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1.
为研究风浪作用下水生植物对水流结构的影响，选取太湖中两种典型沉水植物（苦草与马来眼子菜）为研究对象，分别对苦草植物斑块与马来眼子菜植物斑块内外水体的瞬时流速进行野外现场测量，利用瞬时流速的能量谱分布将波浪流速与紊动流速分离，分别分析水生植物对时均流速、波浪流速以及紊动能的影响。风浪影响下，水体中存在流向与测量时近水面处盛行风向一致的水流；波浪流速以垂向流速为主，且波浪流速自水面向床底逐渐减小；紊动能在水面处达到最大值，并向床底方向逐渐减小。与无植被条件相比，苦草与马来眼子菜的存在减小了时均流速、波浪流速以及紊动能。两种植物形态上的差异，导致其对水流结构的影响不同：苦草叶片阻流面积在冠层中部达到最大，使得时均流速与波浪流速在苦草中部位置的减小程度最大；马来眼子菜叶片主要集中于冠层顶部（水面附近），其对时均流速以及波浪流速的减小作用在水面处达到最大。 相似文献
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为研究沉水植被对水流结构的影响,以苦草为对象,利用实验室水槽实验研究了含淹没水生植被水流时均流速、雷诺应力及紊动能的垂向分布特征。受苦草冠层的影响,时均流速在冠顶以上呈对数分布,且随着流量的增加,冠层倾伏高度降低,对数剖面愈加明显;冠层内部,由于冠层阻流面积在垂向分布上的差异,冠层内时均流速出现逆梯度分布,且在床面附近出现局部流速最大值。雷诺应力在冠顶附近达到最大值,并向水面与床底方向逐渐减小;受逆流速梯度的影响,冠层内部雷诺应力出现负值以及局部最大值。雷诺应力产生的剪切紊动使得紊动能在冠顶处最大,并向水面与床底进行垂向传输;受紊动传输距离的限制,冠层底部以叶片后产生的尾流紊动为主,紊动能较小。 相似文献
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灌区分水口多为直角, 附近普遍存在冲刷、淤积及结构破坏现象。天然河流分、汇流多为锐角, 为探索非直角分水口区域明渠水流紊动特性, 以30°分水角明渠为研究对象, 采用声学多普勒点式流速仪测量各断面上的三维瞬时流速, 分析典型断面上的时均流速、环流强度、紊动强度、紊动能和床面剪切应力分布规律。试验结果显示: 分水口处水流横向流速沿渠宽方向变化较大, 易形成环流, 导致局部冲淤现象明显; 靠近口门侧水流紊动强度变化剧烈且分布无规律, 最大值出现在口门上唇断面; 分水口处下层水体紊动能明显大于上层水体, 紊动能较大值多集中在口门附近; 口门断面下唇附近床面剪切应力较大, 易出现冲刷侵蚀, 破坏渠道稳定; 与直角分水口相比, 分水角为30°时, 泥沙颗粒不易进入侧渠道, 水流对渠底及边壁侵蚀速率较低。研究结果可为灌区渠系设计及运行提供参考。 相似文献
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作为河、湖以及滨海湿地生态系统中必不可少的组成部分,水生植被具有重要的生态服务价值,且许多生态服务价值是通过改变水体动力条件实现的。含植被水流研究不仅可用于科学阐明水生植被的生态环境效应,还能指导河湖生态系统修复及污染治理的工程实践。本文考虑单向明渠流与波浪2种水动力环境,对国内外有关水生植被对水流结构以及泥沙运动影响研究的主要成果进行梳理。单向明渠流条件下,植被对水动力的影响研究主要集中于植被对水流阻力的影响以及冠层内水体的紊动结构与紊动尺度特征;波浪条件下,植被对波高与波浪流速的减弱作用以及冠层内水体的时均与紊动结构特征是研究重点。受水动力条件控制,植被影响下的泥沙运动特征也受到广泛关注,且研究焦点为单向明渠流条件下水生植被对泥沙起动与输移的影响以及波浪条件下植被对床底泥沙再悬浮的影响。 相似文献
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受地形、地质等条件影响,明渠收缩过渡段在输水工程中十分常见,过渡段长度过短,会导致水面波动,水体紊动加剧。为研究明渠不同长度过渡段内纵向时均流速及紊动强度的分布规律,通过室内模型试验,利用二维电磁流速仪ACM2-RS测量了渠道内沿程中垂线不同深度处瞬时流速。试验结果表明:收缩段内,纵向时均流速沿程增加,紊动强度沿程降低,遵循涡旋的拉伸机制和线性扭曲理论;受二次流影响,最大流速位于水面以下,且最大流速的位置随二次流作用的增强而降低;不同长度过渡段对下游纵向流速分布和紊动强度影响不同,过渡段越短,下游水流紊动越强,但非渠底附近紊动强度沿垂向先减后增的规律不变。 相似文献
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在一定的水动力条件下,不同水生植物对水流结构改变的程度及对底泥再悬浮的影响由于其形态结构的差异有所不同.在玻璃水槽中铺设太湖底泥并种植天然沉水植物(水蕨)和挺水植物(菖蒲),通过水槽实验,用三维声学多普勒流速仪ADV对植物段紊流特性进行测量研究,分析含水生植物明渠水流的水力特性及底泥再悬浮规律.结果表明:含沉水植物和挺水植物明渠水流的垂向流速分布各自遵循不同的规律;其紊动强度和雷诺应力具有明显的各向异性特性;在沉水植物冠层交界处及挺水植物的茎杆和枝叶分叉处,紊流强度及雷诺应力均出现最大值;在一定条件下沉水植物和挺水植物均能抑制底泥再悬浮,但当雷诺数达到一定数值时,水生植物的存在反而加剧了底泥的再悬浮,与挺水植物相比,沉水植物对底泥再悬浮的抑制效果要更好. 相似文献
