不同植被类型植物坝对水流的影响
2014-10-23李春生柏青李波
李春生+柏青+李波
摘要：岸边种植植物坝是稳定河势、修复生态的一种有效措施。通过室内模型试验，探讨了在岸边种植不同类型植被对水流的影响。由试验得出，在岸边种植植物坝主要对植物坝体段和植物坝后段的水流具有阻水作用，不同的植被类型对水流沿程作用特点不同，但不影响垂线流速分布。
关键词：植被类型；植物坝；水流特征
中图分类号：TV133 文献标志码：A
文章编号：1002-1302（2014）08-0378-03
辽河干流河势不稳，主河道游荡，河岸、滩地侵蚀严重，河床泥沙淤积，一方面行洪不畅，危及堤防安全；另一方面，对干流两侧河岸生态缓冲带和河道湿地产生影响，加快河流生态系统退化，使众多动、植物失去了适生环境。目前，辽河干流现有护滩、护岸等河势稳定措施多以混凝土、浆砌石、干砌石等硬性工程为主，虽防护效果较好，但也破坏了生态、景观与生物栖息环境。建立多泥沙条件下河势稳定技术可以稳定河势，改善河流水质，提高防洪、蓄洪能力。多年的研究实践证明：植物“柔性坝”对增大水流阻力、降低流速、稳定河势具有显著作用[1]。树叶与植物的残渣能够拦截和吸收雨滴的能量，防止因雨滴撞击土体而造成的土壤板结，植物根系对土壤颗粒具有物理上的束缚作用，植物使岸壁粗糙度增加，近岸流速因粗糙度的增加而减小，植物根茎抑制水流的紊动，减少了紊动切应力的峰值，根系和腐殖土增加了土壤的渗透性，减小了孔隙水压力，植物对土壤水分的吸收，使土壤的含水量，减少了土壤发生饱和的机会降低，有利于河岸的稳定[2-4]。但以往的研究着眼于同种植物坝不同种植密度且全覆盖河槽情况对水流结构的影响，为了探讨岸边植物坝对水流的影响情况以及不同植被类型植物坝对水流产生的不同作用效果，在沈阳农业大学水工大厅进行了植物坝的水槽模型试验研究。
1 室内模型试验设计
1.1 试验装置及设备
试验在沈阳农业大学水工大厅进行，试验设备主要有：水槽主体、供流水泵、量水堰等。槽首设有进水阀门和静水池，静水池中的消能栅板，用于稳定水流。尾水池出口为一矩形薄壁堰，用于量测流量。模型试验用水由循环供水系统供给，能够保证水流状态一直为恒定流。水槽主体长度为7 m，宽94 cm，高22 cm，底坡i=13%。
本次试验的水位采用30 cm长的钢尺测量，流速采用LS-501D型直读式流速仪测量。
1.2 试验方法及方案
试验在3种不同流量下进行，分别为Q1=10 m3/s，Q2=14.5 m3/s，Q3=18.1 m3/s 。
试验中将模拟挺水植物、木桩、垂柳3种常见生态修复工程中用来护岸、稳定河势的植被，研究其对水流产生的不同作用效果。为较真实地模拟天然植被，选取了如图1所示的a、b、c 3种不同类型的仿真模型植被，试验中用高5 cm装饰塑料草模拟挺水植物；直径12 mm的有机玻璃棒模拟木桩；直径8 mm的有机玻璃棒向下粘贴倒置塑料草模拟垂柳。
被实践所证明的。通过本次模型试验，可以得出如下结论：（1） 植物坝阻力引起的水流能量损失主要集中在植物坝段，即水流穿过植物丛的过程，就是植物阻力引起水流能量损失的过程。（2）挺水植物、木桩及垂柳在不同流量下产生的水流特征不相同，但作用范围都集中在植物坝段和坝后一定范围内，随着流量的增大作用趋势不变，作用幅度增大。挺水植物阻水作用效果较其他2种明显；木桩控制的水流较平稳；垂柳兼具挺水植物所有的柔性树冠顺水流摆动，也有木桩具备的树干稳水。工程上可以依据水深、种植条件等限制条件的不同，选取相应的植被类型。（3）水流的垂线流速最大值在水深相对高度0.8H处，植物作用下的垂线流速在相对高度0.5H以上垂线流速迅速增大，较下半层变化迅速。植被类型的不同不影响垂线流速的走势。
植物坝植被类型的合理选择在工程实践中具有重要意义，本次试验得出不同类别植物坝对水流的影响定性分析结果，对于确定一种合适的植被起到指导作用考虑。不同布置方式对水流的影响，还需深入地对不同植被所适用的不同范围及合理布置方式等众多复杂因素进行研究。
参考文献：
[1]刘 锋. 植物“柔性坝”过流水动力学特性及其固沙机理研究[D]. 乌鲁木齐：新疆农业大学，2011.
