资源描述：
《坡面薄层水流流速测量的比较研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。
1、第20卷第2期农业工程学报Vol.20No.22004年3月TransactionsoftheCSAEMar.200423坡面薄层水流流速测量的比较研究1,22,3122夏卫生,雷廷武,刘春平,吴金水,赵 军(1.湖南师范大学资源与环境科学院,长沙410081;2.中国科学院水利部水土保持研究所黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室,杨凌712100;3.中国农业大学水利与土木工程学院,北京100083)摘 要:在室内模拟水槽中分别用质心运动学原理、电解质脉冲法和流量法3种方法测量不同坡度、不同泥沙含量条件下的薄层水流流速。比较以上3种测量结果发现在下垫面无渗透时,即加入的盐液没有损失时,
2、电解质脉冲法测量坡面薄层水流流速与质心运动速度及流量法测量结果基本是一致的。在泥沙含量较大时,电解质脉冲法测量结果的误差较大,流量对测量结果影响不显著;随着测量距离的延长,测量误差变小,这可能是随着测量距离的增加,加入电解质的时间与测量时间之比减小,从而使假设加入的电解质为电解质脉冲更加合理。总的来说,电解质脉冲法在实验条件下测量坡面薄层水流流速是可行的。关键词:质心运动速度;坡面薄层水流;电解质脉冲法;流量法;数学模拟中图分类号:S158.1文献标识码:A文章编号:100226819(2004)0220023204解。再根据测量结果拟合出水流速度,这种方法为电解0 引 言[10,11]质脉
3、冲法,从理论和初步测量结果来看是可行的。在坡面土壤侵蚀中,水流是产生土壤侵蚀和使泥沙这种新的方法的可行性需要用大量的实验进行验证,分运移的动力,水流速度的研究是定量分析土壤剥蚀和径析泥沙含量、流速和流量对测量结果的影响。但在野外流挟沙能力的基础。颜色示踪法和盐液示踪法的采用为或室内不规范的条件下,至今没有一种好的方法对薄层[1-3]建立土壤侵蚀模型获取了许多重要参数。目前的概水流流速进行比较准确的测量,因此只有在室内设置规念性土壤侵蚀模型如RUSLE和WEPP模型,综合了范的模拟水槽,用质心运动速度和流量法的测量结果对土壤侵蚀机理研究的成果,能达到一定的预报效果,但这种方法进行验证。在精度上
4、有时还不如经验模型。这主要是二方面的原1 材料与方法因:一是土壤侵蚀机理的研究还不够深入;二是模型参[4,5]数不够准确。在坡面侵蚀过程中,影响土壤侵蚀主要1.1 模拟匀速水槽是下垫面的特性,水流速度和泥沙含量等。其中水流速在恒定流速水槽中,恒定流速水槽高度为50cm,度的准确测量是目前土壤侵蚀定量研究的难题之一。长4m,内宽14.7cm。用恒压输沙系统加入恒流量的含在无泥沙和流速较小时,示踪法能较好地测量水流沙水流,流量分别为0.0004、0.0008和0.0004m3ös。在速度,但在坡面土壤侵蚀过程中,由于坡度和坡长不同,离入水1,1.5,2.0和2.5m处布置电导感应探针,探针水流速
5、度不同,水流对土壤的剥蚀率也不同,径流所含之间的宽度为1cm。水槽坡度可调,坡度分别为1°、2°、泥沙也不同;同时径流中的泥沙含量是一个动态过程。3°、4°、5°、6°、7°、8°、9°和10°,共10个坡度,以便在水槽由于剥蚀作用,水流中的泥沙不断增加,而泥沙的沉降中产生不同水流速度。作用使泥沙含量不断减少,因此水流中的泥沙是一个不1.2 流速测量方法断变化的过程。泥沙含量变化使示踪法经验系数无法确三种测量模拟水槽水流流速的方法简介如下:一是定,因此测量坡面薄层水流的方法必须要不受泥沙含量流量法即在不同坡度和泥沙含量条件下,测量水流流量[6-9]的影响。与水深,流量用积分桶测量,水深用水位
6、计测量,水位计在明渠水流测量过程中,对于非常规则的渠道,流[9-11]的精度为1ö10mm。二是电解质脉冲法,即用电导量法是目前测量流速比较准确的方法之一,其原理明感应探针的检测电导率,经模数转换后用最小二乘法对确、简单。对于坡面薄层水流,由于水流深度在厘米级,电解质迁移的数学模型进行拟合,计算出水流速度。三其误差主要是产生于水层厚度的测量。在盐液无损失的是运动学原理计算质心运动速度。对电解质脉冲法水流情况下,盐液质心的运动速度能较好的表示水流速速度测量系统的计算部分进行修改,各感应探点质心通[1,5,9]度。在示踪法的基础上,假设加入的盐液为电解质n过的时间Tc计算如下脉冲,建立盐液在水流
7、中迁移的数学模型,并求得解析knn∑CiTini=1收稿日期:2002212210 修订日期:2003212212Tc=kn=1,4;k∈N(1)n资助项目:国家自然科学基金(40171062);中科院知识创新重要研∑Cii=1究方向项目(KZCX32SW2422)nn作者简介:夏卫生(1966-),博士,副教授,湖南安化县人,主要从事式中 Ci——n个探针在时间Ti所测的电压值。以第土壤物理和土壤侵蚀方面的
