本文選題：模擬降雨　切入點：雨滴特性　出處：《西安理工大學(xué)》2016年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：本研究以土壤侵蝕學(xué)、泥沙運動學(xué)、河床演變學(xué)等學(xué)科的理論為基礎(chǔ),以具有嚴(yán)格比尺意義的坡面土壤侵蝕實體模型相似律為研究主線,采用室外定位動態(tài)監(jiān)測、室內(nèi)人工模擬試驗和理論分析相結(jié)合的研究方法,研究了汛期天然降雨及模擬降雨的降雨特征、雨滴譜特性、不同降雨動力條件下的侵蝕產(chǎn)沙及運動相似條件,并對坡面放水沖刷條件下的坡面水動力特性及其與天然降雨條件下坡面侵蝕產(chǎn)沙進(jìn)行對比,初步探索不同水動力作用條件下侵蝕產(chǎn)沙差異的形成機制,以期為建立適合黃土高原區(qū)域特性的土壤流失預(yù)報模型提供理論依據(jù)。論文取得的初步研究成果如下:(1)闡明了模擬降雨與天然降雨侵蝕過程的相似條件,指出模擬降雨不但要雨強過程連續(xù)模擬相似、均勻性相當(dāng),而且要達(dá)到雨滴末速相似,否則雨滴末速的差異會引起降雨產(chǎn)流產(chǎn)沙過程的差異,這是實現(xiàn)坡面水蝕過程模擬動力相似的關(guān)鍵。(2)研發(fā)了大型可連續(xù)變雨強的模擬降雨試驗裝置,該裝置生成的雨強與雨滴末速分布相匹配,可以進(jìn)行模擬降雨與天然降雨的雨強和雨滴能量過程的相似模擬。(3)發(fā)現(xiàn)了汛期天然降雨主要是由粒徑為0.125-0.5mm的雨滴組成的規(guī)律,雨滴的末速主要集中在1-5m/s之間,且在1.4m/s和3.4m/s處形成兩個明顯峰值;其中0.125mm粒徑的雨滴末速主要集中在1-4.2m/s之間,0.25mm粒徑的雨滴末速主要集中在0.8-5m/s之間,0.375mm粒徑的雨滴末速主要集中在1-3.4m/s之間,0.5mm粒徑的雨滴末速主要集中在1-4.2m/s之間。同時,模擬降雨也主要是由粒徑為0.125-0.5mm的雨滴組成,雨滴的末速主要集中在0.4-3.4m/s之間,且在1.4m/s處形成一個明顯峰值;其中0.125mm粒徑的雨滴末速主要集中在1-3.4m/s之間,0.25mm粒徑的雨滴末速主要集中在1-4.2m/s之間,0.375mm粒徑的雨滴末速主要集中在0.6-3.4m/s之間,0.5mm粒徑的雨滴末速主要集中在0.4-3.4m/s之間。模擬降雨如果要形成雙峰值現(xiàn)象可通過模擬降雨器的雙噴頭聯(lián)合運用來進(jìn)行改進(jìn)。(4)闡述了汛期天然降雨與模擬降雨條件下坡面徑流水動力過程的相似性,模擬降雨基本上能較好模擬出天然降雨的變化過程,以及坡面流平均流速、雷諾數(shù)、佛汝德數(shù)、阻力系數(shù)的變化趨勢,表明模擬降雨和天然降雨的水動力過程基本相似。(5)在模擬降雨動力、水動力過程相似條件下,坡面水蝕試驗的產(chǎn)流產(chǎn)沙過程變化趨勢與天然降雨觀測過程一致。在此基礎(chǔ)上,建立了試驗條件下的坡面侵蝕產(chǎn)沙模型,通過檢驗,此模型誤差較小,可用來計算坡面水蝕產(chǎn)沙量。(6)闡述了降雨試驗和放水沖刷試驗兩種不同的侵蝕動力作用方式導(dǎo)致的差異化侵蝕結(jié)果,如降雨試驗的含沙量遠(yuǎn)小于沖刷試驗,這可能是由于降雨雨滴是均勻分散于坡面,而放水沖刷試驗徑流較為集中且全程參與對坡面的侵蝕,因此研究降雨試驗與沖刷試驗的相似體系,將是一個更加深入的模擬領(lǐng)域。以上成果可為黃土高原水土流失數(shù)學(xué)模型、特別是機理模型部分的建立提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和科技支撐。
[Abstract]:In this study, soil erosion, sediment dynamics, riverbed evolution theory as a foundation, with strict slope soil erosion rule significance than solid model similarity law as the main line, the outdoor positioning dynamic monitoring, research method of indoor artificial simulation experiment combined with theoretical analysis, studied the characteristics of rainfall in flood season rainfall and the simulated rainfall, raindrop erosion and sediment movement characteristics, and different rainfall under dynamic conditions similar conditions, and the dynamic characteristics of slope runoff and slope scouring conditions and slope and natural rainfall erosion and sediment yield were compared, explore the formation mechanism of erosion and sediment yield of different hydrodynamic conditions. In order to establish the regional characteristics of the loess plateau soil erosion prediction model provides a theoretical basis. The preliminary research results of the thesis are as follows: (1) illustrates the simulation Similar conditions of rainfall and natural rainfall erosion process, pointed out that the simulated rainfall not only rain intensity continuous process simulation, uniformity, and to reach the terminal velocity of raindrops or similar differences will lead to differences in speed at the end of the process of runoff and sediment yield, which is the key of slope erosion process simulation dynamic similarity. (2) the development of large continuous change of rainfall simulation experiment