[2]夏继红，严忠民. 国内外城市河道生态型护岸研究现状及发展趋势[J]. 中国水土保持，2004，（3）：20-21.
[3]刘世奇，陈静曦，王吉利. 植被护坡技术浅析[J]. 土木基础，2003，17（3）：49-51.
[4]王文野，王德成. 城市河道生态护坡技术的探讨[J]. 吉林水利，2002，（11）：24-26.
[5]拾 兵. 植物治沙力学机理及河宽动力调整研究[D]. 成都：四川大学，1998.
[6]程 艳，李 森，邱秀云，等. 河渠种树水流特性试验研究[J]. 新疆农业大学学报，2003，26（2）：59-64.endprint
摘要：岸边种植植物坝是稳定河势、修复生态的一种有效措施。通过室内模型试验，探讨了在岸边种植不同类型植被对水流的影响。由试验得出，在岸边种植植物坝主要对植物坝体段和植物坝后段的水流具有阻水作用，不同的植被类型对水流沿程作用特点不同，但不影响垂线流速分布。
关键词：植被类型；植物坝；水流特征
中图分类号：TV133 文献标志码：A
文章编号：1002-1302（2014）08-0378-03
辽河干流河势不稳，主河道游荡，河岸、滩地侵蚀严重，河床泥沙淤积，一方面行洪不畅，危及堤防安全；另一方面，对干流两侧河岸生态缓冲带和河道湿地产生影响，加快河流生态系统退化，使众多动、植物失去了适生环境。目前，辽河干流现有护滩、护岸等河势稳定措施多以混凝土、浆砌石、干砌石等硬性工程为主，虽防护效果较好，但也破坏了生态、景观与生物栖息环境。建立多泥沙条件下河势稳定技术可以稳定河势，改善河流水质，提高防洪、蓄洪能力。多年的研究实践证明：植物“柔性坝”对增大水流阻力、降低流速、稳定河势具有显著作用[1]。树叶与植物的残渣能够拦截和吸收雨滴的能量，防止因雨滴撞击土体而造成的土壤板结，植物根系对土壤颗粒具有物理上的束缚作用，植物使岸壁粗糙度增加，近岸流速因粗糙度的增加而减小，植物根茎抑制水流的紊动，减少了紊动切应力的峰值，根系和腐殖土增加了土壤的渗透性，减小了孔隙水压力，植物对土壤水分的吸收，使土壤的含水量，减少了土壤发生饱和的机会降低，有利于河岸的稳定[2-4]。但以往的研究着眼于同种植物坝不同种植密度且全覆盖河槽情况对水流结构的影响，为了探讨岸边植物坝对水流的影响情况以及不同植被类型植物坝对水流产生的不同作用效果，在沈阳农业大学水工大厅进行了植物坝的水槽模型试验研究。
1 室内模型试验设计
1.1 试验装置及设备
试验在沈阳农业大学水工大厅进行，试验设备主要有：水槽主体、供流水泵、量水堰等。槽首设有进水阀门和静水池，静水池中的消能栅板，用于稳定水流。尾水池出口为一矩形薄壁堰，用于量测流量。模型试验用水由循环供水系统供给，能够保证水流状态一直为恒定流。水槽主体长度为7 m，宽94 cm，高22 cm，底坡i=13%。
本次试验的水位采用30 cm长的钢尺测量，流速采用LS-501D型直读式流速仪测量。
1.2 试验方法及方案
试验在3种不同流量下进行，分别为Q1=10 m3/s，Q2=14.5 m3/s，Q3=18.1 m3/s 。
试验中将模拟挺水植物、木桩、垂柳3种常见生态修复工程中用来护岸、稳定河势的植被，研究其对水流产生的不同作用效果。为较真实地模拟天然植被，选取了如图1所示的a、b、c 3种不同类型的仿真模型植被，试验中用高5 cm装饰塑料草模拟挺水植物；直径12 mm的有机玻璃棒模拟木桩；直径8 mm的有机玻璃棒向下粘贴倒置塑料草模拟垂柳。
