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刚性和柔性模拟植被对河道水流特性的影响

张凯  
【摘要】:植被在水生态系统中起到非常重要的作用,它为水生动植物及微生物提供生境,净化水质,也是维护水生态系统及其物种多样性的基础。本文选用均匀圆木棒模拟刚性挺水植被,柔性塑料羽毛模拟柔性沉水植被,在70L/s、80L/s、90L/s三个流量和54株/m2、108株/m2、202株/m2三种植被密度下,采用声学多普勒流速仪(ADV)和ABF2-2地形测量系统分别采集了9个横断面和3个纵断面的水流流速分布以及5个纵断面的沿程水深变化进行实验数据采集,研究了刚性-柔性植被、柔性-刚性植被、柔性植被对河道水深沿程分布,水流流速分布及相对紊流强度的影响。结果表明:(1)对于各沿程水深,由于受到植被的阻力作用,在植被段前水深逐渐升高,基本在5m断面处达到最高点,当水流进入植被段后,随着植被的阻力下降,水深逐渐下降,大约在9m断面以及9m断面后达到极小值点,且柔性植被的阻水效果高于刚性植被。(2)对于流速分布,在边壁纵断面由于受到边壁阻力的影响,流速小于另外两个断面,植被密度对沿程流速分布的影响远大于流量的影响。由于边壁阻力的影响,边壁纵断面的垂向流速小于另外两个断面。(3)在植被段前,相对紊流强度变化较为平缓,在植被段内相对紊流强度存在较大波动,且柔性植被段的相对紊流强度明显大于刚性植被段。在测量的三个方向上,相对紊流强度值存在纵向大于横向大于垂向的分布规律。本文对刚柔性模拟植被与河道水流特性的关系进行了研究,这为自然河道的治理、修复提供了一定的理论依据。


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