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复式河道滩地植物对水流内部结构影响的试验研究

作　者: 焦志洋
导　师: 拾兵
学　校: 中国海洋大学
专　业: 港口、海岸及近海工程
关键词: 三维流速第二边界水流阻力植物化河滩生态河道
分类号: TV131.6
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
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内容摘要

本文对滩地种有植物的复式断面河道水流特性进行了物理模型试验研究,试验以不同材料模拟不同种类植物(乔木、灌木、草),通过高精度测速仪ADV进行流场测量,探讨了滩地处植物种植对水流内部结构的影响。本文比较系统、全面地总结了植物河道水流特性问题的研究成果;在试验分析过程中,将复式河道断面划分为三个典型区域:主槽区、滩槽交界区及滩地区,分别进行了水流流场特性的探讨;重点研究了滩地植物种植前后水流纵向流速的变化情况,并分析了横断面流场分布,丰富了此类问题的研究成果;结合植物种植后水流的纵向流速垂线变化,讨论了植物存在引起的“第二边界”。同时重点对种有植物的滩地区进行了研究,通过适配本试验数据得出了植物种植带内水流纵向流速与水深的函数关系式;探讨了该区域水质点紊动强度垂线分布规律;研究了滩地区动量传递系数沿垂线的分布规律;考虑到植物种植带对河道的“束窄”影响,从理论上建立了局部水头损失h j、植物拖曳系数C d和植物河床床面切应力τ0’三者之间的计算关系。最后,本文对生态河道建设的前景进行了展望。

全文目录

绪论  9-14
  0.1 单式河道缺点  9
  0.2 复式河道优点  9-10
  0.3 复式河道生态效应  10-11
  0.4 植物对水流特性的影响因素  11-13
  0.5 植物类型分类  13-14
第一章明渠植被对水流内部结构影响的试验研究现状  14-26
  1.1 问题提出  14
  1.2 室外试验  14-16
  1.3 室内试验部分  16-18
    1.3.1 试验类型  16
    1.3.2 试验材料  16-17
    1.3.3 试验仪器  17-18
  1.4 研究方法  18-19
  1.5 研究现状  19-25
    1.5.1 刚性植物（主要为乔木）  19-22
    1.5.2 柔性植物（灌木、草）  22-25
  1.6 对存在的问题及展望  25-26
第二章模型试验理论基础  26-32
  2.1 物理模拟和数学模拟  26
  2.2 量纲分析法  26-29
    2.2.1 基本概念  26-27
    2.2.2 量纲分析的基本定理——π定理  27
    2.2.3 量纲分析法优点  27
    2.2.4 量纲分析法的限制  27-29
  2.3 量纲分析法求解植物河道水力学问题  29-32
    2.3.1 前人成果  29-30
    3.3.2 本人成果  30-32
第三章植物滩地室内模拟试验  32-37
  3.1 试验设计  32-34
    3.1.1 模型简介  32
    3.1.2 量测设备  32-34
  3.2 试验方法  34-36
  3.3 试验现象描述  36-37
第四章复式河道滩地植物种植前后河道水流特性  37-41
  4.1 无植物状态复式断面河道漫滩水流特性  37-39
  4.2 种植植物之后复式河道水流特性  39-41
    4.2.1 主槽Ⅰ区  39-40
    4.2.2 滩槽交界Ⅱ区  40
    4.2.3 滩地Ⅲ区  40-41
第五章植物河道滩地处纵向流速分析  41-54
  5.1 植物种植前后滩地处纵向流速值对比分析  41-42
  5.2 滩地处纵向流速垂线研究  42-45
    5.2.1 滩地处纵向流速垂线形状描述  42-44
    5.2.2 “第二边界”相关分析  44-45
  5.3 滩地处流速剖面曲线函数关系表达式研究  45-54
    5.3.1 理论基础  45-47
    5.3.2 已有研究成果  47-51
    5.3.3 本文研究成果  51-54
第六章滩地有植物的复式河道横断面流场结构的试验研究  54-64
  6.1 横向流速分析  54-57
    6.1.1 主槽区（Ⅰ区）  56
    6.1.2 滩槽交界区（Ⅱ区）  56
    6.1.3 滩地区（Ⅲ区）  56-57
  6.2 垂向流速分析  57-60
    6.2.1 主槽区（Ⅰ区）  58
    6.2.2 滩槽交界区（Ⅱ区）  58-59
    6.2.3 滩地区（Ⅲ区）  59-60
  6.3 横断面流场结构分析  60-63
    6.3.1 滩地无植物状态  61
    6.3.2 滩地种植乔木类  61-62
    6.3.3 滩地种植灌木类  62
    6.3.4 滩地种植草本植物类  62-63
  6.4 结语  63-64
第七章滩地处相对紊动强度分析  64-67
  7.1 滩地种植乔木  64-65
  7.2 滩地种植灌木  65
  7.3 滩地种草  65-67
第八章滩地处动量传递系数ε  67-71
  8.1 理论基础——普朗特动量传递学说  67
  8.2 公式推导  67-71
第九章局部水头损失理论在植物河道中的运用  71-74
第十章生态型河道建设的前景展望  74-77
  10.1 传统河道的缺点  74
  10.2 生态河道建设  74-77
    10.2.1 发展背景  74-75
    10.2.2 生态河道概念  75
    10.2.3 生态河道建设措施  75-77
结论及建议  77-79
参考文献  79-88
附图1 河道断面流速等值线图  88-90
附图2 植物种植前后滩地处三维垂线流速对比分析  90-92
附图3 不同水深条件下典型位置处水质点纵向流速垂线  92-94
附表1  94-96
致谢  96

复式河道滩地植物对水流内部结构影响的试验研究

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