被实践所证明的。通过本次模型试验，可以得出如下结论：（1） 植物坝阻力引起的水流能量损失主要集中在植物坝段，即水流穿过植物丛的过程，就是植物阻力引起水流能量损失的过程。（2）挺水植物、木桩及垂柳在不同流量下产生的水流特征不相同，但作用范围都集中在植物坝段和坝后一定范围内，随着流量的增大作用趋势不变，作用幅度增大。挺水植物阻水作用效果较其他2种明显；木桩控制的水流较平稳；垂柳兼具挺水植物所有的柔性树冠顺水流摆动，也有木桩具备的树干稳水。工程上可以依据水深、种植条件等限制条件的不同，选取相应的植被类型。（3）水流的垂线流速最大值在水深相对高度0.8H处，植物作用下的垂线流速在相对高度0.5H以上垂线流速迅速增大，较下半层变化迅速。植被类型的不同不影响垂线流速的走势。
植物坝植被类型的合理选择在工程实践中具有重要意义，本次试验得出不同类别植物坝对水流的影响定性分析结果，对于确定一种合适的植被起到指导作用考虑。不同布置方式对水流的影响，还需深入地对不同植被所适用的不同范围及合理布置方式等众多复杂因素进行研究。
参考文献：
[1]刘 锋. 植物“柔性坝”过流水动力学特性及其固沙机理研究[D]. 乌鲁木齐：新疆农业大学，2011.
[2]夏继红，严忠民. 国内外城市河道生态型护岸研究现状及发展趋势[J]. 中国水土保持，2004，（3）：20-21.
[3]刘世奇，陈静曦，王吉利. 植被护坡技术浅析[J]. 土木基础，2003，17（3）：49-51.
[4]王文野，王德成. 城市河道生态护坡技术的探讨[J]. 吉林水利，2002，（11）：24-26.
[5]拾 兵. 植物治沙力学机理及河宽动力调整研究[D]. 成都：四川大学，1998.
[6]程 艳，李 森，邱秀云，等. 河渠种树水流特性试验研究[J]. 新疆农业大学学报，2003，26（2）：59-64.endprint
摘要：岸边种植植物坝是稳定河势、修复生态的一种有效措施。通过室内模型试验，探讨了在岸边种植不同类型植被对水流的影响。由试验得出，在岸边种植植物坝主要对植物坝体段和植物坝后段的水流具有阻水作用，不同的植被类型对水流沿程作用特点不同，但不影响垂线流速分布。
关键词：植被类型；植物坝；水流特征
中图分类号：TV133 文献标志码：A
文章编号：1002-1302（2014）08-0378-03
辽河干流河势不稳，主河道游荡，河岸、滩地侵蚀严重，河床泥沙淤积，一方面行洪不畅，危及堤防安全；另一方面，对干流两侧河岸生态缓冲带和河道湿地产生影响，加快河流生态系统退化，使众多动、植物失去了适生环境。目前，辽河干流现有护滩、护岸等河势稳定措施多以混凝土、浆砌石、干砌石等硬性工程为主，虽防护效果较好，但也破坏了生态、景观与生物栖息环境。建立多泥沙条件下河势稳定技术可以稳定河势，改善河流水质，提高防洪、蓄洪能力。多年的研究实践证明：植物“柔性坝”对增大水流阻力、降低流速、稳定河势具有显著作用[1]。树叶与植物的残渣能够拦截和吸收雨滴的能量，防止因雨滴撞击土体而造成的土壤板结，植物根系对土壤颗粒具有物理上的束缚作用，植物使岸壁粗糙度增加，近岸流速因粗糙度的增加而减小，植物根茎抑制水流的紊动，减少了紊动切应力的峰值，根系和腐殖土增加了土壤的渗透性，减小了孔隙水压力，植物对土壤水分的吸收，使土壤的含水量，减少了土壤发生饱和的机会降低，有利于河岸的稳定[2-4]。但以往的研究着眼于同种植物坝不同种植密度且全覆盖河槽情况对水流结构的影响，为了探讨岸边植物坝对水流的影响情况以及不同植被类型植物坝对水流产生的不同作用效果，在沈阳农业大学水工大厅进行了植物坝的水槽模型试验研究。
