不同覆盖度下坡面流植被阻力特性研究

为深入研究植被覆盖下坡面流阻力规律,以植被覆盖下明渠水流植被阻力公式为基础,通过5个覆盖度、6个坡度和7个流量组合条件下的室内放水试验,结合理论分析,建立适应于坡面流的植被阻力模型。结果表明,植被阻力随等效覆盖度和等效水力半径的增加而增大,等效覆盖度对植被阻力的贡献率(0.106)小于明渠水流(0.167),而等效水力半径(0.5)和拖曳力系数(0.5)的贡献率与明渠水流(均为0.48)基本一致。植被阻力模型的NSE值高达0.84,为坡面流植被阻力计算奠定了一定的理论基础,可促进明渠水力学理论在坡面水流方面的扩展。     

有植被突扩明渠水流特性试验

通过水槽试验分别研究在沉水植物水蕨和挺水植物富贵竹两种植被作用下的突扩式明渠水流特性,采用声学多普勒测速仪,测量突扩前后不同垂线、不同测点的瞬时流速,计算得出时均流速分布,分析其变化特征,探讨突扩明渠中植物对水流内部结构的影响．试验发现：在种植植被前,中垂线上突扩前后流速均呈半对数分布,而种植植被后,水流受两种不同植物的影响而产生不同的变化趋势,有沉水植物的情况流速分布可分为3层,即植被冠层内、植被层之上和过渡层,且过渡层有随流逐渐增大的趋势,有挺水植物情况由于植物不同部位阻水效应的差异,使得流速呈现“3”型分布．位于扩散段回流区内的左垂线流速分布更加复杂,不服从半对数关系．种植植被后,同一垂线不同流量下水流的流速分布有很大变化,并且流速分布的变化率随流量的增大而增大．     

植被作用下明渠交汇水流特性数值模拟研究

水流交汇现象普遍存在于天然河网系统和水利工程中,其水流特性研究对河道治理、美化城市水环境等具有重要意义。利用Mike21FM模型对明渠交汇水流进行数值模拟,并采用水槽试验对该模型进行了验证,最后分析了明渠直角交汇水流在不同汇流比情况下及植被影响下的水流特性。结果表明,汇流比越大,交汇口上游水位越高,下游水位波动越大,主渠高流速区偏向交汇口对侧,低流速区位置到交汇口上游角的距离有所增加,同时分离区中心的流速减小。植被的存在使交汇口上游和下游水位均有抬升,且对分离区内的水位影响较大,同时,支渠流速偏转起始位置距交汇口距离较无植被时有所增加。     

湿地植物生长对水流特性影响的实验研究

针对云南滇池高原湖泊湿地植物生长种类,采用水槽实验,进行了三种流量、三种不同生长期植物的植物带前、中、后断面沿程流速和垂线流速分布的实验,通过水槽实验研究,分析了植物生长对水流结构影响机理。实验研究表明:①种植物时,植物带前各断面流速比无植物时都有一定的减小,植物对水流有明显的阻滞作用。植物带段过流流速沿程逐渐增加,在一定距离后达到最大值;同一流量条件下,随植物的生长,对水流的阻滞作用越明显,流速变化越大。植物大小一定时,流量越大,植物中流速达到最大值的距离越长。②植物段水流垂线流速分布与明渠恒定流垂线流速分布规律有所不同,植物底部流速比明渠恒定流要小,水面流速比明渠恒定流要大;植物带后水流流态恢复到明渠恒定流流态需要一定的距离。     

某大坝导流底孔泄水流态优化研究

深淹没底孔泄洪时由于相邻底孔泄洪闸出水口存在横向间隙极易引起高速出闸水流呈大角度交汇、碰撞、引起持续性不良水翅,影响底孔泄流能力以及下游水流流态。结合工程实例利用物理模型针对该问题在泄洪闸下游出口分别布置椭圆形隔墩以及楔形隔墩,并对比泄洪闸水流流态以及下游明渠内沿程断面水深及流速。试验表明:楔形隔墩有利于改善相邻闸室阿高速出闸水流表中底层交汇、调整明渠进水口流层分布,其既满足导流设计要求、维持上游原有围堰设计结构、避免设计变更,又能有效地改善下游明渠内水流流态,使明渠内下泄水流横向分布更加均匀、消除折冲水流。     