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为了探索宽窄相间河道的水流紊动特性，以西南地区宝兴河上游宽窄相间河段为研究对象，基于室内概化模型试验，采用多普勒声学流速仪（ADV）测量了室内模型典型断面上的三维瞬时流速，分析典型断面上的纵向时均流速、紊动强度、雷诺切应力和紊动能的分布规律。试验结果显示：宽窄相间水槽中，扩散段边壁的紊动强度大于中心区域的紊动强度，最大值位于0.2倍水深处；扩散段两侧坡脚处紊动能最大；侧壁区的平面和立面雷诺切应力最大值出现在扩散段内，中心区域最大雷诺切应力位于两槽间的中间断面处；扩散段内水流紊乱，两侧出现旋涡和涡脱，易造成侧壁侵蚀加强，引起河道拓宽。深入分析了宽窄相间河道水流的紊动特性，可为山区河流治理和自然灾害防治提供参考。 相似文献
9.
大量波流相互作用的实验表明,当波浪顺流传播时,平均水面附近的流速减小,而当波浪逆流传播时,平均水面附近的流速增加.为了从理论上解释这种现象,从垂向二维Navier-Stokes方程出发,推导出波浪、潮流共同作用下的水流控制方程;采用微幅波理论简化控制方程,并引入Grant-Madsen波流边界层模型,得到波流共同作用下的紊动切应力及流速垂线分布表达式.通过和实验结果及数值结果的对比,结果预测值和实测值较为吻合,表明公式能反映波高变化及涡粘系数共同对流速垂线分布的影响,且简单实用.利用该公式分析了波浪顺流、逆流流速变化的原因. 相似文献
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为了探索宽窄相间河道的水流紊动特性,以西南地区宝兴河上游宽窄相间河段为研究对象,基于室内概化模型试验,采用多普勒声学流速仪(ADV)测量了室内模型典型断面上的三维瞬时流速,分析典型断面上的纵向时均流速、紊动强度、雷诺切应力和紊动能的分布规律。试验结果显示:宽窄相间水槽中,扩散段边壁的紊动强度大于中心区域的紊动强度,最大值位于0.2倍水深处;扩散段两侧坡脚处紊动能最大;侧壁区的平面和立面雷诺切应力最大值出现在扩散段内,中心区域最大雷诺切应力位于两槽间的中间断面处;扩散段内水流紊乱,两侧出现旋涡和涡脱,易造成侧壁侵蚀加强,引起河道拓宽。深入分析了宽窄相间河道水流的紊动特性,可为山区河流治理和自然灾害防治提供参考。 相似文献
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Shih-Nan Chen Lawrence P. Sanford Evamaria W. Koch Fengyan Shi Elizabeth W. North 《Estuaries and Coasts》2007,30(2):296-310
The effects of seagrass bed geometry on wave attenuation and suspended sediment transport were investigated using a modified
Nearshore Community Model (NearCoM). The model was enhanced to account for cohesive sediment erosion and deposition, sediment
transport, combined wave and current shear stresses, and seagrass effects on drag. Expressions for seagrass drag as a function
of seagrass shoot density and canopy height were derived from published flume studies of model vegetation. The predicted reduction
of volume flux for steady flow through a bed agreed reasonably well with a separate flume study. Predicted wave attenuation
qualitatively captured seasonal patterns observed in the field: wave attenuation peaked during the flowering season and decreased
as shoot density and canopy height decreased. Model scenarios with idealized bathymetries demonstrated that, when wave orbital
velocities and the seagrass canopy interact, increasing seagrass bed width in the direction of wave propagation results in
higher wave attenuation, and increasing incoming wave height results in higher relative wave attenuation. The model also predicted
lower skin friction, reduced erosion rates, and higher bottom sediment accumulation within and behind the bed. Reduced erosion
rates within seagrass beds have been reported, but reductions in stress behind the bed require further studies for verification.
