人工加糙坡面薄層水流水動力學特性試驗研究.pdf

1、薄層水流是在坡面降雨超過地表填洼和土壤入滲能力后產(chǎn)生的坡面積水在重力作用下沿坡面運動而形成的，它是地表徑流的初始階段，是土壤侵蝕的主要動力。因此，研究薄層水流的水力學特性對研究流域土壤侵蝕及產(chǎn)沙，泥沙災害及環(huán)境工程等問題均有重要的科學意義。本論文在對薄層水流進行了室內(nèi)水槽定床模擬試驗的基礎(chǔ)上，研究薄層水流的水力學特性(流速、水深、流態(tài)、流型、阻力系數(shù)等)隨流量、坡度和床面粗糙度變化規(guī)律，為水土侵蝕的防治和保護工作提供理論依據(jù)。本研究是在

2、同一床面粗糙度和不同粗糙度的兩種情況下進行的，試驗的結(jié)果如下： (1)同一床面粗糙度情況在同一床面粗糙度情況下(顆粒粒徑為2-5mm，取其平均值d=3.5mm)，取i=0.05，0.02，0.01，0.005，0.002等的5個坡度，在每個坡度選取流量q=0.2，0.5，0.75，1，2，3，5L/s研究了薄層水流水力特性隨不同坡度與流量的變化規(guī)律，結(jié)果如下： 雷諾數(shù)Re正比于流量；如果用傳統(tǒng)明渠水流的雷諾數(shù)來判定，隨著

3、坡度的增大，坡面流流態(tài)越傾向于向過渡流區(qū)和阻力平方區(qū)延伸；佛汝德數(shù)Fr，流速v，水深h，阻力系數(shù)f均是流量q與坡度i的冪函數(shù)；阻力系數(shù)f與雷諾數(shù)Re之間的關(guān)系和薄層水流阻力系數(shù)f與流量q之間的關(guān)系相類似； 佛汝德數(shù)Fr與阻力系數(shù)f的關(guān)系：在同一坡度條件下，隨著佛汝德數(shù)Fr的增大，阻力系數(shù)f逐漸減小，它們之間呈冪函數(shù)的關(guān)系。隨著坡度的增大，阻力系數(shù)也增大； 雷諾數(shù)Re與佛汝德數(shù)Fr之間的關(guān)系：雷諾數(shù)Re與佛汝德數(shù)Fr之間呈

4、冪函數(shù)關(guān)系，同時，也是坡度的冪函數(shù)。在同一坡度下，隨著雷諾數(shù)Re的增大，佛汝德數(shù)Fr呈冪函數(shù)形式增大。同時，隨著坡度的增大，佛汝德數(shù)Fr也呈冪函數(shù)形式增大。 (2)不同床面粗糙度情況采用室內(nèi)定床阻力試驗，在5種不同坡度下(坡度i=0.05、0.02、0.01、0.005和0.002)，對有機玻璃床面和4種不同顆粒粒徑的人工粘砂的粗糙床面(砂粒粒徑分別為：0.2～0.5 mm、0.5～1mm、1～2 mm、2～5 mm)上研究了坡

5、面薄層水流水力學參數(shù)隨床面糙率的變化規(guī)律，試驗表明： 床面粗糙度對薄層水流水力學參數(shù)有比較大的影響作用，具體如下：隨著床面粗糙度的變化，薄層水流可以表現(xiàn)出不同的流態(tài)，并不總是一種流態(tài)。等坡度同流量情況下，隨著床面粗糙度的增加，坡面流雷諾數(shù)呈減小趨勢，這說明床面越粗糙，坡面流流態(tài)越傾向于向?qū)恿鲄^(qū)延伸；隨著床面粗糙度的增加，佛汝德數(shù)Fr呈減小趨勢，說明薄層水流隨阻力增加水流流型由急流向緩流發(fā)展，故薄層水流是一種在緩流與急流之間變化的