本文選題：彎道水槽 + 剛性挺水植被��； 參考：《中國(guó)水利水電科學(xué)研究院》2017年博士論文

【摘要】：彎道水流和泥沙運(yùn)動(dòng)是水力學(xué)和泥沙運(yùn)動(dòng)力學(xué)的重要研究?jī)?nèi)容,多年來已取得豐碩的研究成果。已有的彎道水沙研究較少考慮水中的植被因素,而天然河流中多伴有植被生長(zhǎng),加之人類對(duì)河流的開發(fā)與治理越來越注重人與自然和諧,需要將植被因素納入到彎道水沙運(yùn)動(dòng)研究之中。因此,本論文依托國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目《濱水植被對(duì)河流彎道水流結(jié)構(gòu)及泥沙輸移影響機(jī)理研究》,在長(zhǎng)90m、高和寬各1m的180°彎道玻璃水槽中開展了系列彎道水沙運(yùn)動(dòng)動(dòng)床試驗(yàn)。以中值粒徑為0.44mm的石英砂鋪設(shè)床面,采用有機(jī)玻璃棒鋪設(shè)于彎頂凸岸以模擬天然河道中的挺水植被。論文分析研究了彎頂凸岸剛性挺水植被對(duì)表面流速分布、水流三維流速分布、三維紊動(dòng)強(qiáng)度分布、推移質(zhì)單寬輸沙率及床面形態(tài)變化的影響規(guī)律,取得的創(chuàng)新成果如下:(1)基于光流法提出一種新的匹配算法,即PyrLK "角點(diǎn)-質(zhì)心"法。該算法只與圖像信息相關(guān),不需對(duì)示蹤粒子匹配規(guī)則進(jìn)行假定,可避免非示蹤粒子質(zhì)心參與計(jì)算而產(chǎn)生的一些誤匹配。采用PyrLK "角點(diǎn)-質(zhì)心"法、匹配幾率法和最近鄰法在示蹤粒子位移較大的簡(jiǎn)單流場(chǎng)和復(fù)雜流場(chǎng)中進(jìn)行計(jì)算對(duì)比,結(jié)果表明:PyrLK "角點(diǎn)-質(zhì)心"法在兩種流場(chǎng)下匹配效果較好,誤匹配較少;匹配幾率法適用于簡(jiǎn)單流場(chǎng)計(jì)算,但在粒子運(yùn)動(dòng)矢量差異較大的復(fù)雜流場(chǎng)計(jì)算中會(huì)產(chǎn)生誤匹配,且對(duì)匹配模型參數(shù)敏感;最近鄰法匹配效果最差,不適用粒子位移較大的流場(chǎng)計(jì)算。(2)基于OpenCV視覺函數(shù)庫(kù),在VisualStudio2010開發(fā)環(huán)境下采用C++語言開發(fā)表面流場(chǎng)計(jì)算軟件。軟件加入了 PyrLK "角點(diǎn)-質(zhì)心"法、匹配幾率法和最近鄰法共三種匹配算法以供用戶選擇。增加參數(shù)選擇結(jié)果預(yù)覽功能以提高參數(shù)選擇的準(zhǔn)確性與合理性,并增加對(duì)示蹤粒子輪廓面積的限制功能以減少非示蹤粒子提取。計(jì)算實(shí)踐表明,程序運(yùn)行穩(wěn)定,運(yùn)算速度快,滿足計(jì)算要求。(3)試驗(yàn)結(jié)果表明,植被覆蓋使彎頂90°斷面表面縱向流速沿橫斷面分布呈明顯的"凹大凸小"形式,凹岸側(cè)表面縱向流速顯著大于中心區(qū)及凸岸側(cè)。植被覆蓋使該斷面凹岸側(cè)表面縱向流速大于無植被情況,凸岸側(cè)植被區(qū)及彎道中心區(qū)表面縱向流速顯著小于無植被情況。植被覆蓋加劇了彎頂前45°斷面和彎頂90°斷面凹岸側(cè)表面水流向凹岸方向運(yùn)動(dòng),同時(shí)也加劇了彎道出口 180°斷面表面水流向凹岸方向運(yùn)動(dòng)。(4)植被覆蓋對(duì)彎道上游及彎道下游的水流結(jié)構(gòu)沿程發(fā)展均產(chǎn)生影響,表現(xiàn)為:植被覆蓋使彎頂及彎頂前凹岸側(cè)環(huán)流發(fā)展更加劇烈;與無植被情況相比,植被覆蓋改變了彎道下游各區(qū)的縱向流速分布形態(tài),但植被對(duì)彎道下游縱向流速的影響范圍因流量大小而不同;無植被覆蓋時(shí)橫向流速在彎道下游沿程減小并逐漸接近于0,而植被覆蓋使流量25 l/s和30l/s水下橫向流速在彎道下游出現(xiàn)沿程增加情況。(5)植被覆蓋顯著降低了彎頂90°斷面中心線B/2及B/4處的縱向流速、橫向流速和垂向流速,其中縱向流速與無植被相比降低60%以上,垂向流速降低到接近為0�？v向流速及橫向流速接近"J"形分布,橫向流速均指向凹岸。不同流量下縱向流速、橫向流速以及垂向流速分布形態(tài)較一致。植被區(qū)外繞流使90°斷面3B/4處的縱向流速沿水深分布圖形呈上凸型與下凹型曲線組合形式,且該處速度方向指向凹岸的橫向流速也有所增加�？