械,2008,26(1):65-68.C h e nS h a n q u n,Wa n gZ e.N u m e r i c a ls i m u l a t i o n o f3Df l o wf i e l di nap a i ro f v o r t e xg e n e r a t o r s[J].D r a i n a g ea n dI r r i g a t i o nM a c h i n e r y,2008,26(1):65-68.(i nC h i n e s e)[4] Wi l s o nCAM E,S t o e s s e rT,B a t e sP D,e t a l.O p e nc h a n n e l f l o wt h r o u g hd i f fe r e n tf o r m s o f s u b m e rg e df l e x i-b l ev e g e t a t i o n[J].J o u r n a l o fH y d r a u l i cE n g i n e e r i n g,2003,129(11):847-853.[5] S y l v e s t e r P e t r y k,A S C EA M,G e o r g eB o s m a j i a nⅢ.A-n a l y s i s o f f l o wt h r o u g h v e g e t a t i o n[J].J o u r n a l o f t h e H y-d r a u l i c s D i v i s i o n,1975,101(7):871-884.[6] 吴福生,姜树海.柔性植物与刚性植物紊流特性研究[J].水动力学研究与进展,2008,23(2):159-164.WuF u s h e n g,J i a n gS h u h a i.T u r b u l e n t c h a r a c t e r i s t i c si no p e nc h a n n e l w i t h f l e x i b l e a n dr i g i dv e g e t a t i o n[J].C h i-n e s e J o u r n a l o f H y d r o d y n a m i c,2008,23(3):159-164.(i nC h i n e s e)[7] 王海胜,杨克君,刘兴年,等.滩地植被下复式河槽水流特性试验研究[J].人民黄河,2009,36(6):26-27.Wa n g H a i s h e n g,Y a n g K e j u n,L i uX i n g n i a n,e t a l.E x p e-r i m e n t a l s t u d y o f f l o wc h a r a c t e r i s t i c s i nc o m p o u n d c h a n-n e l s w i t hb e a c hv e g e t a t i o n[J].Y e l l o w R i v e r,2009,36(6):26-27.(i nC h i n e s e)[8] 王 忖,赵振兴.河岸植被对水流影响的研究现状[J].水资源保护,2003(6):50-52.Wa n gC u n,Z h a oZ h e n x i n g.T h ep r o g r e s so f r e s e a r c h i n gt h e i m p a c t o f r i p a r i a n v e g e t a t i o n o nw a t e r[J].W a t e r R e-s o u r c e s P r o t e c t i o n,2003(6):50-52.(i n C h i n e s e) [9] 王 忖.有植被的河道水流试验研究[D].南京:河海大学环境科学与工程学院,2003.[10] 时 钟.海岸盐沼冠层水流时均流速分布的试验研究[J].海洋工程学报,2001,8(3):11-17.S h i Z h o n g.A f l u m es t u d yo nm e a nv e l o c i t yp r o f i l e so ff l o wi na c o a s t a l s a l t m a r s hc a n o p y[J].O c e a nE ng i n e e-r i n g,2001,8(3):11-17.(i nC h i n e s e)(责任编辑 徐云峰)49。
含植物明渠阻力特牲研究进展
形成了一系列的阻力单元 ， 表现近似为复杂 的圆柱三维绕 流 其 问题 ， 而树与树之间将产 生相互 影 响 ， 比典型 的 圆柱绕流更 相 加复杂。且 明渠 的类 型 、 河势 和地貌 环境 的变化无 常 ， 物 区 植 与水流 主流之 间将产 生强 烈 的动量交换 ， 得问题 更加 复杂 。 使
的影响是水深 、 杆密集面积 （ 或单位河床面积 的杆个数 ）杆 长 、 、 杆直径 的函数 。 长期 以来 ， 人们对刚性 植被作 了大 量研究 ， 很少 有人 关注 柔性植被 。实际 上河道 中大量 的水草及其他部分水 生植 物（ 如 挺水植物芦苇等 ） 都有很 大韧性 ， 些植物 即使 是在很低 的流 这
行研究 。例如 ： ｓ ｈ １６ Ｈ ｉ （９４年 ） “ ＆ Ｓｅ （９３年 ） ｅ 和 ｈｎ １７ 在矩 形 渠 道 中研究 圆柱后 的波来检验大树水流阻碍 的影 响 ， 试验结果表 明， 流速 的减 小受种植 密度 和排列方式 的影 响 ， 流阻力随植 水 物密度 的增加 而增加 。此后 ， ｕｎ等用硬 度不 同 的圆棒 代替 Ｄｎ 植被在矩形渠道 中进行 了实验研究 ， 得到 了同样 的结论 。 Ｓｏｅ ｎ ｈｎ ２０ ｔ ｄＳ ｅ（ ２年 ） 出 了明渠 中有 圆柱糙 度 时水 流 ｎａ ０ 给 水 力试验研究 。试验 中圆柱杆的尺寸和密度变化 ， 水流条件为 淹没和非淹没 。研究 显示 ＇ ０ 冈性植物 杆的水 流阻力对明渠水流
文 章 编 号 ：０ ４ ４９ ２０ ）４ ０ １ ３ １０ ～６２ （０７０ —０ １ —０
１ １ 国外 研 究 概 况 、
糙率 ， 河床 阻力增加 ， 导致河道 的过水能 力降低 ， 这将影 响行 洪 的安全 ， 危及堤 防； 另一方 面， 物是根治水土流失 的重要生 物 植 资源 ， 在河道和海岸治 理 中， 经常 在堤外 滩地种 植 防浪树 以此 来保滩护岸 ， 阻止风 浪和船 行波对滩 岸 的 冲蚀 。因此 ， 探讨 植 物对水流阻力的影响有着重要 的现 实意 义。 明渠中植 被的变化范 围很广 ， 据其对 水流 阻力 的影 响 ， 根 可将明渠 中的植物主要分 为以下两类 ： 第一类 为在水流作 用下 可能变形倒 伏的草本和灌木植物 ； 第二类为在水流作用 下不 出 现倒伏的乔木 。由于植 物柔 性 不一 ， 因此对 水 流 的影 响也 不 同 ， 明渠水流动力学 的角度来 看 ， 从 低矮 的倒伏植 物改 变 了明
植物对水流特性影响的试验与数值模拟研究
植物对水流特性影响的试验与数值模拟研究植物对水流特性影响的试验与数值模拟研究植物在水流中的存在对水流特性产生一定的影响。
为了深入了解植物对水流的影响机制，并能够预测和评估水流特性的变化，我们进行了一系列实验和数值模拟研究。
首先，我们在实验室模拟了不同植物在水流中的生长状态，并观察了其对水流的影响。
实验中使用的模拟植物包括一般的水生植物和河岸带植物，如马尾藻、莲藕和芦苇等。
我们将植物放置在水槽中，通过调节水流速度和植物的配置方式，观测水流经过植物后的变化。
实验结果表明，植物的存在对水流产生了明显的影响。
植物的存在不仅减缓了水流速度，还改变了水流的方向和分布。
同时，植物的根系和茎干结构也对水流起到了一定的阻碍作用，使得水流的湍动程度减弱，从而减少了水流的剪切力。
为了进一步深入研究植物对水流的影响机制，我们采用了数值模拟的方法。
通过建立水流与植物的相互作用模型，我们可以模拟不同的植物在不同水流条件下的影响效应。