1 室内模型试验设计
1.1 试验装置及设备
试验在沈阳农业大学水工大厅进行，试验设备主要有：水槽主体、供流水泵、量水堰等。槽首设有进水阀门和静水池，静水池中的消能栅板，用于稳定水流。尾水池出口为一矩形薄壁堰，用于量测流量。模型试验用水由循环供水系统供给，能够保证水流状态一直为恒定流。水槽主体长度为7 m，宽94 cm，高22 cm，底坡i=13%。
本次试验的水位采用30 cm长的钢尺测量，流速采用LS-501D型直读式流速仪测量。
1.2 试验方法及方案
试验在3种不同流量下进行，分别为Q1=10 m3/s，Q2=14.5 m3/s，Q3=18.1 m3/s 。
试验中将模拟挺水植物、木桩、垂柳3种常见生态修复工程中用来护岸、稳定河势的植被，研究其对水流产生的不同作用效果。为较真实地模拟天然植被，选取了如图1所示的a、b、c 3种不同类型的仿真模型植被，试验中用高5 cm装饰塑料草模拟挺水植物；直径12 mm的有机玻璃棒模拟木桩；直径8 mm的有机玻璃棒向下粘贴倒置塑料草模拟垂柳。
被实践所证明的。通过本次模型试验，可以得出如下结论：（1） 植物坝阻力引起的水流能量损失主要集中在植物坝段，即水流穿过植物丛的过程，就是植物阻力引起水流能量损失的过程。（2）挺水植物、木桩及垂柳在不同流量下产生的水流特征不相同，但作用范围都集中在植物坝段和坝后一定范围内，随着流量的增大作用趋势不变，作用幅度增大。挺水植物阻水作用效果较其他2种明显；木桩控制的水流较平稳；垂柳兼具挺水植物所有的柔性树冠顺水流摆动，也有木桩具备的树干稳水。工程上可以依据水深、种植条件等限制条件的不同，选取相应的植被类型。（3）水流的垂线流速最大值在水深相对高度0.8H处，植物作用下的垂线流速在相对高度0.5H以上垂线流速迅速增大，较下半层变化迅速。植被类型的不同不影响垂线流速的走势。
植物坝植被类型的合理选择在工程实践中具有重要意义，本次试验得出不同类别植物坝对水流的影响定性分析结果，对于确定一种合适的植被起到指导作用考虑。不同布置方式对水流的影响，还需深入地对不同植被所适用的不同范围及合理布置方式等众多复杂因素进行研究。
参考文献：
[1]刘 锋. 植物“柔性坝”过流水动力学特性及其固沙机理研究[D]. 乌鲁木齐：新疆农业大学，2011.
[2]夏继红，严忠民. 国内外城市河道生态型护岸研究现状及发展趋势[J]. 中国水土保持，2004，（3）：20-21.
[3]刘世奇，陈静曦，王吉利. 植被护坡技术浅析[J]. 土木基础，2003，17（3）：49-51.
[4]王文野，王德成. 城市河道生态护坡技术的探讨[J]. 吉林水利，2002，（11）：24-26.
[5]拾 兵. 植物治沙力学机理及河宽动力调整研究[D]. 成都：四川大学，1998.
[6]程 艳，李 森，邱秀云，等. 河渠种树水流特性试验研究[J]. 新疆农业大学学报，2003，26（2）：59-64.endprint
