大粗糙单元对坡面流水动力学特性的影响

作者：柳晓娜; 樊登星^*; 余新晓; 郑鹏飞; 王渝淞; 朱栩辉; 孙乐乐

来源：水土保持学报, 2018, 32(04): 43-50.

DOI：10.13870/j.cnki.stbcxb.2018.04.008

• 大粗糙单元
• 坡面流
• 水力学特性
• 绕流阻力

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40mm)床面模拟大粗糙单元下垫面,在较大流量(2.8184.43L/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。

• 出版日期2018
• 单位北京林业大学