我们采用了计算流体力学（CFD）方法，通过离散化的数值解法求解流体连续方程和动量方程，模拟水流在植物周围的流动情况。
同时，我们还考虑了植物的形状、密度以及根系与水流的相互作用等因素，以便更加真实地模拟植物对水流的影响。
数值模拟的结果与实验观测的数据吻合较好，验证了数值模拟方法的有效性。
通过数值模拟，我们可以进一步分析不同植物对水流特性的影响程度，并揭示了一些细微的变化。
例如，植物的形状和密度对于水流剪切力的减弱程度具有重要影响，根系的布局和结构也对水流速度和方向的变化起到了关键作用。
这些研究结果对于水生生态系统的保护和河流工程的设计具有重要的参考价值。
综上所述，我们通过实验和数值模拟的方法研究了植物对水流特性的影响。
研究结果表明，植物的存在对水流速度、方向和分布产生了明显的影响。
数值模拟方法可有效地模拟植物与水流的相互作用，进一步揭示了植物对水流特性的影响机制。
这些研究成果对于生态保护和水利工程的规划与设计具有一定的指导意义。
含非淹没刚性植物明渠水流结构试验研究
图1试验装置立面示意图（单位：mm）115 /除了上述规律以外，这几个特征量在垂向分布上还有别的规律。
u在垂向的分布趋于平衡。
与不含植物明渠中u符合的对数率不同，呈现增大→趋于不变→减小的规律。
T u的垂向分布规律大致为渠底与水面大，水体内部小。
T v的垂向分布有渠底与水面小，水体内部大的规律。
3.3不同植物密度情况下水流结构分析种植挺水植物时，植物密度是重要的量，需考虑其影响。
分析B1和B2的u、Tu、Tv的规律，结果见图3。
可见，植物密度I对u、T u、T v有影响。
其他条件相同，从渠底至约0.65H 处，I大的水体u比I小的水体大。
而从约0.65H处至水面则相反。
I大，所占用的水体空间就更大，流量Q与水深H相同时势必会增大流速。
同事非淹没植物受水流影响的摆动反作用于水流，I 大的水体靠近水面部分受到的影响更大，这也导致了在约0.65H处以上I大的水流速度变得比I小的水流速度小。
T u、T v也受到I变化的影响，其他条件相同时，I大的水体，T u、T v都大于I小的水体。
在河道中种植植物时需要考虑到其密度对水流结构的影响。
3.4不同水深情况下水流结构分析同一条河道中的底高程会有一定的变化，高程的变化势必会影响水流流态。
对比C1~C3工况下的u、T u、T v的变化规律。
对比结果见图4。
从图4可以看出，其他条件相同的情况下，水深H对于含植物水流的顺水流方向流速u，顺水流方向紊动量T u、垂直水流方向紊动量T v均有影响。
u随着水深H的减小而增大，H从大变小，过水断面面积从大变小，所以u逐渐变大。
在明渠中，遇到底高程降低的情况，如河底局部被挖泥，流速会减小，通过这一段河床后流速会增大，流速的变化影响着河道冲淤。
在河道整治过程中，河底高程的变化应当加以考虑。
T u、T v也随着水深H的减小而增大，的同时，逐渐降低，渠底。
4.总结本文分别研究了不同流量、植物密度、水深情况下含非淹没刚性植物水流的u、T u、T v的规律。
明渠断面流速实验报告
明渠断面流速实验报告引言明渠流速是水利工程中重要的参数之一，了解明渠断面流速的分布规律对于河流治理和工程设计非常重要。
本实验通过实验测量明渠某一特定断面的流速，探究明渠断面流速在不同位置上的变化规律。
实验设备和方法设备- 明渠：选择一长直的水槽作为明渠，确保水槽内部表面光滑，无任何堆积物。
- 测流仪器：使用流速计或者流速测量设备进行测量。
- 流速计：通过旋转螺旋叶片的方式测量水流的速度。
方法1. 在明渠上设置一系列等距的测点，以测点1为起点，向下游依次编号。
2. 在每个测点处使用流速计进行实时测量，记录对应位置的流速数据。
3. 分析测得的流速数据，绘制流速分布曲线图。
实验结果与分析测量数据根据实验方法所描述的步骤，我们在明渠上设置了10个等距的测点，并记录了每个测点处的流速数据。
以下是实验数据的统计汇总表格：测点编号测点位置（m）流速（m/s）1 0.5 0.82 1.0 0.63 1.5 0.54 2.0 0.45 2.5 0.36 3.0 0.37 3.5 0.48 4.0 0.59 4.5 0.610 5.0 0.7流速分布曲线图根据上述测量数据，我们可以绘制出明渠断面流速的分布曲线图，如下图所示：从图中可以看出，流速随着距离的增加呈现逐渐减小的趋势。
在测点1附近，流速较大，为0.8m/s，而在测点10附近，流速较小，为0.7m/s。
整个流速分布曲线呈现出一个缓慢下降的趋势。
结论通过本次实验，我们得出了明渠某一特定断面的流速分布规律。
流速在距离起点较近的位置较大，在距离起点较远的位置较小。
这个结果对于河流治理和工程设计非常重要，可以提供关于水流力学特性的依据。
总结本实验通过测量明渠某一特定断面的流速，探究了明渠断面流速在不同位置上的变化规律。
通过实验数据的统计和分析，我们得出了明渠流速呈现逐渐减小的趋势，流速在距离起点较近的位置较大，在距离起点较远的位置较小。
有植被明渠垂向流速分布特性的试验与研究
公式来表示全部水深的流速分布 。其 中植被层以下 ， 由于植被 的存在， 改变 了水流结构 ， 使垂 向流速分布发 生了较大的改变。由于水流的复杂性 ， 在这一 区域流速分布靠单纯的数学推导是很难得到的， 但这一区域的
流速 分 布是均 一 的 。本 文 通过 大量 的试验 发 现在植 被 层 以下 ， 流速分 布 大体呈 “ ” ｓ 型分布 。分 析作 者水 槽试 验成 果 和前人 研究 的相关 资料 ， 都表 明实 际植 被 层 以下 垂 向流 速 的分 布 符合这 一 特征 ， 因此 流速 的垂 向分 布 更接 近 于三次 函数 曲线 的特 征 。统计 整理 各试 验组 次 的流速 测 量成果 ， 引入无 量 纲 相对 流 速 ｕ ｕ 与 相对 ／ ，
数据 和其 它水槽 流速资料进行验证 ， 明提 出的明渠流速分布律与实际分布是 比较一致 的。 表
关键 词 ： 流速分布律 ； 三次函数 ； 对数 函数 中图分类号 ：ｖ １１３ Ｔ ３ ． 文献标识码 ： Ａ 文章编号 ：０５—８４ （０７ ０ —０７ —０ １０ ４ ３２０ ｝３ １８ ５
维普资讯
２０ ０７年 ６ 月
李
冬， 等
有植 被 明渠垂 向流速 分布 特性 的试 验与研 究
１９ ７
２ 植 被 层 以 下 垂 向流 速 分 布 规 律 的 分 析
２ １ 垂线上 的 流速 分布 ．
含 有植被 的渠 道 ， 被 层上 、 的流速 分布 很难 用单 一 的 曲线 来表 示 。 因此 ， 般都 是分 区研究 ， 植 下 一 用几个
收稿 日期 ．０７— ２—０ ； 修回 日期 ：０ ７ ０ —０ ＇０ ０ ２ ８ ２０ — ４ ４ 作者简介 ： 李冬 （９２ ， ， １８ 一）男 河南省人 ， 士研 究生 ， 硕 研究方 向为水 力学及河流动力学 。
有植被突扩明渠水流特性试验
摘 要 ： 通过 水槽 试验分 别研 究在 沉水植 物水蕨 和挺 水植 物富贵竹 两种植 被 作用 下的 突扩 式 明渠
水流特性 ， 用声学多普 勒测速仪 ， 采 测量 突扩前后 不 同垂 线、 同测 点的瞬 时流速 ， 算得 出时均 流 不 计
速 分布 ， 分析 其 变化 特征 ， 讨 突扩 明渠 中植 物对 水流 内部 结构的 影响． 探 试验 发现 ： 在种植植 被前 ， 中垂 线上 突扩前后流速 均呈半 对数 分布 ， 而种植植 被后 ， 水流受两种 不 同植 物 的影响 而产 生不 同的
不 同流量 下水流的流速 分布有很 大变化 ， 并且 流速 分布 的变化率随 流量的增 大而增 大．
关键 词 ：明 渠水流 ；突扩 ； 植被 ；声学 多普 勒 测速仪 ；流速 分布
中 图分类 号 ： ２ ７ ９ Ｔ ３ ． ￥ ７ ． ； Ｖ１ １２ 文 献标 志码 ： Ａ 文章 编号 ：１７ ６ ４—８ ３ （０ １ Ｏ ０ ４ ０ ５ ０ ２ １ ） １— ０ ５— ５
ｏ ｄ ｒ ｔ ｎ ｌ ｚ ｔ ｈ ｒ ｃ ｅ ｉｔｃ ａ ｉｃ ｓ ｈ ｎ ｕ ｎ ｅ ｏ ｌｎ ｓ ｉ ｐ ｎ ｃ ａ ｎ ｌｏ ｈ ｎ ｅ ｎ ｌｓｒ ｅ ｒ ｅ ｏ ａ ａｙ ｅ ｉ ｃ ａ ａ ｔｒｓｉ ｎｄ ｄ ｓ ｕ ｓｔ ｅ ｉ ｆ ｅ ｃ ｆｐ ａ ｔ ｎ ｏ ｅ ｈ ｎ ｅ ｎ ｔ ｅ ｉ ｔｒ ａ ｔｕ — ｓ ｌ
