坡面流是坡面侵蝕的主要動力,水深極淺,易受植被因素影響,流動復(fù)雜。基于傳統(tǒng)一維宏觀測量技術(shù),以往的研究已經(jīng)證實,植被通過調(diào)整流速、流態(tài)、阻力等水動力參數(shù)發(fā)揮水土保持作用。隨著植被生態(tài)建設(shè)的深入發(fā)展,植被的空間配置問題得到廣泛關(guān)注,深入解析典型空間配置參數(shù)影響下的水動力特性,成為研究熱點和前沿課題。本文通過開展室內(nèi)坡面流試驗,將模擬植被設(shè)置三類不同的空間配置方式,每類配置方式下設(shè)置多組流量過程,將高頻率高分辨率粒子圖像測速系統(tǒng)（Particle Image Velocimetry,PIV）用于坡面流局部二維流場的觀測,同時采用超聲波水位計獲取沿程水位信息,系統(tǒng)分析不同植被配置條件下的水動力參數(shù)（流速、流態(tài)、阻力）的變化特征,同時重點關(guān)注局部二維水流結(jié)構(gòu)（渦旋結(jié)構(gòu)和紊動特性）,以期豐富植被影響下的水動力特性研究視角,同時獲取最佳植被配置參數(shù),為植被生態(tài)建設(shè)提供依據(jù)。主要結(jié)論如下:（1）在單根植株上游位、平行位、下游位位置布設(shè)輔助植株,觀測主植株上游的水動力參數(shù)和渦旋結(jié)構(gòu)。結(jié)果顯示,輔助植株可明顯改變流場中的高流速區(qū)域;下游放置輔助植株時,觀測區(qū)內(nèi)的雷諾應(yīng)力、剪切力和紊動強度值最小,馬蹄渦的... 

【文章來源】：北京林業(yè)大學(xué)北京市 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：87 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

1明渠流柱體繞流典型馬蹄渦系結(jié)構(gòu)

基于PIV的模擬植被配置方式對坡面流水動力特性的影響10析不同工況下的沿程平均流速、流態(tài)、阻力系數(shù)的定量關(guān)系、不同水力學(xué)參數(shù)之間的相關(guān)關(guān)系，同時分析垂向剖面流速在沿程的變化規(guī)律，闡明不同工況下坡面流的整體運動以及局部水流變化規(guī)律�；谝陨涎芯績�(nèi)容，本文的研究技術(shù)路線圖如圖1.4.1所示。圖1.4.1技術(shù)路線圖Figure.1.4.1Theflowchartoftechnology

2.材料與方法112.材料與方法2.1.試驗水槽系統(tǒng)本研究選用室內(nèi)模擬試驗，考慮到野外實驗的復(fù)雜性和不確定性，以及使用測量儀器的局限性、適用性等方面因素，因此利用水槽進行試驗研究。試驗于北京林業(yè)大學(xué)水土保持溝蝕機理與過程實驗室的開敞式自循環(huán)玻璃水槽中開展，試驗水槽長12.4m，寬為0.3m，高為0.3m，坡度可調(diào)節(jié)范圍0-1.5%，水槽系統(tǒng)由供水段、實驗段、集水段組成（見圖2.1.1），水槽出水口擺放蜂窩狀PVC管，以平穩(wěn)水流，流量由供水段的變頻器、水泵、電磁流量計控制。利用超聲波水位計、千分尺分別觀測總體和局部的水深，水溫利用溫度計進行計量，精度為0.1℃，水槽的尾端設(shè)置尾門，可用于調(diào)節(jié)水位等條件。在本實驗中，最小的寬度深度比為5.7，在這種水深狀態(tài)下，流動是準(zhǔn)二維流（Nezuetal.,2005)，因此可忽略側(cè)壁的影響。圖2.1.1水槽示意圖Figure2.1.1Schematicdiagramofwatertank2.2.PIV系統(tǒng)2.2.1PIV的測量原理PIV測量中系統(tǒng)硬件主要有：示蹤粒子、CCD相機、計算機、激光器、輔助光學(xué)元器件等。在水流中放入示蹤粒子，利用YAG激光發(fā)射器（功率8W）發(fā)出的激光打在標(biāo)定好待觀測的水體，示蹤粒子在激光的照射下，沿水流移動的粒子被高頻高精度CCD相機（像素640×480）連續(xù)捕獲，得到較長時間序列的示蹤粒子圖像。應(yīng)用的計算程序由清華大學(xué)開發(fā)，基于圖像變形的多重網(wǎng)格迭代、判讀預(yù)處理以獲得的圖像，利用高斯中值濾波剔除掉圖像中的背景噪音，對比兩圖片中具有最大相關(guān)系數(shù)的矩陣距離以及兩者曝光時間來計算一點的流速值。如

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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博士論文
[1]坡面侵蝕性降雨徑流水動力學(xué)特性及其對輸沙的影響[D]. 趙春紅.西北農(nóng)林科技大學(xué) 2014

碩士論文
[1]降雨條件下坡面薄層水流水動力學(xué)特性試驗研究[D]. 梅欣佩.西安理工大學(xué) 2004



本文編號：3022902