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《湖南农业大学》 2013年
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生态沟渠中植物阻水作用研究

汤佳浩  
【摘要】:生态沟渠是近几年来随着生态水利大环境的发展而提出的一个新兴概念。跟传统沟渠片面追求最优水力断面、最小糙率和最大过水流量不同,生态沟渠强调在保证沟渠正常水利功能的同时,注重生态效益的发挥。一方面,作为一种源头治理面源污染物的工程措施,生态沟渠对其中水流污染物的生态拦截阻控作用已得到充分的证实;另一方面,生态沟渠植物增大了边壁糙率,增加了边壁对水流的阻力,其壅水作用所导致的沿程变化的水深对于沟渠断面的确定十分关键。作为一种新的生态护坡方法,生态沟渠在拥有一般护坡方式所具有的的基本功能的前提下,还具有一定的生态保护效应和观赏效应,在工程实际中的得到了越来越广泛的应用,因此探讨沟渠中植物对水流的影响对生态沟渠的设计、施工和后期维护管理等许多方面具有重要的科学和实践意义。 为了研究植物不同生长位置下的断面平均水深沿程变化、断面水深变化及其对流型、流态、糙率及阻力系数的影响;研究植物不同生物学特征(密度、高度、叶片形状)对植物的阻水作用,了解水深变幅值、流型、流态、糙率和阻力系数的沿程变化情况;本研究在阅读大量国内外参考文献总结前人研究成果的基础上,对植物阻水作用的理论基础进行了详细研究,分析了生态沟渠的水流流型、流态、糙率和阻力系数的适应范围和计算依据,为后续试验研究提供理论指导。在理论研究的基础上,借助特定的仪器和设备,在模拟真实生态沟渠的植物生长条件下,设计了科学的试验方案对本项研究进行更加深入的探讨。首先,设计了单因素试验研究植物布置情况、植物种植密度、植物生长高度和植物叶片形状对植物阻水作用的影响,结果表明:沟底和沟壁同时布置植物时阻水作用最显著,沟底植物是其主要影响因素;植物种植密度越大阻水作用越强,水葫芦型叶片的阻水作用大于水草型叶片,植物高度越高阻水作用越强。其次,为了探明不同植物生长特征组合条件下,其对阻水作用的影响差异性,设计了以植物种植密度、植物生长高度和植物叶片形状为试验因素,以水深变幅为评价指标的3因素3水平正交试验,对试验数据进行分析,得到了如下结论:植物种植密度阻水作用最显著,叶片形状次之,植物高度影响最小。也即是植物种植密度对阻水作用的影响大于叶片形状,且大于植物高度。 为了顺利完成本次试验,得到较为准确的试验数据,在原有试验基础上,对水深量测系统和供水系统做了必要的改进使其能适用本研究。在试验材料选上,根据模型相似原则,采用了装饰用的模型草模拟生态沟渠中生长的植物。文中采用了SPSS、EXCEL等软件对试验数据进行整理和分析,建立了回归方程并进行了参数优化。本文为进一步研究生态沟渠中的阻力数学模型提供了数据支持,为生态沟渠中植物的合理布置,植物种类的选择,种植密度等实际工程应用提供了理论基础和参考依据,对生态沟渠的大面积推广和应用起到积极的促进作用。
【学位授予单位】:湖南农业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2013
【分类号】:X52;X173

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