ｄ ｉ１ ． ９ ９ ｊ ｉ ｎ １ ７ ｏ ： ０ ３ ６ ／ ．ｓ ． ６ ４—８ ３ ． ０１ ． ． ０ ｓ ５ ０ ２ ０１０１ １
有 植 被 突 扩 明 渠 水 流 特 性 试 验
王 泽 ，张 静
（ 海 大 学 力学 材 料 ： ，江 苏 『 ２ ０ ９ 河 院 旃康 １０ ８ １
有植被的河渠水流问题的研究进展
有植被的河渠水流问题的研究进展作者：李婕铭来源：《中国科技博览》2014年第15期[摘要]本文将结合目前国内外对于植被以及河渠水流问题的研究成果，根据河渠植被分布特点以及对于水流的作用影响，在对于有植被的河渠水流问题研究现状以及成果进展总结分析基础上，实现对于有植被的河渠水流问题研究的分析，以推动生态环境问题的改善和解决。
[关键词]植被分布特征河流作用生态环境影响分析研究进展中图分类号：F323.22 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）15-0245-01植被在河流治理与生态发展中具有重要的作用和影响。
近年来，随着生态环境问题的日益突出以及人们生态环境保护意识的不断加强，对于生态环境问题的治理和研究内容越来越多，并且研究范围也越来越广。
进行有植被的河渠水流问题研究，不仅有利于推动生态环境问题研究发展，而且能够为生态环境问题的治理提供相应的依据支持，对于推进生态环境的合理发展与进步，有着积极作用和意义。
从另一方面来讲，植被与河流是生态环境中两个比较敏感的词语，对于植被与河流问题以及相互作用关系的研究分析，也是人们一直关注的重点和热点问题，对于现阶段植被与河流问题研究成果的总结分析，有利于后人在此基础上进行进一步的研究探索，从而推动生态环境问题的改善和发展。
一、有植被的河渠水流问题研究价值意义与作用分析在生态环境领域中，河渠水滩是植物生长的重要环境与场所之一。
通常情况下，河滩植物不仅有利于增加河渠水流的阻挡面积，提升河渠表面的粗糙程度，从而降低水流对于河渠的冲刷作用，同样河渠植被也是进行河渠岸堤以及河滩水土进行保护实现的重要工具。
因此，河渠植被在河渠生态发展中具有重要的作用和意义。
近年来，随着生态环境问题的日益突出和严重化，导致生态环境矛盾越来越严重，为了环节生态环境与资源之间的这种突出矛盾，在进行一些生态环境问题治理，越来越重视对于水流与植被作用的研究，以通过在河渠水道或者是河滩地区进行植被的人工栽种，来增强植被在河渠水流中的作用和影响，减少河渠水流导致的水土流失问题。
211013495_浮叶植物对明渠流水动力特性的影响研究
浮叶植物对明渠流水动力特性的影响研究李仟1，2，3*，孟明1，2，3[1.黄河勘测规划设计研究院有限公司，郑州450003；2.水利部黄河流域水治理与水安全重点实验室（筹），郑州450003；3.河南省城市水资源环境工程技术研究中心，郑州450003]摘要：浮叶植物广泛存在于水生态系统中，对水域的生态环境和水动力特性均有显著的影响。
本文采用理论模型与实验研究相结合的方法，研究了浮叶植物对明渠流水动力特性的影响，采用人工材料模拟浮叶植被开展水槽实验，建立了纵向流速垂向分布的数值解模型。
结果表明，将水流沿垂向分为浮叶主导区和河床主导区，基于改进的混合长度理论，可得到纵向流速垂向分布的数值解，且理论模型与实测数据吻合良好。
浮叶植被通过浮叶、茎秆和河床对水体的共同作用影响水流结构，底部层和顶部层均有较大的流速梯度，流速和流速梯度均随着相应的临界距离值增大而减小；中间层的流速近似为均匀分布，且不受临界距离值的影响。
关键词：浮叶植物；流速分布；临界距离；水动力特性中图分类号：TV13文献标志码：A文章编号：2096-2347（2023）01-0096-06收稿日期：2022-11-20基金项目：国家自然科学基金青年科学基金项目（42207099）。
作者简介：李仟，博士，主要从事生态与环境水力学研究。
E-mail:******************引用格式：李仟，孟明.浮叶植物对明渠流水动力特性的影响研究[J].三峡生态环境监测，2023，8（1）：96-101.Citation format:LI Q,MENG M.Influence of floating-leaved vegetation on the hydraulic characteristics of open channel flow[J].Ecology and Envi⁃ronmental Monitoring of Three Gorges ，2023，8（1）：96-101.Influence of Floating-leaved Vegetation on the Hydraulic Characteristics of Open Channel FlowLI Qian 1,2,3*,MENG Ming 1,2,3[1.Yellow River Engineering Consulting Co.Ltd.,Zhengzhou 450003,China;2.Key Laboratory of Water Management and WaterSecurity for Yellow River Basin,Ministry of Water Resources (under construction),Zhengzhou 450003,China;3.Henan EngineeringResearch Center of Urban Water Resources and Environment,Zhengzhou 450003,China]Abstract:The floating-leaved vegetation is widely found in the aquatic ecosystem,and can affect the hydraulic characteristics of the flow and provide a wide range of ecosystem functions.Bionic lotus leaves fixed on circular wooden cylinders were used to imi⁃tate floating-leaved vegetation,and their effects on the open channel flow were investigated by laboratory experiments.The flow re⁃gion was divided into the leaf-dominated region and bed-dominated region,and a numerical model was built based on the modified mixing length hypothesis to solve the vertical distribution of streamwise velocity.The model predicted results agreed well with the experimental data.The floating-leaved vegetation altered the flow structure through the combined action of floating leaves,stems,and the channel rge velocity gradients appeared at the bottom and top layers,and the velocity and velocity gradient de⁃creased with the increase of the critical distance L m ,while the velocity remained approximately constant in the internal region and was not affected by the critical distance L m .Key words:floating-leaved vegetation;velocity distribution;critical distance;hydraulic characteristicsDOI ：10.19478/ki.2096-2347.2023.01.12三峡生态环境监测Ecology and Environmental Monitoring of Three Gorges2023年3月Mar.2023第8卷第1期V ol.8No.1□模型计算方法研究第8卷第1期97浮叶植物广泛存在于淡水生态系统，在其中起着重要的作用。
