刚性植被河道水流结构及污染物混合输移特性研究

论文摘要

水生植物是河流生态系统的重要组成部分。一方面,水生植物为河道水流提供了溶解氧,这是维持水体自净能力的重要成分,另一方面,它们也同时为各类水生生物提供了栖息地,更是鱼类产卵繁衍与生活的重要场所。然而,河流中的植被会通过绕流阻力的形式对水流的运动造成额外的阻力,这在一定程度上降低了河道的行洪能力,同时也改变了污染物在河道中的混合输移过程。如何平衡河道的防洪效益和生态效益,是近年来,国内外研究者关注的重点。河道中的刚性植被（如水生的灌木）是水生植物的重要种类之一。为了研究刚性植被对水流的影响,本文将针对不同工况下刚性植被对河道水流结构及污染物混合输移特性的影响开展研究。重点讨论全断面均匀覆盖淹没刚性植被工况下的断面平均流速、部分覆盖淹没刚性植被工况下的流速分布、部分覆盖非淹没刚性植被工况下的纵向离散系数以及植被对横向紊动扩散系数的影响。为了得到全断面均匀覆盖淹没刚性植被工况下的断面平均流速的预测模型,本文从Kolmogórov紊流理论出发,利用前人的大量实验数据,挖掘特征涡旋之间的尺度关系,并由此推导出植被水流工况下的类达西-魏斯巴赫公式,再通过遗传算法软件分析实验数据,得到计算类达西-魏斯巴赫阻力系数的方法,最终得到预测断面平均流速的模型。为了研究部分覆盖淹没刚性植被工况下的流速分布,在实验室水槽中进行了一系列的实验,得到了详细的流速分布数据,揭示了该工况下特殊的流速分布规律,包括纵向流速垂向平均值的横向分布与当地流速在横断面上的具体分布规律。在研究部分覆盖非淹没刚性植被工况下的纵向离散系数时,同时进行了实验研究和理论分析,通过简化Chickwendu的纵向离散N区模型,提出了简单适用的纵向离散系数预测公式。为了研究植被对横向紊动扩散系数的影响,本文首先讨论了无植被影响下的水流横向混合过程（包括横向紊动扩散与横向离散）,之后与前人得到的植被影响下的横向紊动扩散系数公式对比,初步揭示了植被对污染物横向混合输移的影响。

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文章来源

类型: 硕士论文

作者: 史浩然

导师: 槐文信

关键词: 植被水流,断面平均流速,流速分布,纵向离散,横向混合

来源: 武汉大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑,工程科技Ⅱ辑

专业: 地球物理学,环境科学与资源利用,水利水电工程

单位: 武汉大学

分类号: TV133;X143

总页数: 97

文件大小: 3153K

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