人工植被分布变化对坡面流阻力及局部水头损失系数的影响研究-论文.pdf

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1、第o9期(总第388期)吉林水利2014年O9月[3tlm~t]1009—2846(2014)09—0OO9—04人工植被分布变化对坡面流阻力及局部水头损失系数的影响研究李海波，陈鑫，张扬，张永禄，刘其世(四川大学水力学与山区河流开发保护国家重点实验室．四川成都610065)[摘要]基于室内坡面流实验，研究了人工植被分布变化对坡面流水动力学特性的影响。试验包括“细管整齐排列”、“细管1，2错开排列”、“细管l，4错开排列”、“粗管l，2错开排列”等植被分布方式研究结果表明植被分布变化对坡面流扰动程度的影响显著，从而使得不同植被分布方式下的坡面流达西阻力系数、局部水头损失系数差异性很大。而随

2、流量增大达西阻力系数、局部水头损失系数都呈现先减小后增大的趋势[关键词]坡面流；植被分布；阻力系数：局部水头损失系数[中图分类号]Tv131．2[文献标识码]A中国山区流域占国土面积的2／3．研究坡面流试验，探讨了坡面水流沿程阻力计算方法。王具有广泛意义。坡面流特性涉及的影响因素众多．协康等同基于柔性植被作用下的坡面流试验探讨主要包括降雨条件、坡面地貌形态、植被覆盖等，了局部水头损失计算方法．并指出由于局部水流由于坡面比降较大．坡面流水深很浅．其动力学特的水跃掺气特性．相应的局部水头损失系数呈现性(流速、弗劳德数、坡面阻力变化等1作为坡面流不同的规律．在水跃段的局部水头系数随坡面单运动的主

3、要影响因素．得到研究者的广泛关注宽流量的增加表现为指数衰减趋势Munoz—Carpena等[1】认为植被能有效增大坡面流阻力减缓坡面流流速姚文艺嘲通过模拟人工降雨研1试验设置究了达西阻力系数的变化情况．得出在不同坡面流型态下达西阻力系数与坡度、床面糙度等的关本试验是在四川大学水力学与山区河流开发系有所差异钟强等【31基于柔性植被与刚性植被对保护国家重点实验室进行．试验装置主要包括蓄坡面流阻力特性的研究．柔性植被阻力系数随单水池、恒定水头给水箱、水泵、回水系统四个部分。宽流量变化并不显著．随坡度增大阻力系数是减试验水槽用有机玻璃制成。糙率较小．水槽长6m小的．而刚性植被随单宽流量呈良好的正向

4、幂函宽0．5m高0．3m，设定坡度为10~，试验中通过放水数关系易子靖等[41通过坡面流坡面水流与植被相冲刷来模拟坡面薄层水流，具体情况如图1所示。互作用过程中。坡面水深、流速、阻力系数等随植根据试验情况，将水槽从上到下分为4个试验段．被特征差异而变化．其附加坡面流阻力主要受植每个试验段长lm，其上段面设40cm平水区。用长被直径、密度、排列方式、变形性等影响。长期以30cm。直径分别为18mm、25mm的PVC管来模拟来．相关的坡面流实验较少考虑反映植被分布变坡面植被，植株横向间距9cm。纵向间距10cm。每化对坡面流的影响。本研究以概化人工植被不同个试验段设置一种植被排列方式．试验段I

5、为“细排列方式下坡面流试验。初步探讨不同植被分布管整齐排列”．试验试验段II为“细管1／2错开排对坡面流水动力学特性的影响．并在此基础上计列”．试验段III为“细管1／4错开排列”。试验段IV算了坡面流局部水头损失系数为“粗管1／2错开排列”，见图2(a1。因此试验段I、[收稿日期】2014—07—18【作者简介】李海波(1991一)，男，江西上饶人，本科，研究方向为水利水电工程。【基金项目]国家自然科学基金项目(41171016)，长江科学院开放研究基金资助项目(CKWV2O12313，KY)一9一吉林水利人工植被分布变化对坡面流阻力及局部水头损失系数的影响研究李海波等2014年O9月I

6、I、III为一组对比试验，段II、IV为一组对比试验。均流速基本上随着流量的增大而增大．增幅呈现先快后慢的趋势，当流量增大到一定程度时，重力沿坡面分力与阻力相当，流速沿程几乎不变，所以4个试验段的平均流速在大流量时趋于一致。图1试验水槽图3平均流递一流量关系曲线2．2各试验段阻力系数变化特性(a)各试验段植被排列方式示意图在有植被作用下的坡面流．一方面受到水槽粗糙表面的摩阻作用，消耗坡面流的部分能量．同’^：／——第三排植株时还受植被附加阻力作用，遇到障碍物(植被)时，r平水区植()被段区平l水区水流将撞击植被然后发生绕流．使得流路发生变I～～：!—斗—————化。在植被处形成水翅分离流．

7、绕过植被的水流汇合时出现折冲现象．当流速增大到一定程度时会(b)一个试验段各断面示意图产生水气混掺现象有大量气泡生成f如图4所示1，图2植被及水深测点分布情况能量得到进一步耗散。综合阻力系数可用Darcv试验主要测量的数据包括水深、流量、温度Weisbach阻力系数厂来表征，即f=8g~j／,,z，式中等。水深的测量采用直接测量法，如图2fb)所示，对为重力加速度，I13182；R为水力半径，m；J为能坡于一个典型试验段