浅谈有植被的河渠水流问题的研究进展
浅谈有植被的河渠水流问题的研究进展[摘要]本文将结合目前国内外对于植被以及河渠水流问题的研究成果，根据河渠植被分布特点以及对于水流的作用影响，在对于有植被的河渠水流问题研究现状以及成果进展总结分析基础上，实现对于有植被的河渠水流问题研究的分析，以推动生态环境问题的改善和解决。
[关键词]植被分布特征河流作用生态环境影响分析研究进展中图分类号：F323.22文献标识码：A文章编号：1009-914X（2014）15-0245-01植被在河流治理与生态发展中具有重要的作用和影响。
近年来，随着生态环境问题的日益突出以及人们生态环境保护意识的不断加强，对于生态环境问题的治理和研究内容越来越多，并且研究范围也越来越广。
进行有植被的河渠水流问题研究，不仅有利于推动生态环境问题研究发展，而且能够为生态环境问题的治理提供相应的依据支持，对于推进生态环境的合理发展与进步，有着积极作用和意义。
从另一方面来讲，植被与河流是生态环境中两个比较敏感的词语，对于植被与河流问题以及相互作用关系的研究分析，也是人们一直关注的重点和热点问题，对于现阶段植被与河流问题研究成果的总结分析，有利于后人在此基础上进行进一步的研究探索，从而推动生态环境问题的改善和发展。
一、有植被的河渠水流问题研究价值意义与作用分析在生态环境领域中，河渠水滩是植物生长的重要环境与场所之一。
通常情况下，河滩植物不仅有利于增加河渠水流的阻挡面积，提升河渠表面的粗糙程度，从而降低水流对于河渠的冲刷作用，同样河渠植被也是进行河渠岸堤以及河滩水土进行保护实现的重要工具。
因此，河渠植被在河渠生态发展中具有重要的作用和意义。
近年来，随着生态环境问题的日益突出和严重化，导致生态环境矛盾越来越严重，为了环节生态环境与资源之间的这种突出矛盾，在进行一些生态环境问题治理，越来越重视对于水流与植被作用的研究，以通过在河渠水道或者是河滩地区进行植被的人工栽种，来增强植被在河渠水流中的作用和影响，减少河渠水流导致的水土流失问题。
明渠均匀流流速分布规律研究
明渠均匀流流速分布规律研究
均匀流流速的分布规律是河流工程学与流体力有关的一个重要问题，也是流体力学研究的重点内容。
渠道内流动的流速规律受渠床形状、渠底粗糙度、外界水压阻力等因素影响，其分布规律及与之相关的渠均流流速经过多年的研究，有了相应的理论模型与方法，因此，开展渠均流流速分布规律研究为一体实践工程项目必备。
首先，在渠均流流速分布规律研究中，分析渠床面状、渠底粗糙度与渠的流速间的关系是关键。
例如，渠床坡度较陡时，它的渠中部流速会更快，而渠床坡度较低时，渠中部流速却会减慢，渠床面状的不同也会影响渠的均流流速的分布。
此外，渠底粗糙度也是影响流速分布规律的主要因素，受此影响，渠段中流速会发生明显变化，从而对渠均流流速分布规律产生影响。
其次，外界水压阻力也是影响渠均流流速分布规律的主要原因，在仿真实验中，其实验条件要复杂得多，由于水压力存在不同尺度，其变化情况也十分复杂，因此，在渠均流流速分布规律研究中，还应结合不同的尺度，分析不同尺度的水压阻力对渠的流速的影响大小。
最后，在实际的工程项目中，根据渠均流流速分布规律，还应注意以下几个方面：一是采用相应的试验方法建立实际项目流速分布规律；二是采取理论模型与方法，用于提高渠道内部流速的连续性及其分布的稳定性；三是根据流体动力学的基本原理，分析及对流速的分布规律进行进一步的推算。
依照以上讨论，均匀流流速分布规律是河流工程学与流体力学研究的重要内容，要获得准确的结果，还需要采用恰当的实验方法、理论模型，还需结合实际情况及流体动力原理，以准确捕捉渠道内部流速分布规律，从而进行有效的开发与管理。
植被茎秆倾伏角变化对明渠水流结构的影响
2021年8月灌溉排水学报第40卷第8期Aug.2021Journal of Irrigation and Drainage No.8Vol.4088文章编号：1672–3317（2021）08-0088-06植被茎秆倾伏角变化对明渠水流结构的影响刘明，张升堂*，张景洲，赵庆星，孙桤汶，王磊（山东科技大学地球科学与工程学院，山东青岛266590）摘要：【目的】分析植被茎秆倾伏角变化对明渠水流结构流态的影响，充分发挥河道水生植被功能以减缓河堤的侵蚀和水土流失的速率。
【方法】建立明渠植被水流结构模型将水流液层在空间高度上分为植被层和自由层，在茎秆不同的变形状态下及流量范围内开展试验。
【结果】①在同一茎秆倾伏角下，植被层V v 随水深h 增加呈增加减少再增加最终趋于稳定的变化规律，自由层平均速度V s 、雷诺数Re s 、弗劳德数Fr s 随水深h 的增大迅速减小后趋于稳定。
②不同茎秆倾伏角下，植被层水力参数V v 、Re v 、Fr v 在空间上表现出各向异性，自由层V s 、Re s 、Fr s 随植被倾伏角θ增大而减小，植被淹没临界水深h 存在“滞后”现象。
【结论】自由层的水流流速V s 、雷诺数Re s 、弗劳德数Fr s 均大于植被层；植被层水流流态为缓紊流，自由层水流流态从急紊流迅速过渡到缓紊流。
关键词：倾伏角；植被层；自由层；流态中图分类号：TV14文献标志码：A doi ：10.13522/ki.ggps.2020523OSID刘明,张升堂,张景洲,等.植被茎秆倾伏角变化对明渠水流结构的影响[J].灌溉排水学报,2021,40(8):88-92,128.LIU Ming,ZHANG Shengtang,ZHANG Jingzhou,et al.The Effects of Plant Stem Inclination on Water Flow in Open Channel[J].Journal of Irrigation and Drainage,2021,40(8):88-92,128.0引言【研究意义】全球洪涝灾害频发、水土流失加剧环境污染日趋严重威胁到人类生存，维护生态系统平衡至关重要[1-2]。
变断面明渠柔性植物水流特性试验研究_聂柏松
2． 3 紊动强度分析
x 为垂直于渠道轴线的水平方向，z 为竖直方向，y 为沿渠 道轴线方向的水平方向。紊动强度用脉动值的均方根除以摩 阻流速无量纲化 。紊 动 强 度 也 称 为 相 对 脉 动 强 度 ，脉 动 可 以 使水流的挟沙能力增强［9］。x、z 方 向 的 紊 动 强 度 见 图 4。可 以看出，真实植物与模型植物紊动强度分布相似度较好，两者 x、z 方向的紊动强度均在相对水深为 0． 6 ～ 1． 1 的区域达到最 大，并从该区域向两 端 递 减，底 层 的 紊 动 强 度 总 体 上 比 上 层 高，说明植物冠层动量交换较为强烈，在靠近水面的区域紊动 强度受植物影响较小。从 紊 动 强 度 的 大 小 分 析，真 实 植 物 x 方向的紊动强度比模型植物大，而模型植物 z 方向的紊动强 度总体上比真实植物大。另 外，同 种 植 物 的 紊 动 强 度 沿 x、z 方向的分布形式也存 在 较 大 差 别 ，柔 性 植 物 水 流 的 紊 动 强 度 存在明显各向异性。
早在 1926 年，美国就开始了对植物阻水特性和含植物水 流紊动的研究。Nepf 等［3］认为含植物水流分为两部分，一部分 位于植物上方，称为垂直交换区，紊流进行垂向交换，维持动量 平衡，植物顶部流速突变产生剪切应力，导致紊流发生； 另一部 分位于植物内部，称为纵向交换区，水流运动以纵向水平对流 为主。拾兵等［4］在理论推导的基础上，结合水槽试验资料的回 归分析，建立了明渠植树后床面相对切应力、糙率与树木因子 FV 之间的计算关系。
【水文·泥沙】
人民黄河 YELLOW RIVER
Vol． 34，No． 6 Jun． ，2012
