沟道植物坝的水土保持功效

基于干旱地区沟道浸蚀及泥沙输移的规律，针对植物群体的滞留拦沙作用，开展了这方面的机理研究及室内试验，推导了植物坝前壅水计算迭代公式，求得了植物丛内断面输沙率、建立了坝前沟道冲淤计算的理论模式，取得了计算值与试验值较为吻合的成果。

利用Fluent软件对植物坝覆盖区域流场的数值模拟

利用计算流体力学软件Fluent,用VOF方法追踪自由水面,对有植物坝覆盖的水槽二维两相流场进行数值模拟,采用多孔介质域模拟植物坝覆盖区域,以多孔介质前后压强配合孔隙率来确定渗透率。将数值计算得到的流速值与模型试验流速值实测结果进行比对,研究表明两者吻合较好。

植物坝前上游段推移质泥沙的输移特性

通过室内水槽模型试验,研究了植物坝对水流流态及坝前上游段推移质泥沙输移的影响,试验是在1/150,1/100和1/50三种底坡下均对应5.09,9.08,13.08L·s-1三种流量时进行观测的。由试验得出,植物坝可以引起上游水位壅高,水流流速减小。加沙后,上游段推移质泥沙的运动速度明显减小,大量粗颗粒泥沙在坝前淤积下来,说明植物坝具有较好的阻水拦沙作用。输移过程中,泥沙群前端最初呈三角形分布,越靠近坝体,三角形分布越不明显,说明坝前壅水及速度梯度的存在使泥沙的输移形态发生了变化。还证明底坡对泥沙的输移分布形态及运动速度影响很大,从理论上分析了植物坝前上游段进口断面输沙率与推移质泥沙运动速度之间的关系。

利用Fluent软件对植物坝覆盖下二维两相流场的数值模拟

通过物理模型试验及推导建立植物过流水动力学方程,对植物"柔性坝"过流时的水动力学特性进行了数值研究;利用计算流体力学软件FLUENT,用VOF方法追踪自由水面,采用多孔介质域模拟植物坝覆盖区域,以多孔介质前后压强配合空隙率来确定渗透率,对有植物坝覆盖的水槽二维两相流场进行了数值模拟。将数值计算得到的流速值与模型试验流速值实测结果进行了比对,两者吻合较好。

植物坝水流特性试验及固沙机理

通过室内水槽模型试验分析了植物坝在交错布置方式下3种不同底坡对水流的影响。结果表明：植树后底坡越大,植物坝的壅水影响越不明显;植物坝能较好地减小坝前和坝内水流的平均流速,并将流速峰值均匀化;植物坝能很好地削减床面剪应力,减小泥沙的起动流速。

不同植被类型植物坝对水流的影响

岸边种植植物坝是稳定河势、修复生态的一种有效措施。通过室内模型试验,探讨了在岸边种植不同类型植被对水流的影响。由试验得出,在岸边种植植物坝主要对植物坝体段和植物坝后段的水流具有阻水作用,不同的植被类型对水流沿程作用特点不同,但不影响垂线流速分布。

推移质泥沙在植物“柔性坝”上游段的输移特性

通过室内水槽模型试验,研究了植物坝对坝前上游段推移质泥沙输移的影响。结果表明:①植物坝具有较好的阻水拦沙作用;②推移质泥沙输移过程中,泥沙群前端最初呈三角形分布,越靠近坝体,三角形分布越不明显;③植物坝前上游段进口断面输沙率与推移质泥沙的运动速度不是呈简单的线性关系,在相同条件下,可能存在一个临界输沙率,越接近这个临界输沙率,推移质泥沙的运动速度就越快,大于这个临界输沙率后,泥沙的运动速度又会变慢。

植物“柔性坝”覆盖区二维两相流场阻力特性研究

为了研究植物坝的过流水力学特性及固沙机理,进行了室内水槽浑水模型试验,通过物理模型试验及推导建立的水动力学方程,并对植物"柔性坝"过流时的阻力特性进行了研究;在试验资料基础上,利用动量定理及力的平衡方程,推导了植物坝覆盖引起的糙率表达式;利用动量定理及力的平衡方程,推导了植物坝覆盖后总糙率与明渠糙率的关系。将数值计算值与模型试验实测结果进行了比对,两者吻合较好。

植物“柔性坝”对水流影响的试验研究

用生态措施治理水土流失是利用自然、改造自然的一种有效方法.通过室内水槽模型试验,探讨了植物“柔性坝”的布置方式、种植密度对河渠水流的影响.由试验得出,植物“柔性坝”可以起到阻缓水流、拦截泥沙的作用,并且植物“柔性坝”的种植密度和坝长不同,阻水作用亦不同.试验表明,坝长的阻水作用较坝的密度要大得多.在以多坝的形式布置时,两坝之间的水深、流速的大小与坝间距离有关.坝间的水深随着坝距的增大而减小,流速随着坝距的增大而增大.