含刚性沉水植物明渠水流结构的试验研究

【目的】得到含刚性沉水植物明渠的水流结构。【方法】采用粒子图像测速仪(PIV),用有机玻璃棒模拟刚性植物,在不同来水流量、植物密度条件下对明渠水流结构进行了试验研究。【结果】无植物时平均流速沿垂向呈对数分布规律,有植物时则呈现明显的分区分布特性。无植物时紊动强度值沿垂向变化不大,有植物时在植物顶端位置处紊动最剧烈。流量或植物密度越大,植物顶端位置的流速梯度就越大,植物层上方的流速最大值也越大。植物密度越大,植物顶端位置的紊动强度越大,植物密度对水流紊动强度由最大值减小到最小值的区域影响很大。【结论】刚性沉水植物的存在会改变水流结构,增强紊动掺混,增强流体质点交换和能量传递,且上述影响会随着流量或植物密度的增大而增强。     

渠系节点三维流场的试验研究

渠系节点三维流场的研究,对于河流、渠道等明渠水流流场的变化规律具有重大实际指导意义。通过vectrino plus小威龙三维流速仪在不同水位及流量条件下对渠系节点进行流速观测,研究节点附近水域三维流速沿水深的分布,分析各工况下口门区、明渠段及主河道上下游表层及底层节点的三维流场的分布规律。研究结果揭示了渠系节点处水流运动的非定常特性,口门区水流结构表现为横向环流、立轴环流和次生副流的叠加,流速分布与正常明渠流动存在差异。     

含刚性粗糙元渠道水流流速分布试验研究

【目的】探索渠道内刚性粗糙元对水流流速分布的影响。【方法】用三维超声波多普勒流速仪(ADV)采集水流稳定后不同位置的流速值,并对获取数据进行平均化处理,分析了不同流量、不同粗糙元布置形式和不同粗糙元形态下明渠中非淹没刚性粗糙元前后水流流速结构和淹没刚性粗糙元后尾流结构,着重研究水流纵向流速u的纵向分布结构。【结果】①非淹没圆柱体试验,在不同流量、不同圆柱体排数下,流速u的流速分布相同;②淹没粗糙元在y方向使水流形成了1个3层的速度剖面,3层水流流速分布不同,不同淹没粗糙元形态对水流结构具有显著影响;③基于模型试验数据,对非淹没圆柱体试验数据采用非线性拟合的方法,分别得到了单根圆柱体上下游纵向流速分布的拟合式;④采用量纲分析得出,粗糙元在淹没条件下,其下游纵向流速u与水流特性、渠道特性及粗糙元特性有关。【结论】淹没条件下,粗糙元后水流流速纵向分布形成了1个3层的速度剖面;而非淹没条件下,粗糙元后水流流速纵向分布均呈现出"对勾"的形式。     

明渠壁面粗糙度突增对紊流流速及紊动强度影响的试验研究

对壁面粗糙度突增时的明渠紊流特性进行了试验研究。利用三维超声波流速仪,测量了粗糙度突增后,不同水深情况下明渠紊流的水流方向、横向和垂向三维瞬时流速。分析了粗糙度突增对明渠紊流的影响,得到了壁面粗糙度突增后,明渠紊流的时均流速分布特点以及水流方向、横向和垂向紊动强度的沿程变化特点。     

不同示踪法测量砾石层中水流流速研究

采用室内试验,用平均粒径约2cm的砾石,在长4m、宽15cm、高50cm的水槽内堆积厚为5cm的砾石层,在坡度为4°、8°、12°和流量为3、6、12L/min条件下,距离电解质脉冲发生器0.3、0.6、0.9、1.2、1.5m处放置探针,测量电导率变化过程,计算水流的最大流速、优势流速和平均流速,并用染色剂示踪法对比砾石层中水流的最大测量流速。结果表明,试验所用各工况,流量对流速的影响不显著,坡度增大,流速明显增大。试验条件下,水流的优势流速变化范围为0.031~0.070m/s,优势流速与最大流速的比值稳定,在0.81~0.83之间。平均流速与优势流速的比值随坡长的增加逐渐增大,增长的速率逐渐减小并趋于稳定。平均流速与最大流速的比值在0.68~0.78之间,并随距离的增加稍有增大。     