变断面明渠柔性植物水流特性试验研究
聂柏松1 ，孙继斌1 ，赵振兴2
（ 1． 河海大学 水利水电学院，江苏 南京 210098； 2． 河海大学 环境科学与工程学院，江苏 南京 210098）
植物对明渠流速分布影响的试验研究
植物对明渠流速分布影响的试验研究闰静;唐洪武;田志军;何晔【摘要】Vegetation is an important feature of natural rivers. Based on the flume experiments with aluminum cylinders simulating rigid vegetation and the laser Doppler velocimetry, the influences of vegetation submergence and density on the velocity distribution are investigated in this study. The analyses indicate that the mean streamwise velocity can be expressed by a function of flow discharge, channel width, water depth and vegetation density for non-submerged vegetated flows. For submerged cases, it is difficult to find a function to express the velocity distribution change with the whole water depth. The velocity deviation between both the upper layer and vegetation layer and the vegetation top become larger with the increment of vegetation submergence and density. The locationof the maximum velocity of submerged vegetated flow is higher than that of non -vegetated flow with the same aspect ratio. The vegetation enhances the "bed level" or reduces the "effective aspect ratio" of channel.%采用圆柱铝棒模拟刚性植物进行水槽试验,利用激光流速仪LDV对含非淹没、淹没植物明渠流场进行了测量,对模拟植物淹没度、密度对流速分布的影响进行了研究.分析表明,植物非淹没条件下的平均流速可以表示为流量、渠宽、水深和植物密度的函数；植物淹没条件下,很难用统一的函数描述平均流速沿水深的分布,植物层上部和内部与顶部处的流速偏离有随淹没度、密度的增大而增大的规律,相同宽深比条件下,含淹没植物明渠和无植物明渠相比,最大流速位置前者高于后者,植物“抬高床面”或是减小了有效宽深比的作用.【期刊名称】《水利水运工程学报》【年(卷),期】2011(000)004【总页数】5页(P138-142)【关键词】植物;明渠流速分布;非淹没;淹没【作者】闰静;唐洪武;田志军;何晔【作者单位】水文水资源与水利工程国家重点实验室,江苏南京210098;河海大学水电学院,江苏南京210098;水资源高效利用与工程安全国家工程研究中心,江苏南京210098;水文水资源与水利工程国家重点实验室,江苏南京210098;河海大学水电学院,江苏南京210098;水资源高效利用与工程安全国家工程研究中心,江苏南京210098;水文水资源与水利工程国家重点实验室,江苏南京210098;河海大学水电学院,江苏南京210098;水文水资源与水利工程国家重点实验室,江苏南京210098;河海大学水电学院,江苏南京210098【正文语种】中文【中图分类】TV131水生植物是影响河流系统众多因子中最为重要的因子，是河流生态的重要特征，为其他水生生物提供了生活环境.正是因为水生植物对河流生态起着举足轻重的作用［1］，研究者试图从不同的角度研究水生植物.近年来陆续有学者从水力学的角度研究水生植物对河流垂向流速分布的影响.对于流经非淹没植物的水流，有研究表明其纵向流速沿水深垂线分布近似为一常数(近床面除外)［2］.对于流经淹没植物的水流，纵向流速沿水深分布存在两区和三区划分的观点，从床面至自由水面，不再遵循传统的明渠水流对数流速分布律［3］.两区划分将流速分布分为植物层内及植物层以上区域，植物层以上区域，流速满足对数分布，在植物顶部以下区域，流速较小但不满足对数分布(可见，N.Kouwen，U.Stephan和F.López［4-6］).三区划分的观点(如 M.R.Gourlay ［7］，O.Ei-Hakim 等［8］，F.G.Carollo 等［9］，Nepf 研究团队［10-12］，T.A.Okamoto等［13］的观点)并未得到完全的统一，各区界限仍存在不同取值，且各区遵循的流速分布律也不尽相同.实际上，由于植物几何形状、刚度、排列方式、淹没度等因素均会对流场产生影响，很难得到统一的流速分布公式.本文基于水槽试验，采用圆柱铝棒模拟刚性植物，利用激光多普勒测速仪LDV对植物条件下的明渠水流流速进行了测量，分析了植物非淹没条件下的流速分布及植物淹没条件下密度和淹没度对流速分布的影响.1 试验的建立和条件试验在12 m×0.42 m×0.70 m(长×宽×高)的矩形断面、可变坡循环水槽中进行，水槽边壁为普通透明玻璃.水槽底板为4块2 m×0.42 m×0.01 m(长×宽×厚)的光滑灰塑料板，第1块板和最后一块板距上下游进、出水口均为2 m，灰塑料板上钻有直径6 mm的圆孔，沿水流方向(x方向)相邻两排孔的间距为0.05 m，沿水槽横断面方向(z方向)相邻两排孔的间距为0.01 m.采用直径为6 mm的圆柱铝棒模拟刚性植物.1台变频泵安置在水槽下方的循环水管中驱动水流运动，水流经过水池、变频泵、平水塔、过滤网、水流矫直机(平水格栅)、水槽、泄水池、回水廊道形成循环.试验循环水槽及模拟植物布置示意图见图1.流量由放置在水池中的变频泵控制，采用康创1010系列时差式超声波流量计测量.水位由下游的尾水闸门控制，采用水位测针测量.本试验采用TSI五光束单探头三维激光流速仪.氩离子激光器提供高功率的绿色、蓝色和紫色3种波长的激光.在试验调试过程中，发现紫光在水槽中心位置附近测量水流衰减很快，采用三维相关采集无法采集到有效采样点，而采用二维测量在整个水槽宽度内都可以达到理想的效果.为了保证实验中LDV采样点的有效性和准确性，采用绿色、蓝色激光进行二维测量.LDV激光信号经过信号处理器和配套的Flowsizer软件进行处理.本文主要讨论纵向流速的垂线分布规律.为了避免和减轻水面波动，试验水流的Fr值均较小，具体的植物和水流条件见表1.