本文關鍵詞：坡面薄層水流水動力學特性試驗研究

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【摘要】：坡面流是降雨除去損失后在重力驅動下沿坡面運動產(chǎn)生的。由于水深很薄,影響因素十分復雜,要探明坡面土壤侵蝕的機理十分困難。而弄清楚坡面薄層水流的水動力特性與滾波的演化規(guī)律是研究土壤侵蝕機理的基礎。近年來,國內(nèi)外學者對薄層水流水動力特性有了大量的研究,但對滾波演化規(guī)律研究還很不足。主要原因是現(xiàn)有的測量手段精度不高且工作量龐大。本文采用超聲波水位測量方法進行薄層水流模擬試驗研究,試驗結果表明如下:(1)提出了超聲波測量滾波新方法針對超聲波水位計自身系統(tǒng)測量研究發(fā)現(xiàn),其測量的相對誤差和變異系數(shù)均在合理的范圍之內(nèi),系統(tǒng)本身具有較好的精確度和穩(wěn)定性。對兩種方法測得的滾波參數(shù)分析,兩種方法測得的波峰水深接近程度最高,相關系數(shù)達到了0.938。而且超聲波水位測量不受空間位置限制,自動化程度高且操作簡單,能在得到水深數(shù)據(jù)的基礎上直接計算出波速、頻率和坡長。因此,與傳統(tǒng)方法相比,該測量系統(tǒng)極大的減小試驗時間和工作量,提高了試驗效率。(2)探明了不同糙度下薄層水流水力特性的影響機制按臨界流量分區(qū),可將試驗的薄層水流分為層流失穩(wěn)區(qū),過渡流區(qū)與紊流失穩(wěn)區(qū)。層流失穩(wěn)區(qū)的流態(tài)指數(shù)隨糙度的增加先減小后增加,而其他兩個區(qū)的流態(tài)指數(shù),與糙度成負相關關系。水流的弗汝德數(shù)與單寬流量、能坡、糙度呈冪函數(shù)關系,隨糙度的增加而減小,與單寬流量、能坡呈正相關關系,本試驗水流以急流為主緩流為輔。水流阻力系數(shù)與單寬流量、能坡、糙度也呈冪函數(shù)關系,隨糙度的增加阻力系數(shù)增大,隨單寬流量的增加而變小,坡度對阻力系數(shù)的影響不大。與明渠流比較,在同一雷諾數(shù)時坡面流的阻力大于明渠流的阻力,產(chǎn)生增阻的效應。(3)探究了薄層水流滾波演化特征在同一坡度與流量時,波速與波高均隨糙度的增加而減小,滾波頻率則相反。滾波隨水流沿程逐漸發(fā)育成熟,但波速隨沿程變化不大,由于相鄰滾波聚合,滾波的波高與波長沿程增加,滾波的頻率沿程衰減。同一糙度下,滾波波速隨單寬流量的增加而增加,隨坡度的增加先增加后減小。滾波頻率隨單寬流量與坡度均成正相關關系。滾波波高隨單寬流量的增加先增加后減小,在q=0.3 Lm-1s-1左右,波高取最大值。滾波波高隨坡度呈單駝峰型變化趨勢,且在10度左右達到最大值。(4)得到了滾波失穩(wěn)的臨界水力條件在能坡一定的條件下,層流滾波消退臨界單寬流量隨糙度的增加先減小后增加。糙度一定時,層流滾波消退臨界單寬流量隨坡度的增加而減小。而過渡失穩(wěn)區(qū)臨界規(guī)律有所不同,紊流失穩(wěn)臨界單寬流量隨糙度的增加而逐漸增加,故在紊流失穩(wěn)區(qū)增加床面糙度可以抑制滾波的產(chǎn)生。在同一糙度情況下,紊流失穩(wěn)臨界單寬流量隨坡度的增加而減小,說明坡度將促使水流達到紊流失穩(wěn)區(qū)。
【學位授予單位】：西北農(nóng)林科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：S157

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

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本文編號：1185809