Model results suggest that the mechanism of sediment trapping by seagrass beds is more complex than reduced erosion rates
alone; it also requires suspended sediment sources outside of the bed and horizontal transport into the bed. 相似文献
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植物的存在改变了河流水动力特性,造成独特的床面冲淤态势。利用实验室水槽模拟含淹没植物的河道,对床面形态和紊流统计特性参数进行测量,研究不同类型紊流作用下的床面冲淤特征以及床面起伏对流动的影响。结果表明:床面剪切紊流条件下,床面形态为马蹄坑-沙沟/沙脊与沙波复合分布,床面变形加剧了流速沿水深不均匀分布并促进水流动量交换;在自由剪切混合层紊流条件下,床面形态为植物根部马蹄形冲坑及其后方沙沟、沙脊交错分布,床面变形对流动的影响并不显著;“类二重紊流”条件下,床面形态同样表现为马蹄坑-沙沟/沙脊-沙波复合,床面变形促进植物层内部的水流动量交换、抑制紊动清扫,抑制植物层外部的动量交换、促进紊动喷射。 相似文献
13.
为了解明渠均匀流湍流Q结构(Quadrant events)第一象限事件(Q1)、第二象限事件(Q2)、第三象限事件(Q3)和第四象限事件(Q4)的时均与瞬态运动特性,使用高频粒子成像测速系统对3种明渠湍流二维瞬时流速矢量场进行测量,统计分析明渠湍流脉动流速场中Q结构的雷诺应力、发生频率、占据测量区域面积率以及Q结构与涡结构运动关系。结果表明:Q1与Q3结构时均特性相似,具有发生频率低、面积占据量少、负瞬时脉动动量通量小等特点;而Q2与Q4结构时均特性与之相反,且Q4结构发生频率沿水深增加而逐渐增多至0.8H附近达到最大,Q2结构发生频率在壁面区域为最大,沿水深增加而减小。明渠瞬态运动特性主要表现为水面区造成Q4结构向下运动,挤压、推进、爬升床面区的Q2结构伴随其自身形变的瞬态发展过程。 相似文献
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苦草是鄱阳湖越冬水鸟的重要食物资源,为量化水位变化对鄱阳湖苦草生境的影响,基于环境流体动力学模型(EFDC)和生境适宜度曲线,构建了鄱阳湖苦草生境数值模拟模型;对三峡水库175 m试验性蓄水后鄱阳湖苦草潜在生境面积变化进行了连续模拟,建立了苦草潜在适宜生境和水深≤4 m水域面积变化与星子站水位的定量响应函数;并据此分析了三峡水库运用及拟建鄱阳湖水利枢纽对苦草潜在生境面积的影响。星子站水位15 m左右时苦草潜在生境面积最大,潜在适宜生境和水深≤4 m水域面积分别为1 703 km^2和2 336 km^2。三峡水库运用可有效保障鄱阳湖苦草潜在生境面积,但其扰动幅度也明显减小,潜在适宜生境和水深≤4 m水域面积序列标准差在三峡运用后减幅分别达到27%和47%。拟建鄱阳湖水利枢纽调控水位在其下闸蓄水期和长江上游水库蓄水调节期内宜分别控制在16 m以下和13.5 m以上,可保障潜在适宜生境及水深≤4 m水域面积与最大值相比减幅分别控制在20%和10%以内。成果明晰了水位变化对鄱阳湖苦草潜在生境面积的定量影响规律,为江湖新水沙条件下鄱阳湖生态系统保育提供了量化依据。 相似文献
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Effects of short flexible seagrass Zostera noltei on flow,erosion and deposition processes determined using flume experiments 
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下载免费PDF全文 Florian Ganthy Laura Soissons Pierre‐Guy Sauriau Romaric Verney Aldo Sottolichio 《Sedimentology》2015,62(4):997-1023
Innovative flume experiments were conducted in a recirculating straight flume. Zostera noltei meadows were sampled in their natural bed sediments in the field at contrasting stages of their seasonal growth. The aims of this study were: (i) to quantify the combined effects of leaf flexibility and development characteristics of Zostera noltei canopies on their interaction with hydrodynamics; and (ii) to quantify the role of Zostera noltei meadows in suspended sediment trapping and bed sediment resuspension related with changes in hydrodynamic forcing caused by the seasonal development of seagrasses. Velocity within the canopy was significantly damped. The attenuation in velocity ranged from 34 to 87% compared with bare sediments and was associated with a density threshold resulting from the flow‐induced canopy reconfiguration. The reduction in flow was higher in dense canopies at higher velocities than in less dense canopies, in which the reduction in flow was greater at low velocities. These contrasted results can be explained by competition between a rough‐wall boundary layer caused by the bed and a shear layer caused by the canopy. The velocity attenuation was associated with a two to three‐fold increase in bottom shear stress compared with unvegetated sediment. Despite