大粗糙单元对坡面流水动力学特性的影响

摘要：

通过室内定床冲刷试验,选用砂布床面模拟土壤下垫面,选用砂布+塑料半球体(直径为40 mm)床面模拟大粗糙单元下垫面,在较大流量(2.81～84.43 L/min)、坡度(2°～10°)范围内,系统研究了大粗糙单元对坡面流水动力学特性的影响.结果表明:(1)大粗糙单元床面的平均流速、平均水深和弗劳德数与流量之间均呈幂函数正相关关系;平均流速和弗劳德数与坡度之间均呈幂函数正相关关系,而平均水深与坡度之间呈幂函数负相关关系;阻力系数随雷诺数的增大而逐渐减小.(2)大粗糙单元增加了坡面流阻力,延缓了坡面流流速,雍高了坡面流水深,并使得水流流型由急流趋向缓流发展.(3)坡面流绕流现象明显,大粗糙单元周围水深的大小为迎水深(h1)＞侧水深(h2)＞背水深(h3),在较小坡度下(2°和4°),h1—h3随流量的增大先增大后趋于稳定,在较大坡度下(6°,8°和10°),h1—h3随流量的增大先增大后减小.(4)坡面流阻力由颗粒阻力和绕流阻力组成,绕流阻力占总阻力的29％～77％,绕流阻力随流量的增加而减小.研究结果可为坡面土壤侵蚀物理模型的构建提供一定理论依据.

关键词：大粗糙单元、坡面流、水力学特性、绕流阻力

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分类号：S157.1(土壤学)

资助基金：国家自然科学基金项目41501292;中央高校基本科研业务费专项2015ZCQ-SB-01;国家重点研发计划项目2016YFC0500802;科技创新服务能力建设-科研基地建设林果业生态环境功能提升协同创新中心项目2011协同创新中心市级PXM2018_014207_000024

在线出版日期：2018-10-19（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共8页

页码：43-50