植被斑作用下生態河道水流結構及縱向混合機理研究

《植被斑作用下生態河道水流結構及縱向混合機理研究》是依託武漢大學，由槐文信擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：植被斑作用下生態河道水流結構及縱向混合機理研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：槐文信
• 依託單位：武漢大學

項目摘要

目前對生態河道的研究主要集中在河流生態恢復的研究，生態河道實踐工程的研究和生態河道影響因素的定性研究上。而對生態河道水流結構特性是否有利於河勢的穩定，行洪能力如何，污染物在生態河道中混合輸移行為如何變化等研究的較少。本研究將生態河道水流概化為多個典型形式的植被斑明渠水流，研究植被斑的水動力學特性，揭示植被斑與河床斷面形狀形成二次流聯合作用下水流時均與紊動特性，探究河床切應力的分布，以實現植被斑與河床邊界對水流的控制，使得生態河道具有穩定的河勢，以達到生態河道的可持續發展。進而建立描述植被斑水流的三維水動力學模型和水深平均二維模型，以及基於植被斑阻力模型的一維非恆定水流模型，以實現生態河道植被水流特性的數學描述。同時就植被斑內與斑間動量交換進行分析，揭示植被斑對縱向混合的影響。在試驗與理論分析基礎上給出植被斑作用下生態河道縱向離散係數的理論描述。該成果為生態河道設計和環境影響評估奠定基礎。

結題摘要

生態河道對河流（網）水系的水環境保護與可持續發展起到重要作用，因此開展生態河道水流結構及其污染物混合輸移特性的研究就顯得更為迫切和重要。本項目研究的主要內容集中在三個方面，其一為生態河道植被、水流與河床邊界耦合作用機理研究，其二生態河道阻力特性研究；其三為生態河道縱向離散係數研究，進而拓展為濕地泰勒彌散分析研究。最終獲得了多種植被類型多種分布方式下生態河道水流流場結構特性，揭示了水流、植被和河床之間的相互作用機理，形成了一整套基於試驗研究、理論分析、數值解法的勾勒三者作用與效應的生態河道水力學體系；在植被與水流相互作用形成的阻力特性方面，提出了新河床概念，給出植被水流過流能力計算新公式，統一了明渠水力學謝才公式；基於奇克維度（Chickwendu）的N區縱向離散模型，提出了生態河道縱向離散係數新公式；基於多孔介質流體動力學控制方程組，解析出濕地流動泰勒彌散分析解，完善了泰勒彌散理論。這些成果完善了生態環境水力學的理論，對當前生態河道環境影響評價和生態河道整治具有直接的套用前景。