植物“柔性坝”阻水试验及固沙机理分析

通过室内水槽模型试验,较系统地分析了植物"柔性坝"在交错布置方式下,5种不同排列方式对水流的影响。由试验得出,交错布置时植物"柔性坝"的阻水、拦沙作用更强,在坝长和种植密度相对较大的6cm×9cm×9排列方式下,植物坝上游区流速减小幅度最大,壅水最高,其阻水效果相对最好。同时还说明植物"柔性坝"可以削减水流的剪切应力,减小泥沙的输移比,使部分泥沙在坝上游沉积下来,起到拦沙的作用。

植物“柔性坝”拦沙机理的试验研究

通过室内水槽模型试验,研究了植物“柔性坝”在浑水水流流态下的拦沙机理。试验是在1/150、1/100和1/50三种不同底坡条件下均对应5.09L/s、9.08L/s和13.08L/s三种流量时进行观测的。对植树坝前后单颗粒泥沙运动速度的变化进行了观察,并对植物坝前与坝内的泥沙淤积形态进行了分析。由试验得出,底坡越大,植物坝上游泥沙运动速度的衰减率就越小,泥沙越早达到输沙平衡,植物坝的拦沙效果也越差。

沙棘植物“柔性坝”沟道土壤水分时空动态变化研究

沙棘植物柔性坝是一种防止沟道土壤侵蚀、拦沙保水的新型生物工程,特别适合于生态环境恶劣的砒砂岩地区。在内蒙古准格尔旗砒砂岩地区东一支沟开展了沙棘植物柔性坝野外拦沙保水实验,结果表明,沙棘植物柔性坝各部位的土壤剖面含水量年内、年际时空动态变化有着明显的差异,沙棘植物柔性坝对沟道土壤水分具有显著的调节作用,降雨、地表植被种类、植被生长状况、土壤理化性质、地形和当地水文气象条件等是影响土壤水分时空变异的重要因子,而其中降雨和地表植被是主要影响因素。

植物“柔性坝”在不同底坡下水流特性的试验研究

通过室内水槽模型试验,较系统地分析了植物“柔性坝”在交错布置方式下,3种不同底坡对水流的影响。由试验得出,植树后底坡越大,流量对植物坝的壅水影响越不明显,即底坡对植物坝壅水的影响要比流量的影响大。同时通过对相同底坡不同流量下植树前后断面平均流速的分析,说明了植物坝能较好的减小坝前和坝内的水流平均流速,并将流速峰值均匀化。最后从理论上分析了植树前后糙率的变化。

不同坡度条件下“沙棘植物柔性坝”的阻水效应

[目的]探讨不同坡度条件下"沙棘植物柔性坝"对水流流速和水深的影响,并分析和沟床糙率系数的变化及其主要影响参数,为"沙棘植物柔性坝"这一水土保持生态工程在山区沟道的推广应用提供理论依据。[方法]基于野外水流试验,根据试验数据,运用理论分析的方法,探讨"沙棘植物柔性坝"对水流的影响及沟道糙率的变化。探讨在不同坡度条件下"沙棘植物柔性坝"对流速变幅值、水深沿程分布的影响,并对糙率系数的变化进行了分析。[结果]流速变幅值的大小与沙棘柔性坝坝长、种植密度和床面坡度有关;在沙棘柔性坝较长的试验床中,流速变幅值随着坡度的增大而增大;在沙棘种植密度较大的试验床中,上游区的雍水深度和糙率系数值随坡度的增大而增大。[结论]"沙棘植物柔性坝"对坝前水流流速有明显的衰减阻滞作用,其中柔性坝坝长和植物种植密度是影响"沙棘植物柔性坝"阻水效应的主要因素。

