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《昆明理工大学》 2010年
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植物生长对梯形河槽水沙运动特性的影响研究

田振华  
【摘要】:本文结合国家自然基金项目(50769001)高原湖泊湿地植物-水流-泥沙-污染物交互作用机理研究,选用该项目中两种模型植物(柔性植物和刚性植物)作为研究对象,研究内容主要为柔性植物,刚性植物的生长对梯形明渠水槽水流结构的影响。 本文通过室内水槽试验,研究分析了梯形明渠在无植物覆盖影响下的水流结构,得出了主槽垂线流速最大值发生在主槽中心线处,其最大值点位于水面线下相对水深在0.75-0.85的某点处,而并非在渠道中心自由水面处。选用不同株高的塑料水草来模拟柔性植物,研究分析了在柔性植物影响下的梯形河槽水流特性,得出淹没状态下的河槽垂线流速分布需分为植物冠层上部以及植物冠层下部来分别考虑。通过在模型底部钻孔的方式,选用不同直径的有机玻璃棒来模拟不同生长期的刚性植物,研究分析了刚性植物下的的梯形河槽水流特性,得出主槽流速值大于边坡流速值,断面流速最大值同柔性植物下相同出现在主槽边壁的交界处,横向流速是多个圆柱绕流叠加而成的流速曲线分布。根据本文的试验现象,着重分析了植物覆盖下植物坝中后段边坡水流向主槽汇流的“归槽长度”,定义了本试验中的归槽长度反映的是梯形河槽内主槽及边坡同时覆盖植物下边坡水流开始向主槽汇流至植物坝后达到稳定流态时的长度值。 为了研究梯形河槽植物坝的拦沙固沙机理,本课题在完成清水试验之后针对梯形河槽主槽及边坡覆盖刚性植物的下情况,设计了在河槽内铺设泥沙的植物坝拦沙试验。试验结果得出,植物坝有较好的阻水拦沙作用,有效阻滞了坝前泥沙的起动,使得大部分泥沙在坝内下游段以及坝后段淤积;植物生长对梯形河槽内泥沙的淤积作用是明显的,边坡泥沙在水流、泥沙颗粒、模拟植物的作用下,向主槽输移的现象明显。坝后淤积有明显的“沙波”、“沙纹”出现,在主槽及岸坡的交界处,形成两垄沙丘。 采用数值模拟的方法,应用基于VOF表面跟踪下的RNGκ-ε模型,针对16mm刚性植物覆盖下的在10.31l/s流量时的梯形河槽水流结构进行了模拟计算,计算值与试验值吻合较好。
【学位授予单位】:昆明理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TV143

【参考文献】
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