the increase in near‐bed turbulence, protection of the sediment against erosion increased under a fully developed meadow, while sediment properties were found to be the main factor controlling erosion in a less developed meadow. Deposition fluxes were higher on the vegetated bed than on bare sediments, and these fluxes increased with leaf density. Fewer freshly deposited sediments were resuspended in vegetated beds, resulting in an increase in net sediment deposition with meadow growth. However, in the case of a very high leaf area index, sediment was mostly deposited on leaves, which facilitated subsequent resuspension and resulted in less efficient sediment trapping than in the less developed meadow. 相似文献
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The influence of vegetation on turbulence and flow velocities in European salt-marshes 总被引：5，自引：0，他引：5
Flow hindrance by salt‐marsh vegetation is manifested in the structure of the tidal current; it has a significant impact on sediment transport and it has been related to increased sediment accretion. The flow characteristics in three different vegetation types (Spartina maritima, Sp. anglica and Salicornia sp./Suaeda maritima) were measured on three salt‐marshes in Portugal and England. These in situ measurements differ from laboratory flume experiments with ‘clean’ vegetation by the complexity of natural canopies. Skimming flow develops above the Spartina canopy when the vegetation is fully submerged. In this situation, a low turbulence zone with nearly constant velocity in the denser canopy is separated from the skimming flow above by an interface characterized by high Reynolds stresses. In the low turbulence zone, a positive relationship exists between turbulence intensity and shoot density, which is due to wake turbulence generated locally in the canopy. The rate of particle settling should be increased in that zone. The lower limit of skimming flow is best predicted by the height within the canopy that includes 85% of the biomass. For emergent Spartina canopies and the short Salicornia/Suaeda marsh, the maximal velocity‐gradient is shifted upwards compared to a standard boundary layer over bare sediment and the turbulence is attenuated near the bed, but to a lesser extent than for fully submerged Spartina canopies. A turbulence reduction near the bed was observed in all measured profiles; that should enhance sediment deposition and protects the bed against subsequent erosion. 相似文献
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潮间带盐沼植物对海岸沉积动力过程影响的研究进展 总被引：11，自引：1，他引：11
根据已有文献归纳出盐沼植物对水动力、悬沙运动、沉积、地貌影响研究已取得的进展，包括：①单位距离盐沼中波能的损失可为相邻光滩的数倍至数十倍；波浪传入互花米草盐沼20~30 m后，波能可全部损失；②盐沼植物可使潮流流速降低一个数量级；当植冠被淹没后，垂向流速剖面在植冠附近出现转折；③当植冠被淹没后，垂向上植冠层内的紊动强度趋于一致且明显低于植冠层以上；互花米草盐沼中的紊动强度可比相邻光滩低1~2个数量级；④盐沼植物通过2种机制影响悬沙的运动：其一是降低水体紊动，从而促进悬沙的沉降并遏制滩面沉积物再悬浮；其二是茎叶对悬沙的直接黏附。这两种机制可使盐沼中的悬沙浓度比相邻光滩低一半以上；⑤植物对细颗粒悬沙的促淤作用导致盐沼中的底床滩面沉积物细化；⑥盐沼中的垂向沉积速率可比光滩高7~8倍；盐沼中波痕和侵蚀坑等微地貌不易发育，滩面平整化；与光滩上频繁发生的冲淤交替相比，盐沼中通常只淤不冲，滩面稳定性较高；⑦植物对上述沉积动力过程的影响程度与植物的高度、密度、盖度等生态参数密切相关，因此，不同的植物种类对沉积动力过程的影响往往存在显著差异。在此基础上，展望了今后该领域研究进一步加强的几个方面。
[HT5H]关〓键〓词：[HT5K]
[HT5H]中图分类号:〓〓〓文献标识码：A[HT5SS][HK] 相似文献