空气动力学粗糙度与植被特征关系的研究进展

由Bagnold提出的空气动力学粗糙度概念,是描述各种表面空气动力学特征的重要参数,已被广泛应用于沙面、植被覆盖表面、雪面、水面等.植被高度、密度、覆盖度、侧影盖度等特征,通过影响下垫面空气动力学粗糙度来达到抑制风蚀的效果.本文系统地总结了近年来空气动力学粗糙度与植被特征关系的研究成果,分析了各种植被特征因素与空气动力学粗糙度的关系,并对影响空气动力学粗糙度的植被因素的研究方向进行了预测.     

植被条件对近地表风速垂线分布的影响

本文对有无植被时近地表风速垂线分布进行了对比,定量地研究了植被条件对近地表风速垂线分布的影响,确定了不同植被条件与风速减小率之间的关系.通过研究发现:不同高度上的风速减小率随着植被模型行距或株距的增加均呈减小的趋势,高度为10cm和5cm的植被模型,其4cm高度的风速减小率均随行距和株距的变化均服从相似的指数函数形式,通过对比拟合曲线方程系数可知,株距的变化对风速的改变影响更大.不同高度上的风速减小率随植被侧影盖度均呈指数递增的趋势,通过两种高度的植被模型之间的对比可知,植株高度较高,密度较小植被的防风蚀效果可由植株高度较矮、种植密度大的植被达到.     

植被覆盖条件下地表输沙率模型

在总结已有植被覆盖条件下地表输沙率模型研究成果的基础上，引入了三个描述植被特征的物理量：植被覆盖率、植被侧影盖度和植被排列系数，通过理论分析，推导出以上述三个物理量为变量的地表输沙率模型，并通过风洞实验得到验证．结果表明，该模型能够正确反映植被条件对于地表输沙率的影响，对于干旱半干旱地区的植被恢复具有理论指导意义．     

水沙条件变化对冲积型河道河型转化影响的研究

本项研究以上荆江陈家湾至郝穴河段作为典型河段，采用河弯均值概化的实体模型试验，对来水来沙条件变化之后河道河型的变化机理进行研究。研究结果表明，小流量利于弯曲河流的维持和发展，大流量易于使弯曲河流发生摆动，极端洪水过程极易导致河道河型的转化，而含沙量增大将抑制河型的转化。此外，建立了河道河型综合判别指标，对不同河型的划分进行了量化。     

复式河道滩槽泥沙粒径分布特性

以实体模型概化水槽为基础,研究水深、含沙量及泥沙级配等因素对滩槽泥沙粒径分布的影响.复式河道滩槽泥沙粒径的分布一般具有进口悬沙粒径大于出口悬沙粒径、主槽床沙粒径大于滩地床沙粒径、主槽悬沙粒径大于滩地悬沙粒径以及床沙粒径大于悬沙粒径等基本特征;滩槽床沙粒径比随滩槽相对水深的增加而增加,但滩槽悬沙粒径比随相对水深的变化不大;滩槽床沙粒径比随着含沙量的增加而减小,粗颗粒泥沙的减小幅度要比细颗粒泥沙大,而滩槽悬沙粒径比随含沙量变化不大;滩槽悬沙粒径比及床沙粒径比均随着来沙粒径的增大而减小,滩槽床沙粒径比的变化幅度要大于悬沙粒径比的变化幅度.通过分析滩槽泥沙粒径分布的主要影响因素,建立了相应的经验公式.     

植被条件对下垫面空气动力学粗糙度影响实验研究

通过风洞实验，对风速廓线测定结果应用最小二乘法进行相关性分析，由拟合方程系数得到了植被覆盖的下垫面空气动力学粗糙度，并重点讨论了粗糙度与输入风速、植被特征参数的关系．研究结果表明：（1）无植被覆盖和有植被覆盖的下垫面粗糙度均随输入风速的增大而减小；（2）有植被覆盖的下垫面空气动力粗糙度随植被侧影盖度的增大而增大，其变化规律符合指数函数形式，增加率随植被侧影盖度的增大而逐渐减小，并最终趋于零，表明下垫面空气动力学粗糙度有一个极值；（3）在植被侧影盖度相同的情况下，错落排列的植被模型其下垫面的空气动力学粗糙度要高于重合排列的植被模型．