【摘要】：植物的消波特性能有效防止波浪沖刷所造成的岸線侵蝕。在開展根莖葉共同作用下的剛性植物消波實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,采用Kobayashi和Dalrymple經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算本實(shí)驗(yàn)植物模型的拖曳力系數(shù),探究了拖曳力系數(shù)變化規(guī)律。通過對(duì)比分析兩種經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算所得的拖曳力系數(shù),發(fā)現(xiàn)采用Kobayashi消波模型對(duì)于本實(shí)驗(yàn)中剛性植物消波模擬效果更好。根莖葉均在不同程度上對(duì)于植物消波特性產(chǎn)生影響。拖曳力系數(shù)與邱卡數(shù)、雷諾數(shù)、厄塞爾數(shù)及相對(duì)水深之間的關(guān)系依賴于植物淹沒度。針對(duì)包含根莖葉的剛性植物,考慮植物擺動(dòng)因素,對(duì)波能耗散方程中阻力項(xiàng)進(jìn)行修正,提出改進(jìn)的消波模型。
【圖文】：

?Ur=8π2ak(kh)3（15）定義植物淹沒度α：α=minè÷hhv，1（16）本文擬在上述理論分析的基礎(chǔ)上，借助Dalrymple經(jīng)驗(yàn)公式（6）及Kobayashi經(jīng)驗(yàn)公式（11）結(jié)合實(shí)驗(yàn)相關(guān)數(shù)據(jù)求得剛性植物的拖曳力系數(shù)CD，進(jìn)而分析剛性植物拖曳力系數(shù)變化特性。最后在前人研究基礎(chǔ)上，通過修正波能衰減方程中的阻力項(xiàng)，針對(duì)含柔性結(jié)構(gòu)的植物模型提出更為有效的消波模型。3實(shí)驗(yàn)概述實(shí)驗(yàn)在長(zhǎng)沙理工大學(xué)水沙科學(xué)與水災(zāi)害防治湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的波浪水槽內(nèi)進(jìn)行，水槽長(zhǎng)40.0m，寬0.5m，高0.8m。實(shí)驗(yàn)布置如圖1所示。圖1實(shí)驗(yàn)布置（單位：cm）在陳杰等［9］的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)之上，根據(jù)眾多學(xué)者［10-13］對(duì)我國(guó)相關(guān)防浪植物帶的研究資料，并結(jié)合Mazda等［14］學(xué)者對(duì)相關(guān)樹種樹根的調(diào)查資料，同時(shí)考慮到實(shí)驗(yàn)室的儀器和設(shè)備條件，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)所需要的“模型樹”。如圖2所示，本實(shí)驗(yàn)采用的幾何比尺為1∶10。剛性植物模型樹干（莖）部分采用PVC圓管進(jìn)行模擬，PVC管的彈性模量E為3.53±0.39×109N/m2，PVC管直徑為1.1cm，在波浪作用下不會(huì)產(chǎn)生變形，可較好模擬植物樹干（剛性）部分。植物樹冠部分帶有較多枝杈，具有一定柔性。選取聚乙烯材料模擬植物冠部（葉），聚乙烯的E為6.45±1.05×108N/m2。冠部直徑為10.0cm，冠部垂直高度20.0cm。由于樹根根須數(shù)量、根須直徑、對(duì)底面投影面積等幾何因素非常復(fù)雜，因而對(duì)植物樹根部分僅做概化模型。采用硬質(zhì)塑料球架模擬植物根部（根），塑料球架的E為1.96±0.49×108N/m2，在與波浪相互作用時(shí)沒有較明顯的變形，可較好模擬植物樹根部分。同時(shí)為了更好地模擬根部的復(fù)雜性，將塑料球架裁剪成一大一小兩種尺寸，小尺寸球架放置于內(nèi)部，大尺寸放置于外部，根部外層直徑為8.0cm，

輪參榬D減校對(duì)于不同α的情況，兩種公式計(jì)算出模型2的CD的差值隨KC的增大而減小，這表明根部對(duì)于周圍水體流場(chǎng)的影響隨KC的增大而減弱。此外，分別對(duì)比兩種公式計(jì)算出的模型1和2的CD值，可以看出根部對(duì)于植物消波特性具有一定影響，根部對(duì)于消波影響隨KC增大而減弱，且這種消波影響對(duì)KC的敏感度隨KC增大而逐漸減弱。綜上所述，根部對(duì)植物消波特性的影響依賴于α，對(duì)于大部分的α而言（α=0.556，0.778，1.000），根部的存在均增加了植物對(duì)于水體的阻力，增強(qiáng)了植物消波能力，，且KC越小，植物根部的消波效果越好。圖2植物模型（單位：cm）—849—
【作者單位】： 長(zhǎng)沙理工大學(xué)水利工程學(xué)院;水沙科學(xué)與水災(zāi)害防治湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室;長(zhǎng)沙理工大學(xué)水科學(xué)與環(huán)境工程國(guó)際研究中心;
【基金】：國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目(51239001);國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(51409022) 湖南教育廳科研資助項(xiàng)目(YB2015B034) 水利部水科學(xué)與水工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放研究基金項(xiàng)目(YK914013)
【分類號(hào)】：TV139.2

【參考文獻(xiàn)】

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9 蔣昌波;管U

本文編號(hào)：2519632