有漂移植物河道水流的紊动特性研究

生态型河道发展迅速,各种水生植物被种于水体中以期净化成效,然而植物的种植改变了原先河道的水体结构,影响了水体的水流特性。漂移植物作为水生植物的一种,亦得到了广泛的应用,故对具有代表性的凤眼莲进行室内模拟试验,具体分析其对水流的影响。采用三维超声波多普勒测速仪对种植前后的明渠水流进行了多工况量测,对比种植前后相对紊动强度的变化。结果表明,凤眼莲对相对紊动强度分布影响明显,且不同种植方式的影响程度也不相同,实际河道建设中需要考虑其带来的影响。根据试验成果分析,将纵向剖面在垂向分为根茎区、过渡区和根茎以下区3个区域。

含植被浑水的水动力特性和紊动特性试验研究

为了研究含植被浑水的水流特性,基于水槽试验分析了纵向流速、雷诺应力、相对紊动强度的分布情况。结果表明:①无植被时,沿垂线方向水流纵向流速分布呈“J”形;有植被时,受上游植被干扰的区域沿垂线方向其水流纵向流速分布呈“S”形,未受上游植被干扰的区域沿垂线方向其水流纵向流速分布呈“J”形。②在植被淹没状态下,雷诺应力最大值位于植物茎秆和下层叶片的过渡区域;在植被非淹没状态下,雷诺应力值自下而上呈现“S”形分布;在近底区域很小的范围内,雷诺应力值基本为零。③植被对水流相对紊动强度的影响横向、纵向的较大,垂向的较小;受植被叶片阻水扰流的影响,淹没状态的植被对水流相对紊动强度的影响较大,其最大值出现在枝叶相对茂密的区域,最小值出现在枝叶相对稀疏的区域。

双浮床布设对河流水动力特性的影响模拟

采用水槽试验和数值模拟相结合的方法,研究双方柱浮床3种布置形式(串列、并列和错开)对河流水动力特性的影响。结果表明:当浮床并列布置时,浮床几何中心所在横断面平均流速明显增大,浮床对下游影响较明显;在浮床所在水平面,串列、并列和错开布置的平均流速比无浮床布置时分别小1.12%、2.56%和4.24%;串列、并列和错开布置时浮床所在水平面相对紊动强度平均值与无浮床布置时相比分别增大30.3%、31.1%和7.2%,同时,并列布置对浮床下游的相对紊动强度影响最大。总体而言,错开布置对流速分布影响最大;并列布置对相对紊动强度影响最大,最有利于污染物扩散。

黄河下游滩区含植物水流运动及阻力试验研究

含植物水流运动规律是研究黄河下游滩区防洪的重要内容。通过开展水槽试验,测量不同水深、比降、含沙量条件下的流速分布,研究了黄河下游滩区代表性植物作用下的水流动力特性及阻力变化规律。研究结果表明,植物在非淹没情况下,纵向流速随相对水深增加,表现为先增后减;在淹没情况下,纵向流速沿垂向呈三区“S”形分布特性;相对紊动强度的沿垂线分布特点与纵向流速基本一致,但含沙量越大,水流纵向紊动强度越小。在相同比降条件下,植被糙率随佛汝德数的增加而减小;而佛汝德数一定时,植被糙率与比降成正比;相同比降条件下的植被糙率随含沙量的增加而减小。

刚-柔、柔-刚性两种格局下植被水流特性试验研究

为探究含复合淹没植被明渠水流的流动特性,采用圆木棒模拟刚性植被、塑料模型草模拟柔性植被,基于实验室水槽进行了刚性-柔性、柔性-刚性两种布置格局下的水流试验,探讨了沿程流速分布、垂线流速分布、沿程水位和垂向相对紊动强度变化。结果表明:两种格局下沿程流速在刚性区域波动平缓,在柔性区变化较大,最大值基本出现在柔性区末端;垂向流速分布在植被区基本呈“S”或“C”型分布,柔性植被的波动比刚性植被的要大;沿程水位变化在两种格局下基本一致,在植被内部阻水的影响下水位壅高;两种格局下的垂向相对紊动强度分布趋势也相似,从底部到水面紊动强度呈先增大后减小再增大的趋势,在植物顶层区域相对紊动强度最大。