植被群纵向间距对水流结构的影响研究

河道中植被群的空间布局对植被群的上下游水流特性和河床演变均会产生重要影响。为研究河道中植被群的不同布局对水流结构的影响规律，设计了定床水槽试验，试验采用PVC圆柱模拟两个相同的刚性非淹没植被群，设置4组不同的上下游植被群间距，通过研究水流的流速和紊动强度分布，分析在不同的上下游植被群间距下植被群上游水流调整长度和尾流的形成与发展过程，并与单个植被对水流结构的影响进行对比。试验结果表明：上游植被群的存在会使下游植被群前端调整区长度缩短，此长度与植被群间距无关；随上游植被群的出现下游植被群的溢出流速、尾流稳定区长度、稳定区流速均会减小，其大小均与植被群间距有关，间距越小各值越小；同时下游植被群尾流形成区长度变短，随间距增大呈现先减小后增大的趋势；且下游植被群的尾流恢复速度随上游植被的出现变的更加迅速；上游植被群的存在加剧了下游植被群尾流紊动，其变化趋势也与植被群间距有关；植被群对水流既有抑制作用也有促进作用，主要取决于植被群前端紊动强度大小。试验探究了植被群不同纵向间距对河道水流结构的影响，为河道中植被群空间布局对水流特性的影响提供了补充。     

基于改进PT-hybrid算法的地表潜热通量变化分析

潜热通量(LE)影响陆地生态系统的水量平衡和能量收支.[目的]提高不同植被类型对应的地表潜热通量的反演精度对于探究生态水文过程具有重要的现实意义.[方法]本研究采用动态植被模型——LPJ-GUESS模型,引入表征植被占比的参数fv对PT-hybrid潜热通量算法加以改进,从而提高陆面蒸散发的反演能力.[结果]根据全球4...     

U形渠道水流紊动特性试验研究

在U形混凝土明渠内,采用声学多普勒点式流速仪(Vectrino)测量了不同流量下的瞬时流速,对明渠水流紊动的准周期、频率等水流紊动特性进行了定量的描述,对紊动强度、雷诺应力进行了较深入的分析计算。试验分析结果表明:①水流脉动具有大小不同的准周期。②水流瞬时流速概率分布近似符合正态分布。③各垂线纵向、垂向紊动强度自渠底向水面先减小后增大,横向紊动强度变化幅度较小。④纵向与横向雷诺切应力在y/h0.5范围内近似为直线,y/h0.5区域内近似为三角形分布。     

不同淹没度下植被群尾部流速与紊动能纵向分布

水生植被群尾流受淹没度影响,与局部水流特性和营养物质的分布产生积极响应。借助圆形竹签进行交错排布,模拟不同淹没度下的刚性植被群,通过室内水槽实验,研究淹没度对植被群尾部水流纵向分布的作用机理。实验结果表明:淹没度较大时(植被群生长初期),植被群正后方水流变化平缓,流速与紊动能峰值均接近于上游平均值;不同淹没度下的植被群尾部受卡门涡流影响,均能产生含有两个峰值的紊动能,且分别对应流速极小值;淹没度较小时(植被群生长后期),尾部正后方紊动能变化幅度增大,卡门涡流影响作用逐步减小,不利于植被群的纵向扩展。     

基于稀释法的矩形明渠自动测流研究

为了探索基于稀释法的自动测流装置在矩形明渠中的测流精度及影响因素,利用YD-1H型盐度计测量示踪剂溶液投入前后矩形明渠水流的盐度变化,可得到各个时段水流的盐度值。基于稀释法的自动测流装置结合了YD-1H型盐度计与物联网云平台,自动测量水流盐度,从而得出流量Q=C_1V/∫■(C_2-C_0)d t。通过观察电磁流量计的流量以及对实验测流数据的分析,结果发现,基于稀释法的自动测流装置得到的流量与矩形明渠中实际流量平均相对误差在4%以内,符合明渠测流装置测量精度的要求,进一步证明了基于稀释法的自动测流装置的可行性,具有一定的推广应用价值。     

