坡面植被形態(tài)變化的水流阻力特性試驗(yàn)研究.pdf

1、坡面水流阻力是坡面流水動力特性的參數(shù)，是模擬坡面產(chǎn)匯流過程中重要指標(biāo)，同時對防治坡面水力侵蝕、合理種植防護(hù)林和科學(xué)建設(shè)生態(tài)河流均有重要指導(dǎo)意義。植被是影響坡面水流阻力的重要因素，坡面往往存在各種類型和生長狀態(tài)的植被，這些植被可以改變水流結(jié)構(gòu)，增加動能損失，減緩水流的流速，進(jìn)而影響坡面水流阻力的變化規(guī)律，因此研究植物對坡面水流阻力的作用是揭示坡面流水動力學(xué)規(guī)律的基礎(chǔ)。由于含植物水流復(fù)雜多變的特性，僅從理論上分析不能準(zhǔn)確掌握植被特性對坡面水

2、流阻力的影響作用，因此要借助試驗(yàn)手段研究植物對坡面水流阻力的影響。目前的大部分模擬試驗(yàn)研究了含植物水流的特性變化，并對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析與內(nèi)在規(guī)律總結(jié)，只得到一些定性結(jié)果或經(jīng)驗(yàn)公式，為了更加精確植物對水流的作用，仍需要做進(jìn)一步定量研究，以期可以得到普遍適用的定律與公式。本文通過室內(nèi)定床沖刷試驗(yàn)，在變化的水深條件下，模擬研究了植物的不同偏轉(zhuǎn)角和葉片面積在3種坡度（0.00％、0.50%、1.00%）下對水流阻力特性的影響，分析了雷諾數(shù)、沿程

3、能量損失和水流阻力系數(shù)隨平均水深和試驗(yàn)坡度的變化規(guī)律，進(jìn)而揭示植物偏轉(zhuǎn)角度和葉片面積變化對水流阻力特性影響的作用機(jī)理。
　　主要得出以下結(jié)論：
　?、僦参镌谒髯饔孟掳l(fā)生偏轉(zhuǎn)，可以增大水流粘滯力，減小水流慣性力，使水流結(jié)構(gòu)更加平穩(wěn)，減小水流的能量損失與阻力。植物偏轉(zhuǎn)角對雷諾數(shù)影響很小，沿程能量損失和Darcy-Weisbach系數(shù)都隨植物偏轉(zhuǎn)角增大而減??；建立含植物偏轉(zhuǎn)角的Darcy-Weisbach系數(shù)計算公式，并用實(shí)測數(shù)

4、據(jù)對該公式進(jìn)行驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)該公式對模擬不同偏轉(zhuǎn)角條件下的水流阻力系數(shù)適用性良好。
　　②植物葉片是水流阻力的主要來源，植物葉片面積的增大使水流粘滯力增大，慣性力減小，水流紊動狀態(tài)減輕。雷諾數(shù)隨植物葉片面積增大而減小，水流沿程能量損失和Darcy-Weisbach系數(shù)隨植物葉片面積增大而增大，且隨著葉片面積的增大，沿程能量損失和水流阻力系數(shù)增大的幅度減小；建立含植物葉片面積的Darcy-Weisbach系數(shù)計算公式，通過對實(shí)測數(shù)據(jù)的分