底坡对植物“柔性坝”固沙能力的影响分析

通过室内水槽模型试验,研究了植物"柔性坝"在浑水水流流态下的拦沙机理。试验分别在1/150,1/100,1/50底坡条件下对应5.09,9.08,13.08 L/s流量时进行观测。对植树坝前后单颗粒泥沙运动速度的变化进行了观察,并对植物坝前与坝内的泥沙淤积形态进行了分析。由试验得出,底坡越大,植物坝上游泥沙运动速度的衰减率就越小,泥沙越早达到输沙平衡,植物坝的拦沙效果也越差。

植物柔性坝布置方式对水流的影响

岸边布置植物柔性坝是促使河势稳定、生态修复的有效措施。通过室内模型试验,探讨了在岸边布置不同排列方式的挺水植物对水流的影响。结果表明,植物柔性坝对植物坝体段和植物坝后段的水流具有明显的阻水作用,且阻水效果随挺水植物的布置方式不同而不同;长度为1/3河道宽的单侧布置的植物坝仅对植物坝一侧河岸起到稳定水流作用,而双侧布置的植物坝则能够在阻水效果相近的情况下起到保护两岸的作用。

沙棘植物柔性坝糙率系数的野外水流试验

为了研究沙棘植物柔性坝的糙率系数,在陕西省华县小华山水库沙棘植物柔性坝进行了沙棘植物柔性坝野外水流试验。运用河流泥沙动力学理论推导了沙棘植物柔性坝的糙率估计公式,并对一定生长期非淹没流的沙棘植物柔性坝的糙率系数进行了估算。结果表明,沙棘柔性坝的糙率范围大致介于0.04-0.09的范围内;并基于野外水流试验数据,按照河流动力学方法对沙棘植物柔性坝的糙率系数进行了反推计算,所得结果与用理论公式估计的结果比较吻合,表明沙棘植物柔性坝糙率理论估计公式可用于对沙棘植物柔性坝的糙率估计,这对于进一步深入研究沙棘植物柔性坝的拦沙效应与机理具有重要意义。

布置植物“柔性坝”河道冲淤计算及数值模拟

为了解决我国的河流泥沙灾害,尤其是新疆的防沙、治沙和水土流失问题,通过室内物理模型试验的初期成果,经过理论分析,在物理模型试验的基础上建立相应的数学模型,对沙棘植物"柔性坝"过流水动力学特性的几个方面进行了深入分析,并尝试推导了一些相应的公式。对植物坝前上游段推移质泥沙的输移特性进行了研究,在试验的基础上,运用一维水沙数学模型,进行了植物坝前壅水区内河床冲淤计算的数值模拟。结果表明,计算值与实测值吻合较好,具有一定的实用价值。利用沙棘植物"柔性坝"来治理泥沙、减少泥沙危害,是一种全新的泥沙治理理念。它将生物措施和流体力学原理相结合,并且充分利用了两者的优势。

砒砂岩地区沟道沙棘植物“柔性坝”原型拦沙研究

本文通过实测资料分析得到砒砂岩区土壤侵蚀的基本特点是以冻融风化非径流土壤侵蚀为主,以沟壑中暴雨径流形成的股流为动力核心搬运输移泥沙,重力和风力仅对非径流产沙起加速作用,人类活动对坡面起破坏作用。小流域上、中、下游冻融风化土壤侵蚀的分配比例是76.1％、17.5％和6.4％,说明支毛沟头是土壤侵蚀的关键部位,沟顶坡、沟谷坡和沟床面积分别为22％、75％和3％,沟谷坡产沙量占总产沙量的90％,说明沟谷坡是产沙的关键部位。针对该地区的产沙规律,试验证明在砒砂岩区支毛沟中以沙棘灌木植物作为拦沙的坝型框架材料是可行的,并给出了明确的物理图形,与沟道淤地坝工程相配套,使粗细沙分选、泄流、生态恢复于一体,发挥综合功能。

砒砂岩地区沟道植物“柔性坝”拦沙试验

植物“柔性坝”试验在内蒙古西召沟小流域东一支沟进行 ,共布设 9座“柔性坝”。 1996～ 1998年各坝最大测段平均累计淤积厚度为 0 48m。 1997～ 1999年 ,“柔性坝”坝系总拦沙量为 985 5m3 ,全沟段纵比降比布设“柔性坝”前变小。 1997～ 1999年“柔性坝”坝系拦截大于 0 0 5mm的粗粒泥沙为 765 6m3 ,占该时段“柔性坝”坝系总拦沙量的 78%。试验表明 ,“柔性坝”坝系淤积量、淤积厚度与产沙量、沟道形态。