淹没柔性植被河道阻力系数特性及计算方法研究

植被是河流生态系统中重要的组成部分，在河流生态修复、河道形态演变和水资源可持续利用中发挥重要的作用，但水生植被的存在也会改变河道水流的运动形态，降低水流流速。柔性植被在水流的作用下会产生形态变化，使水流运动更加复杂。将柔性植被的形变因素加入到经典达西-魏斯巴赫阻力方程，利用最大差异性算法对试验数据进行筛选分类，通过遗传算法确定出淹没柔性植被阻力系数的表达式，基于达西-魏斯巴赫阻力系数与曼宁系数的转换关系得出曼宁系数表达式。结果表明：提出的达西-魏斯巴赫阻力系数公式和曼宁系数公式具有相对简明的表达形式，能应用于不同水深、不同植被密度、不同植被高度等条件下的淹没柔性植被河道阻力系数计算，研究成果可为植被化生态河道设计提供理论依据。     

基于遥感的疏勒县植被覆盖时空变化研究

[目的]评价疏勒县生态环境质量及生态环境演变过程.[方法]基于Landsat遥感影像数据,利用归一化植被指数NDVI、像元二分模型、中心迁移模型等方法分析了 1996-2017年疏勒县植被覆盖时空演化.[结果]①疏勒县植被覆盖分布总体以高植被覆盖为主成大面积片状分布,中、低植被覆盖主要以盖孜河和克孜河为轴线,相对围绕高...     

黑麦草密度对坡面水流阻力影响的试验研究

【目的】提高生态工程的水土保持效益,合理利用坡面植被挡蓄径流,减轻坡面工程土壤侵蚀。【方法】通过室内试验,模拟水流在不同密度植被覆盖下的坡面流动时水深及阻力的变化规律,详细描述坡面沿程水深规律并建立水深方程,研究阻力在整个坡面的分布及变化过程。【结果】①由坡面水深方程推求得出了水流所受坡面总阻力方程。②刚性植被与柔性植被在坡面阻流中对水流的阻碍作用不同,植被对坡面水流的阻力不随植被密度增大而增大,坡面植被存在最优种植密度,使阻水效果最佳。【结论】在治理低山丘陵区的水力侵蚀时,植被种植密度不宜过疏或过密,坡面植被存在最优种植密度,使阻水效果最佳。     

突扩明渠分离流中红鲫鱼运动的特点

为了探讨突扩明渠分离流中红鲫鱼运动的特点,通过特制的鱼类游泳行为观测装置,记录了红鲫鱼在多种流速条件下的运动轨迹,并且利用fluent计算了流场结构和涡量场。结果表明:鱼类在游动过程中对流速或涡量较大变化时会不断调整游动速度以适应水流变化。当所在区域流速、涡量变化非常小时,鱼类游动速度基本不改变,但在徘徊的过程中遇到流速大幅增大或大涡量时,鱼类会出现相应的快速响应情况。     

基于多层感知器的收获期木薯茎秆识别定位研究

为解决挖拔式木薯收获机械在作业时需要精确定位茎秆的问题,引入机器视觉技术研究木薯茎秆的识别与定位。以木薯茎秆为研究对象,在室内搭建试验平台模拟木薯收获的田间情况,通过该平台采集模拟的田间图片,对图片预处理得到图像中感兴趣区域;然后,分别提取木薯茎秆和杂物的形状与纹理共9维特征,将其融合作为输入参数,在3层多层感知器网络的结构基础上对参数的选择进行研究,利用主成分分析法对样本特征降维分析,通过交叉验证结合网格搜索的方法试验确定参数最优组合,得出主成分数目为6和隐藏层节点数为9时识别效果最优。基于多层感知器网络构建分类器进行识别效果的定位误差试验,并与支持向量机模型进行了对比,结果表明:MLP分类器识别效果较好,成功率最高达92%,误判率为2%,平均定位误差3.2mm,算法平均耗时0.26s。研究结果可为挖拔式木薯收获机的智能化和自动化作业研究提供参考。