图1 试验循环水槽及模拟植物布置Fig.1 Experimental recycling flume with simulated vegetation表1 植物条件下明渠水流试验条件Tab.1 Open channel flow conditions with vegetation组次水深/cm流量/(L·s-1)底坡/(1/1 000)断面平均流速/(m·s-1)雷诺数/104 弗劳德数间距/m 淹没度B1 9 6.80 10.00 0.180 1.42 0.19 0.02 0.45非B2 12 9.17 11.00 0.182 1.91 0.17 0.02 0.60 淹B3 15 11.34 11.00 0.180 2.37 0.15 0.02 0.75 没B4 18 13.70 12.00 0.181 2.86 0.14 0.02 0.90 λ3 C1 9 10.60 13.00 0.280 2.21 0.30 0.04 0.45 非C2 12 15.12 15.00 0.300 3.16 0.28 0.04 0.60 淹C3 15 18.40 14.00 0.292 3.84 0.24 0.04 0.75 没C4 18 22.68 15.00 0.300 4.73 0.23 0.04 0.90 λ2 D1 9 11.10 11.00 0.294 2.32 0.31 0.05 0.45 非D2 12 15.12 11.00 0.300 3.16 0.28 0.05 0.60 淹D3 15 18.20 11.00 0.289 3.80 0.24 0.05 0.75 没D4 18 21.92 11.00 0.290 4.58 0.22 0.05 0.90 λ1 E1 12 14.40 12.82 0.286 3.01 0.26 0.01 2.00 E2 18 23.22 4.80 0.307 4.85 0.23 0.01 3.00 E3 24 30.96 2.21 0.307 6.46 0.20 0.01 4.00 E4 30 37.80 1.21 0.300 7.89 0.18 0.01 5.00淹没λ4 F1 12 14.60 7.20 0.290 3.05 0.27 0.02 2.00 F2 18 22.68 3.05 0.300 4.73 0.23 0.02 3.00 F3 24 30.24 1.50 0.300 6.31 0.20 0.02 4.00 F4 30 36.80 1.11 0.292 7.68 0.17 0.02 5.00淹没λ3 G1 12 15.12 3.73 0.300 3.16 0.28 0.04 2.00 G2 18 22.68 2.60 0.300 4.73 0.23 0.04 3.00 G3 2430.24 1.09 0.300 6.31 0.20 0.04 4.00 G4 30 36.80 0.65 0.292 7.68 0.17 0.04 5.00淹没λ2表中断面平均流速，水温为15℃.所有的试验组次中，铝棒x方向的间距均为Sx=0.05 m.λ为模拟植物密度，定义为B×H×L(水槽宽度×水深×植物带长度)水体范围内，植物总的平均水平截面积占床面面积的百分比，对于圆柱棒模拟的刚性植物有:式中:N为面积B×L的床面上植物数，植物对齐排列时，也可写作，Sz为z方向相邻两铝棒的间隔距离，本试验λ4＞λ3＞λ2＞λ1.试验中，沿水流方向在相邻的两排圆柱棒之间测量了3个断面，即选择距上游进水口(8.4-0.075)m，8.4 m，(8.4+0.075)m的3个断面作为测量断面.每个断面上，沿水槽横向，在植物后部、空隙处测量了多条垂线.将测量结果沿横向、流向进行空间平均，得到流场空间平均流速分布.图2 含非淹没植物明渠平均流速分布Fig.2 Velocity distribution of open channel flows with non-submerged vegetation2 非淹没植物条件下流速分布图2为模拟植物非淹没条件下，几组试验得到的平均流速垂线分布.使用计算的断面表观平均流速Um=Q/(BH)对流速进行无量纲化.可以看出，U/Um沿水深近似为1.0.实际上，由于植物的存在，过水断面的面积小于BH，实际的断面平均流速应大于计算值Um，即△Um=(Um)实际－(Um)计算＞ 0，因此 U/Um略大于1.0.密度越大，U/Um越大，这是由于密度越大，△Um也越大.同时，对于同种密度，不同水深下U/Um近似相同(D2和D4组次)，即淹没度(定义为水深与植物高度的比)对于非淹没水流影响不大.对于含非淹没植物的均匀明渠流动，根据平均流速分布特点和质量守恒，普适的平均流速可以写为流量、过水断面及植物分布密度的函数:3 淹没植物条件下流速分布3.1 流速分布规律对于明渠流速分布，一般采用摩阻流速u*作为速度比尺、水深H或黏性长度尺度v/u*作为长度比尺进行纵向流速沿垂线分布的无量纲化，以便得到普适的分布规律，如经典的对数-尾流分布律.本研究也采用以上3个参数分别对流速和水深进行无量纲化，其中摩阻流速记为u*SR，考虑了植物的存在，计算方法如下:式中:为平均过水断面面积;为平均湿周;S为均匀流坡度;hv为植物水下高度(植物糙元淹没时即植物高度Hv).图3为采用不同长度比尺得到的无量纲流速沿垂线的分布.图3表明，含淹没植物明渠纵向流速垂线分布的基本特点是存在拐点，由拐点以下的凸线转变为拐点以上的凹线.可以看出，采用传统的摩阻流速u*作为速度比尺、水深H或黏性长度尺度v/u*作为长度比尺不能得到统一的流速分布公式.图3 无量纲流速沿垂线的分布Fig.3 Non-dimentional velocity distribution along vertical line3.2 植物淹没度和密度影响为了讨论淹没度的影响，分别使用摩阻流速和植物高度作为速度和长度尺度，得到无量纲流速沿垂线的分布见图4(a).进一步使用植物顶部流速对平均流速的垂线分布进行无量纲化，来分析植物层内部和上方水流相对植物顶点的偏离(见图4(b)).从图4可以看出，密度和淹没度对U/Uv都有影响:相同淹没度下，密度愈大，植物上部和内部与顶部的流速偏离越大;相同密度下，淹没度越大，植物上部和内部与顶部的流速偏离越大.同时，3种密度下，密度越小，4种淹没度之间流速分布越集中(见G系列).图4 无量纲流速的分布Fig.4 Non-dimentional velocity distribution对水深为24和30 cm的3种密度，出现了最大流速下移现象［14］，但水深为12和18 cm(B/H=3.5，2.33，均小于5.0)时，近自由水面区域没有出现此现象，说明植物有“抬高床面”的作用.结合以上分析可以看出，仅仅使用Uv，Hv，u*sR，H或u*/v，不能得到普适的含淹没植物明渠流速沿水深分布公式.4 结语(1)植物非淹没条件下的纵向平均流速可以写为流量、渠宽、水深和植物密度的函数.(2)植物淹没条件下，很难用统一函数描述纵向平均流速沿整个水深的分布.纵向流速垂线分布的基本特点是存在拐点，由拐点以下的凸线转变为拐点以上的凹线.相同植物密度下，淹没度越大植物上部和内部与顶部的流速偏离越大;相同淹没度时，密度愈大，植物上部和内部与顶部的流速偏离越大，密度越小，不同淹没度间的流速分布越集中.在水槽宽深比小于5.0时，平均流速并未出现“最大流速下移”现象，植物“抬高床面”或是减小了有效宽深比.参考文献:［1］唐洪武，闫静，吕升奇.河流管理中含植物水流问题研究进展［J］.水科学进展，2007，18(5):785-792.(TANG Hong-wu，YAN Jing，LV Sheng-qi.Advances in research on flows with vegetation in river management ［J］.Advances in Water Resources，2007，18(5):785-792.(in Chinese)) ［2］HUAI Wen-xin，CHEN Bing，HAN Jie.Mathematical model for the flow with submerged and emerged rigid vegetation［J］.Journal of Hydrodynamics，2009，21(5):722-729.［3］闫静.含植物明渠水流阻力及紊流特性的实验研究［D］.南京:河海大学，2008.(YAN Jing.Experimental study on flow resistance and turbulence characteristics of open channel flows with vegetation［D］.Nanjing:Hohai University，2008.(in Chinese))［4］KOUWEN N，UNNY T E，HILL H M.Flow retardance in vegetated channels［J］.Journal of the Irrigation and Drainage Division，1969，95(IR2):329-342.［5］STEPHAN U，GUTKNECHT D.Hydraulic resistance of submerged flexible vegetation［J］.Journal of Hydrology，2002，269:27-43.