植被淹没程度对坡面流水动力学特性影响

发布时间：2019-11-03 09:33

【摘要】：为深入揭示植被覆盖条件下坡面水流结构的内在规律,采用水槽模拟试验,系统研究了植被处于淹没及非淹没工况下淹没度对坡面流水动力学特性的影响。研究结果表明:坡度一定条件下,平均流速和雷诺数与淹没度均成正相关关系;柔性植被覆盖下,水流流型由缓流区过渡到急流区,综合阻力系数随淹没度的增加而减小,刚性植被覆盖条件下水流流型均处于缓流区;综合阻力系数呈单驼峰形式变化;峰值处淹没度为0.9,淹没度对相对摩阻流速的影响与其对阻力系数呈相反变化趋势,基于淹没度的阻力计算经验公式决定系数均达到0.97以上;由于淹没度对各水动力学参数的影响受制于坡度,在坡面水土保持中应根据山区坡度和水深选择适当的植被高度。
【图文】：

第6期杨帆，等:植被淹没程度对坡面流水动力学特性影响833图1试验装置布置Fig.1Arrangementofexperimentalequipment流量进行测控。水槽由有机玻璃板制成，结构尺寸为6.0m×0.3m×0.25m，通过滑轮装置制动系统控制水槽坡度，试验坡度取2°～12°，步长为2°，如图1所示。(2)如图2所示，采用榈树的棕衣模拟刚性植被特征，刚性植被即水流流经植被区，植被形态不发生改变，模拟植被平均高度为22mm;胡麻麻丝模拟柔性植被特征，模拟植被实际高度为22mm，当水流流过柔性植被，，相对刚性植被而言，流量超过一定范围，植被会出现弯曲，甚至倒伏等现象，平均高度即倒伏高度为10mm，植被直径均为6mm，中心间距为12mm。为模拟天然下垫面，水槽底部粘贴自然土壤，土壤粘贴在水槽底部粘贴一层，保证不被水流冲刷，厚度仅有1～2mm，土壤中值粒径为0.095mm，植被覆盖度均为9.3%，梅花形布置。为控制不同淹没度下水流水动力学特征，设计流量的范围取3.65～148L/min(共17组)。(3)沿水槽设6个纵向观测断面，分别为0+0.5m、0+1.5m、0+2.5m、0+3.5m、0+4.5m和0+5.5m。每个断面横向设3个测点，观测每个测点的断面表面流速(KMnO4染色示踪法测流速)和水深(采用SX402数显测针仪测定，精度为0.01mm)，横向测点位置应避开水面壅高区和植被尾水区，选在两簇植被之间。图2模拟植被布置Fig.2Arrangementofsimulatedvegetation2理论与结果分析2.1淹没度对平均流速的影响坡面流平均流速是计算坡面汇流和冲刷的基础，但关于其影响因素的研究目前多集中在流量、坡度和植被［15］方面，考虑淹没度对其影响研究较少。鉴于此，分析了淹没度对于柔性及刚性植被覆盖下平均流速的影响(图3)，为水土保持中植被高度和类型选择提供参考。图3表明，刚性或柔性植被覆盖下，?

模拟Fig.2Arrangemento

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