v向流速分布形態(tài)的變化程度以及橫向流速的增加程度與流量大小相關(guān),流量越小,慣性越小,縱向流速分布形態(tài)變化越明顯,橫向流速增加的越多。(6)植被覆蓋顯著降低了彎頂90°斷面凸岸B/4處及中心線B/2處三個(gè)方向的紊動(dòng)強(qiáng)度,并顯著降低了床面附近(y/h≤0.2)紊動(dòng)強(qiáng)度。與無植被時(shí)床面附近最大紊動(dòng)強(qiáng)度相比,三個(gè)方向上的紊動(dòng)強(qiáng)度均降低60%以上。同時(shí),植被覆蓋減小了植被群上游45。斷面及植被群下游135°斷面凸岸側(cè)B/4處床面附近以上(y/h≥0.2)三個(gè)方向上的紊動(dòng)強(qiáng)度。(7)由于植被覆蓋,45°、90°、135°和180°斷面B/4處推移質(zhì)單寬輸沙率較無植被情況顯著降低,同時(shí)45°、90°和135°斷面中心線B/2處推移質(zhì)單寬輸沙率較無植被情況有所降低。(8)植被覆蓋使彎頂附近的凹岸床面出現(xiàn)沖刷坑,其中流量201/s的沖坑位置位于彎頂,流量25 l/s及30 l/s的沖坑位置位于彎頂以下,而植被覆蓋區(qū)內(nèi)的床面變形不劇烈。植被覆蓋使植被區(qū)下游的床面沙波具有無明顯沙波形態(tài)、順直沙波及彎曲狀沙波、舌狀沙波三種形態(tài),改變了無植被時(shí)彎道下游舌狀沙波的床面形態(tài)。(9)對(duì)流量30 l/s的床面高程進(jìn)行測(cè)量。測(cè)量結(jié)果表明:植被覆蓋使90°-135。斷面上凹岸床面的沖刷程度遠(yuǎn)大于無植被情況,而135°-180°斷面之間的凹岸側(cè)床面沖刷程度小于無植被情況。彎頂凸岸植被的覆蓋使凸岸側(cè)呈先淤積再?zèng)_刷再微淤的狀態(tài),改變了無植被覆蓋時(shí)凸岸側(cè)沿程淤積的狀態(tài),凸岸側(cè)沖刷區(qū)主要出現(xiàn)在90。—150°斷面。植被區(qū)內(nèi)的床面高程變化不大。
[Abstract]:In this paper , a new matching algorithm is developed in this paper . The results are as follows : ( 1 ) A new matching algorithm is proposed in this paper . The results are as follows : ( 1 ) A new matching algorithm is put forward in this paper . ( 3 ) The experimental results show that the longitudinal flow velocity of the surface of 90 擄 cross section of the curved roof is significantly greater than that of the central zone and the convex bank side . ( 8 ) The scouring pit is formed on the surface of the concave bank near the curved top by the vegetation cover . The scour hole location of the flow rate of 201 / s is located below the bending top , and the surface of the bed surface in the vegetation cover area is not severe . The measurement results show that the surface of the bed surface in the lower reaches of the vegetation area has no obvious sand wave form , and the scouring degree of the surface of the concave bank on the downstream of the vegetation area is smaller than that of the non - vegetation condition .
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)水利水電科學(xué)研究院
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TV147

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2000149