［6］LóPEZ F，GARCÍA M H.Mean flow and turbulence structure of open-channel flow through non-emergent vegetation［J］.Journal of Hydraulic Engineering，2001，127(5):392-402.［7］GOURLAY M R.Discussion of'Flow resistance in vegetated channels'by Kouwen N［J］.Journal of the Irrigation and Drainage Division，1970，96(IR3):351-357.［8］EI-HAKIM O，SALAMA M M.Velocity distribution inside and above branched flexible roughness［J］.Journal of the Irrigation and Drainage Engineering，1992，118(6):914-927.［9］CAROLLO F G，FERRO V，TERMINI D.Flow velocity measurements in vegetated channels［J］.Journal of Hydraulic Engineering，2002，128(7):664-673.［10］GHISALBERTI M，NEPF H M.Mixing layers and coherent structures in vegetated aquatic flows［J］.Journal of Geophysical Research，2002，107(C2):doi:10.1029/2001JC000871.［11］GHISALBERTI M，NEPF H M.The limited growth of vegetated shearlayers［J］.Water Resources Research，2004，40，doi:10.1029/2003WR002776.［12］GHISALBERTI M，H NEPF.The structure of the shear layer over rigid and flexible canopies［J］.Environmental Fluid Mechanics，2006，6(3):277-301.［13］OKAMOTO T A，NEZU I.Turbulence structureand“Monami”phenomena in flexible vegetated open-channel flows ［J］.Journal of Hydraulic Research，2009，47(6):798 – 810.［14］YAN Jing，TANG Hong-wu，XIAO Yang，et al.Experimental study on influence of boundary on location of maximum velocity in open channel flows［J］.Water Science and Engineering，2011，4(2):185-191.。
含植物河道紊流结构研究
含植物河道紊流结构研究白如双【摘要】The growth of aquatic plants changes the turbulent structure of river course in the natural rivers.Water body of river course containing with plants mixed intensely in ordinary open-channel turbulent with complex structure,the structure of turbulent affected directly transmission of the river sediment and nutrients,therefore,it is necessary to strength the research of turbulent structure of river course mixed with plants.By analyzing the mean velocity of vegetated channel turbulent,the turbulence characteristics and coherent structure characteristics,this paper supplies suggestions to solve the problems of soil and water erosion and ecology of river course.%自然河流中,水生植物的生长使河道中的紊流结构产生了改变.普通明渠紊流中,含植物河道水体掺混剧烈,结构复杂,由于紊流结构对河流泥沙、营养物等的输送转移造成直接影响,因此,加大对含植物河道紊流结构的研究力度十分必要.文章通过分析含植物河道紊流平均流速、紊动特性和拟序结构特点,对其进行深入研究,并适当给出建议,以期解决水土流失和河道生态问题.【期刊名称】《黑龙江水利科技》【年(卷),期】2016(044)012【总页数】3页(P20-22)【关键词】含植物河道;紊流结构;平均流速;流动类型;建议【作者】白如双【作者单位】锦州市北镇市水利勘测设计队,辽宁锦州 121300【正文语种】中文【中图分类】TV133植物是河流生态系统中的重要组成部分，植物可以改变水流阻力，可以抬高河道水位，造成河流紊动掺混作用家居，河道中推移质以及泥沙数以等发生相应的改变，想要对水土流失和河道生态问题进行研究就必须了解和研究含植物河道紊流结构。
植物对明渠水流的影响
植物对明渠水流的影响
拾兵;付强
【期刊名称】《西南民族学院学报：自然科学版》
【年(卷),期】1998(024)004
【摘要】基于理论推导及其简化处理，并结合部分水槽试验资料的回归分析，建立了明渠植物树后床面相相对切应力、糙率与树木因子ＦＶ之间的计算关系，为进一步探讨植物滞流拦沙的奠定了基础。
【总页数】4页(P354-357)
【作者】拾兵;付强
【作者单位】兰州铁道学院;西南民族学院
【正文语种】中文
【中图分类】TV133
【相关文献】
1.植物不同排列方式对明渠水流影响的试验研究 [J], 尹愈强;杨轶凡;崔世恒;胡旭跃
2.含植物明渠水流水力特性研究综述 [J], 周嘉禾; 邓敬宏
3.含非淹没刚性植物明渠水流结构试验研究 [J], 朱宇泽
4.淹没植物明渠床面冲淤及其对水流运动的影响 [J], 赵汗青;唐洪武;闫静;戴会超;刘志武
5.植物粗糙度对明渠水流阻力影响的试验研究 [J], 胡旭跃;刘斌;曾光明;程永舟;李冬
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
植被对水流特性影响研究进展
植被对水流特性影响研究进展
刘超;杨克君;单钰琪
【期刊名称】《中国水运（下半月）》
【年(卷),期】2009(009)004
【摘要】根据现有资料总结了植物对水流流速分布、紊动强度和行洪的影响.流速分布受植物影响在各方向上均发生改变;植物的存在改变了水流脉动强度和雷诺应力使水流沿程各断面的紊动强度发生较大变化;在行洪影响中,岸堤常受水流的侵蚀和冲击,选取种植正确的植物和施工位置可较好的减少这些情况的发生.最后提出需进一步研究问题.
【总页数】3页(P150-151,153)
【作者】刘超;杨克君;单钰琪
【作者单位】四川大学,水利水电学院,四川,成都,610065;四川大学,水力学与山区河流开发保护国家重点实验室,四川,成都,610065;四川大学,数学学院,四川,成
都,610065
【正文语种】中文
【中图分类】TV871
【相关文献】
1.水流特性对水生植物的影响规律研究进展 [J], 魏华
2.倒伏植被茎秆粗度对坡面水流特性的影响 [J], 刘颖; 张升堂; 王之凯; 李贵宝
3.非淹没刚性挺水植被对弯道水流特性的影响 [J], 赵瑜琪;彭清娥;史学伟;杨克君
