含植物河道紊流结构研究进展

自然河流中,水生植物的存在改变了河道中的紊流结构。与普通明渠紊流相比,含植物河道水体掺混更剧烈,紊流结构更复杂。由于紊流结构直接影响河流中泥沙、污染物和营养物的输移,含植物河道紊流结构研究越来越受到重视。从紊流平均结构、紊动特性、拟序结构和紊流类型几方面归纳并总结了国内外研究进展,综合分析了影响紊流结构的因素,提出利用场与点相结合的综合分析方法,对拟序结构的形成及发展过程进行定量刻画,探究植物条件下紊流机理是今后的重要研究方向。

含植物河道曼宁阻力系数的研究

含植物河道的水流阻力不仅仅来源于边壁,传统的曼宁公式不能够直接用来计算这种河道的糙率。本文基于水流阻力等效原则,首次提出了一系列等效水力参数的概念,建立了等效综合曼宁糙率系数和等效植物附加曼宁系数的计算公式,并给出了能否使用水深代替水力半径的判别参数。使用刚性圆柱棒进行水槽试验,对植物在非淹没和淹没条件下的曼宁系数进行了计算和比较。试验结果验证了理论分析提出的关于判别参数的结论,并且表明使用水深计算的糙率在植物非淹没条件下可以用来表示植物引起的附加阻力。本文提出的等效综合曼宁糙率系数计算公式包含了植物的物理特性,因此具有普遍的应用价值,可以用来进行实际工程中糙率的计算。

含植物河道水动力学研究进展

提出了基于河道管理、河流修复与水资源可持续发展的含植物明渠水动力学研究理念,强调了含植物明渠水动力学研究的重要意义。从含植物水流的时均阻力特性、紊流机理的物理模型试验研究及数值模拟计算研究等几方面,深入介绍了国内外关于含植物明渠水动力学研究进展。指出:必须进一步解决对柔性植物枝叶形状及柔韧度的相似模拟;建立柔性植物的刚度、水流特性及阻力特性之间的定量规律;进一步研究含植物水流各向异性的紊流特性;发展更为精细的大涡数值模型来研究水深较大的复杂的各向异性紊流等有待于深入探讨的问题。

含植物河道水动力特性研究进展

水生植物群落是河流生态系统的重要组成部分,利用天然植被护坡固土、净化水质、改善河流生态环境已成为河流生态修复的重要措施。本文从水生植物影响下的河道水流阻力特性及水流结构两方面,总结了国内外对含植物河道水动力特性的研究进展,并对该领域的未来研究方向提出了展望。

含植物河道等效床面阻力试验研究

植物广泛存在于滩地和河槽中,可有效改善水环境,但同时也增加了水流阻力。通常采用不同材料的棍状物或仿生植物模拟实际植物进行试验研究,将植物阻力附加于床面上与原床面阻力一起构成等效床面阻力,因模拟实际植物的不相似导致含植物河道等效床面阻力的研究不够完善。本文提出了对实际植物分区施加实际流速条件进行试验的思路,即按河道现场调研的植物密度布置,沿横向和垂向对河道横断面分区,对实际植物区域施加实际流速条件,试验研究分区水体中的植物阻力,最后换算得到表征等效床面阻力的等效床面糙率。以独流减河上游河道为对象,选用乔木、灌木和芦苇三种典型植物,考虑河道横断面不同分区的流速条件进行了试验,结果表明,当遭遇100年一遇洪水时,乔木种植区域的等效床面糙率为0.060~0.066,灌木种植区域的等效床面糙率为0.083~0.099,芦苇种植区域的等效床面糙率为0.698~0.989。研究成果可为防洪计算和水环境治理提供理论支持。

含植物河道水流紊动特性研究

基于河流的修复、河道的管理及水资源可持续发展的理念,从对含植物水流的阻力特性、紊动机理特性研究、水流涡量场及数值模拟研究四个方面开展含植物河道紊动特性的研究。研究结果表明:在非淹没状态、淹没状态、淹没与非淹没状态共存三种情况下,植物增加了河道糙率,对泄洪不利;植物在河道中顶部紊动强度和剪切力最大;含植物河道中水流能量耗散随着涡量值的增加而增加,拟熵也随着涡量值增加而增加。以期为含植物水流的实验与模拟研究提供参考。

含植物河道紊流结构研究

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。

含淹没植物河道水流水力特性的研究

自然河道当中,水生植物是重要的组成部分,它们的存在改变了河道结构,影响了河道中水流的水力特性,而水生植物中大部分都是生长于水底且不露出水面的淹没植物。结合近年来国内外该领域相关研究成果,从含淹没植物河道水流的阻力特性、流速分布、紊动特性等方面进行总结和分析,比较含柔性植物和刚性植物的水流特性差异,并对该领域未来的研究方向提出展望。