本文關(guān)鍵詞：坡面薄層水流水動(dòng)力學(xué)特性試驗(yàn)研究

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【摘要】：坡面流是降雨除去損失后在重力驅(qū)動(dòng)下沿坡面運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的。由于水深很薄,影響因素十分復(fù)雜,要探明坡面土壤侵蝕的機(jī)理十分困難。而弄清楚坡面薄層水流的水動(dòng)力特性與滾波的演化規(guī)律是研究土壤侵蝕機(jī)理的基礎(chǔ)。近年來(lái),國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)薄層水流水動(dòng)力特性有了大量的研究,但對(duì)滾波演化規(guī)律研究還很不足。主要原因是現(xiàn)有的測(cè)量手段精度不高且工作量龐大。本文采用超聲波水位測(cè)量方法進(jìn)行薄層水流模擬試驗(yàn)研究,試驗(yàn)結(jié)果表明如下:(1)提出了超聲波測(cè)量滾波新方法針對(duì)超聲波水位計(jì)自身系統(tǒng)測(cè)量研究發(fā)現(xiàn),其測(cè)量的相對(duì)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(duì)兩種方法測(cè)得的滾波參數(shù)分析,兩種方法測(cè)得的波峰水深接近程度最高,相關(guān)系數(shù)達(dá)到了0.938。而且超聲波水位測(cè)量不受空間位置限制,自動(dòng)化程度高且操作簡(jiǎn)單,能在得到水深數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上直接計(jì)算出波速、頻率和坡長(zhǎng)。因此,與傳統(tǒng)方法相比,該測(cè)量系統(tǒng)極大的減小試驗(yàn)時(shí)間和工作量,提高了試驗(yàn)效率。(2)探明了不同糙度下薄層水流水力特性的影響機(jī)制按臨界流量分區(qū),可將試驗(yàn)的薄層水流分為層流失穩(wěn)區(qū),過(guò)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(gè)區(qū)的流態(tài)指數(shù),與糙度成負(fù)相關(guān)關(guān)系。水流的弗汝德數(shù)與單寬流量、能坡、糙度呈冪函數(shù)關(guān)系,隨糙度的增加而減小,與單寬流量、能坡呈正相關(guān)關(guān)系,本試驗(yàn)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(guān)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(duì)阻力系數(shù)的影響不大。與明渠流比較,在同一雷諾數(shù)時(shí)坡面流的阻力大于明渠流的阻力,產(chǎn)生增阻的效應(yīng)。(3)探究了薄層水流滾波演化特征在同一坡度與流量時(shí),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(zhǎng)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(guān)關(guān)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(shì),且在10度左右達(dá)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(shí),層流滾波消退臨界單寬流量隨坡度的增加而減小。而過(guò)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(shuō)明坡度將促使水流達(dá)到紊流失穩(wěn)區(qū)。
【學(xué)位授予單位】：西北農(nóng)林科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：S157

【參考文獻(xiàn)】

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