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孔隙率沿水深变化的植被水流水动力学特性研究
水生植被于自然界中广泛存在,是河流生态系统中非常重要的组成部分。水生植被不仅影响着河流生态系统健康,而且能够抵御水流对河床与边坡冲刷,起到维护河床稳定与保护河岸边坡的作用。
因此,在环境水力学领域内,植被水流的水动力学特性已经成为了一个研究重点。在之前的刚性植被水流模拟研究中,学者们选用圆柱形木棒近似地模拟水生植被,然而本文以实际水流中茎秆粗细变化的植被作为研究对象,通过采用理论推导,水槽试验与数值计算三者相结合的方式研究了生态特征沿垂向变化的植被对水流的水动力学特性影响,所得到的主要成果如下:基于植被水流和多孔介质流的相似性,本文将河道中的水生植被视为固体骨架,并引入多孔介质理论对植被水流进行研究。
首先,采用Biot多孔弹性理论得到了植被密度沿水深变化时植被水流的控制方程。在研究的过程中,引入了多孔介质的相关参数:孔隙率,迂曲度和渗透率来描述植被水流的流动特性。
本文详细研究水生植被沿垂向变化的生态特征,建立了植被水流孔隙率与植被截面形状、竿茎粗细、水深等的函数关系式,并以此来表征由植被竿茎粗细引起的垂向植被密度变化。采用迂曲度与渗透率来 ...
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