坡面流是坡面侵蝕的主要?jiǎng)恿?水深極淺,易受植被因素影響,流動(dòng)復(fù)雜�；趥鹘y(tǒng)一維宏觀測(cè)量技術(shù),以往的研究已經(jīng)證實(shí),植被通過調(diào)整流速、流態(tài)、阻力等水動(dòng)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(dòng)力特性,成為研究熱點(diǎn)和前沿課題。本文通過開展室內(nèi)坡面流試驗(yàn),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(cè)速系統(tǒng)（Particle Image Velocimetry,PIV）用于坡面流局部二維流場(chǎng)的觀測(cè),同時(shí)采用超聲波水位計(jì)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(dòng)力參數(shù)（流速、流態(tài)、阻力）的變化特征,同時(shí)重點(diǎn)關(guān)注局部二維水流結(jié)構(gòu)（渦旋結(jié)構(gòu)和紊動(dòng)特性）,以期豐富植被影響下的水動(dòng)力特性研究視角,同時(shí)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(cè)主植株上游的水動(dòng)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(chǎng)中的高流速區(qū)域;下游放置輔助植株時(shí),觀測(cè)區(qū)內(nèi)的雷諾應(yīng)力、剪切力和紊動(dòng)強(qiáng)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(yè)數(shù)】：87 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)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(duì)坡面流水動(dòng)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(shí)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(yùn)動(dòng)以及局部水流變化規(guī)律�；谝陨涎芯�?jī)?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(yàn)水槽系統(tǒng)本研究選用室內(nèi)模擬試驗(yàn)，考慮到野外實(shí)驗(yàn)的復(fù)雜性和不確定性，以及使用測(cè)量?jī)x器的局限性、適用性等方面因素，因此利用水槽進(jìn)行試驗(yàn)研究。試驗(yàn)于北京林業(yè)大學(xué)水土保持溝蝕機(jī)理與過程實(shí)驗(yàn)室的開敞式自循環(huán)玻璃水槽中開展，試驗(yàn)水槽長(zhǎng)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(shí)驗(yàn)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(jì)控制。利用超聲波水位計(jì)、千分尺分別觀測(cè)總體和局部的水深，水溫利用溫度計(jì)進(jìn)行計(jì)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(shí)驗(yàn)中，最小的寬度深度比為5.7，在這種水深狀態(tài)下，流動(dòng)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(cè)量原理PIV測(cè)量中系統(tǒng)硬件主要有：示蹤粒子、CCD相機(jī)、計(jì)算機(jī)、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(cè)的水體，示蹤粒子在激光的照射下，沿水流移動(dòng)的粒子被高頻高精度CCD相機(jī)（像素640×480）連續(xù)捕獲，得到較長(zhǎng)時(shí)間序列的示蹤粒子圖像。應(yīng)用的計(jì)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(duì)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(shí)間來計(jì)算一點(diǎn)的流速值。如

【參考文獻(xiàn)】：
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博士論文
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碩士論文
[1]降雨條件下坡面薄層水流水動(dòng)力學(xué)特性試驗(yàn)研究[D]. 梅欣佩.西安理工大學(xué) 2004



本文編號(hào)：3022902