device of rainfall intensity, rainfall intensity and raindrop velocity distribution at the end of the device generated can match the similarity simulation of rainfall intensity and raindrop energy simulation rainfall and natural rainfall. (3) found that the flood of natural rainfall is mainly determined by the size of 0.125-0.5mm drops composition rule, raindrop terminal velocity mainly concentrated in 1-5m/s, and formed two obvious peak in 1.4m/s and 3.4m/s; the 0.125mm particle size of raindrop terminal velocity mainly concentrated in between 1-4.2m/s, the particle size of 0.25mm The terminal velocity of raindrops is mainly concentrated in 0.8-5m/s, 0.375mm particle size of raindrop terminal velocity mainly between 1-3.4m/s, 0.5mm particle size of raindrop terminal velocity mainly concentrated in 1-4.2m/s. At the same time, rainfall is largely composed of particle size of 0.125-0.5mm drops, the terminal velocity of raindrops is mainly concentrated in the 0.4-3.4m/s, and the formation of a a significant peak at 1.4m/s; the 0.125mm particle size of raindrop terminal velocity mainly between 1-3.4m/s, 0.25mm particle size of raindrop terminal velocity mainly between 1-4.2m/s, 0.375mm particle size of raindrop terminal velocity mainly between 0.6-3.4m/s, 0.5mm particle size of raindrop terminal velocity mainly concentrated in the 0.4-3.4m/s. If you want to simulate rainfall the formation of Shuangfeng value phenomenon by double nozzle is used to simulate rainfall combined transport was improved. (4) described the flood of natural rainfall and slope under simulated rainfall surface runoff water dynamic process is similar to that of the Basically, the simulated rainfall can better simulate the variation process of natural rainfall, overland flow and the average flow velocity, Reynolds number, Froude number, the change trend of the drag coefficient, shows that the hydrodynamic process of simulated rainfall and natural rainfall is similar. (5) in the simulated rainfall power, hydrodynamic process under similar conditions. The processes of runoff and sediment variation trend of water erosion test and natural rainfall observation process. On this basis, a sediment model, under the condition of slope erosion test by test, the model error is small, can be used to calculate the slope erosion and sediment yield. (6) describes the differences in rainfall test and scouring experiment two different modes of action of erosion erosion dynamic results, such as the sediment concentration is far less than the rainfall scouring, this may be due to rainfall is evenly dispersed in the slope, and more runoff scouring experiment Concentrated and full participation in the erosion of the slope, so the research and test system similar to the rainfall erosion test, will be a more in-depth simulation. These achievements as the mathematical model of soil erosion in the Loess Plateau, especially to provide basic data and scientific and technological support to establish a mechanism model part.

【學(xué)位授予單位】：西安理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：S157.1

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本文編號：1629939