不同坡长下的坡面流水力学特性研究

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1、第12期(总第379期)吉林水利2013年12月【文章编号】1009-2846(2o13)12_0O42—O4不同坡长下的坡面流水力学特性研究谢晓霞．雷孝章(四川大学水利水电学院，四川成都610065)[摘要]坡面流亦即薄层水流，指的是降雨或融雪形成的，并在重力作用下沿坡面流动的薄层水流，它是地表径流的初始阶段，提供了侵蚀的主要动力。坡度相同、降雨强度相同时。随着坡长的增加，流速逐渐增大。在相同降雨强度下，坡长对流速有一定的影响，二者呈良好的指数关系；流量随坡长的增长而逐渐增大．二者呈良好的幂函数

2、关系。2m水槽基本能够反映出坡面流的水力学参数的变化。随着坡长的增加，相同流速下，雷诺数逐渐增大．且增长速度亦逐渐增大[关键词]坡面流：不同坡长：水力学特性[中图分类号]rI1V131．3[文献标识码]B土壤侵蚀中所研究的坡面一般是指与地表水统。平面所成倾斜角度大于2。的地形单元．坡面流则本实验测定了不同降雨量实验条件下的坡面是坡面水蚀的主要动力之一流水力学特性在研究坡面流的试验中．大多采用的是2m长试验组次一共包括50mm／h1OOmnl／h。150mm／h的坡长作为研究对象．因此我们设想如果采

3、用和200mm／h4种雨强降水试验．分别代表大雨、暴3m、4m、6m的坡长对水力学特性进行研究，是否会雨、大暴雨，测试了0．15~，20o和25~5组坡度的坡取得不同的研究成果。2m坡长是否能够代替3m、面流水动力变量，在不同坡度下各要素共测1O次。4m、6m坡长的试验结果主要测试变量包括流量、水温、流速及水深。实验装置示意图如下图所示1实验设计本实验是在四川大学水利水电学院水力学与山区河流开发保护国家重点实验室进行。试验由定坡实验水槽、下喷式人工降雨自动控制系统以及水流参数测定设备等三部分组成。

4、蓄水池用以提供均匀稳定的水流．良好的水力条件。定坡实验水槽桁架由角钢制作而成，其支架2实验方法分别按与水平面夹角5o、10o、15~、20o、25o制作。水槽是由3mm的有机玻璃制成．相互拼接粘合成长在本实验中．水槽顶端0．3m以下、底端0．4m分别为2．Ore、3．0m、4．Om。宽为0．5m，高为0．4m。6m以上为试验数据测定区每隔0．5m开孔外接3个坡长采用放水实验装置测压管f5个试验水槽共15个测压管)，水槽底端下喷式人工降雨自动控制系统由储水池、水出1：1处的集水槽放置温度计．集水槽底

5、板下接PVC泵、加压装置以及人工雨强控制软件等组成。软管以便用量筒读秒测定流量坡面流速测定设备采用由中科院水土保持所采用电解质脉冲法ll】测量水流流速。电解质脉研制的电解质脉冲法测量水流速度和泥沙含量系冲法，用于测量降雨条件下坡地水流速度。这种方[收稿日期]2013—09—26[作者简介]谢晓霞(1989一)，女，四川大学水利水电学院20l1级在读研究生，研究方向：水土保持。一42—吉林水利不同坡长下的坡面流水力学特性研究谢晓霞等2013年l2月法用点到感应探针检测电导率．经模数转换后用水流流态判

6、别采用传统明渠雷诺数．其表达最小二乘法度电解质迁移的数学模型进行拟合，式为：计算出水流速度Re=Ru／v1)①在实验之前首先校核5个试验水槽的坡式中：e为雷诺数；M为平均流速，m／s；R为水度满足要求后，在水槽顶端安放电解质溶液瓶及力半径，nl，R=A／x，A为过水断面面积，为水流与控制器，并灌注电解质溶液：②在距水槽顶端0．3m固体边界的接触的周界长即湿周：为运动粘滞系以下的试验区域每隔0．5m安放一个流速测量探数．m2／s，水流的运动粘滞系数随温度和压力而针(25。水槽内安放4个探针’f日]距

7、0．4m1，并按流速变化，但随压力变化很小，可以忽略不计，而对温探针顺序依次连接到测量系统相应的接口上；③度变化较为敏感运动粘滞系数为根据试验所在电脑上运行流速参数测量软件。并根据现场探针测水流温度通过经验公式计算而得到．运动粘滞间距设置相关测量参数：④同时向与每个水槽底系数公式为：v=0．01775／(1+0．0337t+0．00022t2)，部连通的测压管内注水至水槽底端孔口水流流出．20℃情况下．水的运动粘滞系数为固定并记录此时每个水槽3个测压管内的水头高0．000001010m~s。度。准

8、备工作完成后。开启室内人工降雨控制系统。在本研究中，因为坡面薄层水流为宽浅水流，2)①待雨强稳定后，运行电解质脉冲法测量水因此也可用水深近似代替水力半径R．Re的计算流速度软件．测量5o试验水槽内水流流速。测读10公式如下：次。取平均值作为水槽内水流的实际流速：②水槽Re=uh／v内的流量通过水槽底端集水槽的外接PVC软管、2式中：h为水深L量筒和秒表测定．在雨强稳定的情况下．测读5次，取平均值作为当前水槽内的实际流量；③同时42m、3m、4m坡长的坡面流水力学特性再次读记水槽底端