植物—水流—泥沙相互作用的影响研究

论文摘要

在工程领域,植被、水流和泥沙之间的关系,国内外专家学者均对其进行了一些研究,水中植被一方面增大了河流的阻力,减缓了河流流速,导致河道水位攀升,降低了河道的泄洪能力；另一方面水中植被减少了河流挟沙能力,促进泥沙淤积,防止岸滩被洪水冲蚀。植物的存在导致水流紊动扩散系数减小,不仅能够有效的阻滞推移质泥沙运动,也能有效的拦截悬移质泥沙,促进泥沙的沉积,直接影响悬移质泥沙浓度在垂线上的分布规律。但是,到目前为止,植物-泥沙-水流之间相互作用的研究仍然处于初步阶段。因此,有必要对有植被的挟沙水流进行进一步的研究。本文较系统地总结了前人对有植被的挟沙水流问题的研究成果,将有植被的挟沙水流根据泥沙的存在形态分为两大类：（1）植物-水流-悬移质泥沙水流结构问题；（2）植物-水流-推移质泥沙水流结构问题。本文分别对其进行实验研究,主要研究内容如下：植物-水流-悬移质泥沙水流结构问题的研究。利用三维超声波多普勒流速仪（ADV）量测不同位置、不同植物高度和不同流量下的瞬时流场和典型断面的悬移质泥沙的浓度,分析了有无植物和有无泥沙时水流的纵向水面线、断面平均流速、典型断面垂向时均流速、悬移质浓度分布和等效糙率。植物-水流-推移质泥沙水流结构问题。利用ADV量测不同位置、不同植物高度和不同流量下的瞬时流场,分析了有无植物和有无泥沙时的水流的纵向水面线、断面平均流速、典型断面垂向时均流速和等效糙率。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 问题的提出
• 1.2 研究现状
• 1.2.1 有植被水流的研究现状
• 1.2.2 挟沙水流的研究现状
• 1.2.3 植物-水流-泥沙相互作用影响的研究进展
• 1.3 本文研究的内容
• 第二章 试验设计
• 2.1 试验设备和量测仪器
• 2.2 试验材料的选取
• 2.3 试验组次和试验方法
• 第三章 植物-水流-泥沙相互作用影响的试验研究
• 3.1 植物-水流-悬移质泥沙相互作用
• 3.1.1 悬移质泥沙运动
• 3.1.1.1 悬移质浓度分布
• 3.1.1.2 悬移质泥沙时均流速分布
• 3.1.1.3 悬移质泥沙的紊动结构
• 3.1.2 试验结果分析
• 3.1.2.1 植物对挟沙水流水面线和沿程流速的影响
• 3.1.2.2 悬移质泥沙和植物生长垂向流速分布的影响
• 3.1.2.3 植物生长对横向流速的影响
• 3.1.2.4 植物泥沙存在时的糙率
• 3.1.2.5 植物带前后悬移质浓度的变化
• 3.2 植物-水流-推移质泥沙相互作用
• 3.2.1 推移质泥沙运动的力学和统计规律
• 3.2.1.1 推移质泥沙概述
• 3.2.1.2 跃移颗粒的运动机理
• 3.2.1.3 推移质输沙率的随机性和统计规律
• 3.2.2 试验结果分析
• 3.2.2.1 对挟沙水流水面线和沿程流速的影响
• 3.2.2.2 植物带内泥沙的淤积高度
• 3.2.2.3 对垂向流速分布的影响
• 3.2.2.4 植物泥沙共同作用对横向流速分布的影响
• 3.2.2.5 推移质泥沙和植物共同作用时的糙率分析
• 3.3 本章小结
• 第四章 总结与展望
• 4.1 总结
• 4.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录