4.柔性植物对水流特性影响研究进展 [J], 武迪;庞翠超;赖锡军;汪德爟
5.不同布置形态下刚性淹没植被对水流特性的影响 [J], 杨琰青;王雯;顾中明;董嘉锐;周凯波;李佳佳
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
含植物明渠水流阻力及紊流特性的实验研究的开题报告
含植物明渠水流阻力及紊流特性的实验研究的开题报告开题报告题目：含植物明渠水流阻力及紊流特性的实验研究一、研究背景及意义明渠是水利工程中常用的水流传输通道，具有通畅、易于观测等优点。
然而，在自然水环境中，流体和植物密切相连，植被在水流中阻力显著，而现有的明渠水流理论大多针对光滑壁面的情况，难以完全适用于含植物的明渠水流。
因此，开展含植物明渠水流阻力及紊流特性的实验研究，对于水利工程实践具有重要意义。
首先，明确含植物明渠水流的流态特征，有助于深入理解植物阻力对水流的影响。
其次，研究植物阻力对水流的影响规律，对于明渠水利工程的设计、建设和运行具有指导意义。
最后，对于降低植物阻力、减少生态破坏也有重要作用。
二、研究内容和研究方法1. 研究内容（1）含植物明渠水流的阻力特性（2）含植物明渠水流的流态特性（3）含植物明渠水流的紊流特性2. 研究方法本研究将采用实验室模型试验和数值模拟两种方法相结合，具体如下：（1）实验室模型试验采用自制的含植物模型试验装置，调整水流流速、水位等参数，通过测量、记录数据，得到含植物明渠水流的阻力、流态和紊流特性。
（2）数值模拟采用计算流体力学（CFD）软件，建立含植物明渠水流的数值模型，计算得到含植物明渠水流的阻力、流态和紊流特性，进一步验证实验结果的可靠性。
三、研究预期结果本研究预计可以得到以下结果：（1）明确含植物明渠水流的流态特征，揭示植物阻力对于明渠水流的影响规律；（2）得到含植物明渠水流的阻力特性、流态特性和紊流特性的实验数据和数值模拟结果，为明渠水利工程的设计、建设和运行提供依据；（3）为深入研究植物阻力对于明渠水流的影响，提供科学依据。
四、研究进度安排第一年：（1）建立含植物明渠水流的实验模型和数值模型，开展基础试验；（2）分析试验数据和数值模拟结果，得到含植物明渠水流的流态特征及阻力，初步掌握含植物明渠水流的特性；（3）撰写论文1-2篇，参加相关学术会议并汇报研究进展。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
作者 简介 ：闫 静 （９ ０ ） 女 ， １ ８ 一 ， 新疆石河子人 ， 讲师 ， 博士 ， 主要从事明渠紊 流力学和河 流动力学方 面研 究．
Ｅ ｍ ｉ ｙｎｉｇ ｈｕ ｅｕ ｅ ． ａ ： ａｊ ＠ ｈ ．ｄ ．ｌ ｌ ｎ ｌ
第 ４期
闫
静， ： 等 植物对明渠流速分布影响 的试验研究
ｌ９ ３
泵 安置 在 水 槽 下 方 的循 环 水 管 中驱 动 水 流 运 动 ， 流经 过 水 池 、 频 泵 、 水 塔 、 滤 网 、 水 变 平 过 水
流矫直机 （ 平水格栅 ） 水槽 、 、 泄水池 、 回水 廊道
物明渠和无植物明渠相 比， 最大流 速位 置前 者高 于后 者 ， 植物“ 抬高床面 ” 或是减小 了有效宽深 比的作用 ．
关
键
词： 植物； 明渠流速分布； 非淹没； 淹没
中图分 类号 ： Ｖ ３ Ｔ １１
文献 标志码 ： Ａ
文章编 号 ：１０ — ４ Ｘ ２ １ ）４ ０ ３ — ５ ０９ ６０ （ ０ １ ０ — １８ ０
水 生植 物是影 响河 流 系统众 多 因子 中最 为重 要 的因子 ， 是河 流生 态 的重 要特 征 ， 其他水 生 生物提 供 了 为 生活 环境 ． 正是 因为水 生植 物对 河流 生态起 着举 足轻 重 的作 用 ， 研究 者 试 图从不 同的 角度 研究 水 生植 物 ． 近年来 陆续 有学 者从水 力学 的角 度研究 水 生植 物对河 流垂 向流 速分 布 的影 响 ． 对于 流经非 淹没植 物 的水流 ， 有研 究 表 明其 纵 向 流速 沿水 深 垂 线分 布 近 似 为一 常 数 （ 床 面除 外 ）２． 近 Ｌ ］ 对 于 流经淹 没植 物 的水 流 ， 向流速 沿水 深分 布存 在 两 区和 三 区划分 的观 点 ， 床 面 至 自由水 面 ， 再 遵循 纵 从 不 传统 的 明渠水 流对数 流速 分布律 Ｊ两 区划 分将 流 速分 布 分 为植 物 层 内及植 物 层 以上 区域 ， 物 层 以上 区 ． 植 域 ， 速满 足对 数 分布 ， 植 物顶 部 以下 区域 ， 速 较 小但 不 满 足对 数 分 布 （ 流 在 流 可见 ， Ｋ ｕ ｅ ， Ｓｅｈｎ和 Ｎ． ｏｗ ｎ Ｕ．ｔ ａ ｐ Ｆ Ｌｐｚ ．６ｅ ） 三 区 划 分 的 观 点 （ Ｍ． ． ｏｒ ｙ７， ． ｉ ｋｍ 等 ， ． ． ａｏｏ等 Ｊ Ｎ ｐ 研 究 团 ． 如 Ｒ Ｇ ｕｌ １ Ｏ Ｅ． ｉ ａ Ｈａ Ｆ Ｇ Ｃｒｌ ｌ ， ｅｆ 队 ｎ ，． ． ｋｍｏ 等 ¨ Ｔ Ａ Ｏ ａ ｔ ｏ 的观点 ） 未得 到完 全 的统 一 ， 区界 限仍 存在 不 同取值 ， 各 区遵 循 的流速 分 并 各 且 布律 也不 尽相 同 ． 际上 ， 实 由于植物 几何形 状 、 刚度 、 排列 方式 、 淹没 度等 因素均 会对 流场 产生影 响 ， 难得 到 很 统一 的流速分 布公 式． 文基 于水槽 试验 ， 用 圆柱 铝棒 模拟 刚性植 物 ， 本 采 利用激 光 多普勒 测 速仪 Ｌ Ｖ对植 物 Ｄ 条件 下 的 明渠 水流 流速 进行 了测量 ， 分析 了植 物非 淹没 条件 下 的流速 分 布及植 物 淹 没条 件 下 密度 和 淹没 度
对 流速 分布 的影 响．
１ 试 验 的建 立和 条 件
试验在 １ ｍ ０４ ｘ ．０ｍ 长ｘ 高） ２ ｘ ．２ｒ ０７ （ 宽ｘ 的矩形断面、 ｅ 可变坡循环水槽 中进行 ， 水槽边壁为普通透明玻
璃． 水槽 底板 为 ４块 ２ｒｘ ．２ｒｘ ．ｌｍ（ ｘ ｘ ） ０４ ０Ｏ 长 宽 厚 的光滑 灰塑料 板 ， １ 板 和最后 一块板 距上 下游进 、 ｅ ｅ 第 块
摘要 ： 采用圆柱铝棒模拟刚性植物进行水槽试验 ， 利用激光流速仪 Ｌ Ｖ对含非淹没、 Ｄ 淹没植物明渠流场进行
了测量 ， 对模拟植物淹没度 、 密度 对流速分布的影响进行 了研 究． 析表 明， 分 植物非淹没 条件下 的平均 流速可 以 表示为流量 、 渠宽 、 水深和植物密度的 函数 ； 植物 淹没条件 下 ， 难用统 一的 函数 描述平均 流速沿水 深 的分 布 ， 很 植物层上部和 内部与顶部处 的流速偏离有 随淹没度 、 密度 的增大 而增大 的规律 ， 同宽 深 比条件 下 ， 相 含淹没植
第 ４期 ２１ ０ １年 １ ２月
水
利
水
运
工
程
学
报
Ｎ０ ４ ． Ｄｅ ． ２ １ ｃ ０ｌ
Ｈபைடு நூலகம்ＤＲＯ． ＣⅡ ｉ Ａ Ｓ ＣＥ ＮＤ Ｅ
Ｅ］ Ｉ 口 ＮＧ
植 物 对 明渠 流 速分 布影 响 的试 验研 究
闰 静 ，唐 洪武‘ ，田志军 ，何 晔
（ ．水文水资源与水利 工程 国家 重点 实 验室 ，江苏 南 京 １ ２０ ９ ； ．河 海大 学 水 电学 院 ，江 苏 南 京 １０ ８ ２ ２０ ９ ） １０ ８ ２０ ９ ； ．水资源高效利用与工程安全 国家工程研究 中心 ，江苏 南京 １０ ８ ３
出水 口均为 ２ 灰塑料板上钻有直径 ６ｍ ｍ， ｍ的圆孑 ， Ｌ沿水流方 向（ 方向） 相邻两排孔 的间距为 ０ ０ 沿水 ．５ ｍ， 槽横断面方 向（ 方向） ｚ 相邻两排孔 的间距为 ０ Ｏ ． ．ｌ 采用直径为 ６ｍ ｍ ｍ的圆柱铝棒模拟刚性植物． 台变频 １
收稿 日期 ： ０ １ ０ — ５ ２１— ８０ 基金项 目 ： 国家 自然科 学基金 资助项 目（ ０７ ０ ９ ； 育部博士 点基金资助项 目（０ ８２ ４ ０ １ ； ５ ８ ９ １ ）教 ２０ ０ ９０ ０ ） 中央高校基 本科研 业 务费专项 资金资助 （０ ０ ０ ２４） 江 苏省 ３ ３科研项 目（ ０ ７ Ｂ ８３ ） 河 海 大学 自然 科学 基 金资 助项 目 ２ １Ｂ ２ １ ； ３ ２１一 ００８ ；