[發(fā)明專利]含漂浮植物河道的模擬系統(tǒng)、水流阻力計算方法及裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410193863.5
• 申請日: 2014-05-08
• 公開（公告）號: CN104032704B
• 公開（公告）日: 2017-02-15
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 田志軍;唐洪武;肖建峰;閆靜;周雪晴;周東泉;何孝光
• 申請（專利權(quán)）人: 江蘇省水利勘測設(shè)計研究院有限公司
• 主分類號: E02B1/02
• 分類號: E02B1/02;G06F17/50;G01M10/00
• 代理公司: 北京輕創(chuàng)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司11212
• 代理人: 趙秀斌

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及環(huán)境水動力學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種含漂浮植物河道的模擬系統(tǒng)及一種含漂浮植物河道的模擬系統(tǒng)的水流阻力計算方法及裝置。

背景技術(shù)

植物常見于天然河道、湖泊漫灘及人工景觀渠道中。植物為水生生物提供棲息之地，同時也增加了行洪阻力，改變了紊動結(jié)構(gòu)和泥沙運動的規(guī)律，影響污染物擴散輸移，是河流水動力系統(tǒng)至關(guān)重要的影響因子。現(xiàn)代化的河流管理越來越重視“水安全、水環(huán)境、水景觀、水文化、水經(jīng)濟”五位一體的水生態(tài)模式，因此河道的規(guī)劃設(shè)計越來越重視水生植物的作用，常在河道的主槽或漫灘種植各種各樣的植物。

目前對河道的規(guī)劃設(shè)計主要是根據(jù)河道的行洪量來確定河道斷面尺寸和底坡，而在考慮行洪阻力及景觀效應(yīng)時，沒有專門針對含植物河道的設(shè)計手冊，一般依靠對植物疏密程度的定性判斷來進行糙率的修正。這主要是由于天然植物種類繁多，形狀各異，含植物的河道水流阻力難以確定。按植物與河道水位的相對位置關(guān)系，植物可分為非淹沒植物、淹沒植物及漂浮植物，如圖1-1至圖1-3所示。

目前，針對含植物河道的研究主要側(cè)重在淹沒植物和非淹沒植物工況，對漂浮植物條件下的河道研究還不多見。而漂浮植物是河道常見的植物種類之一，如槐葉萍、浮萍、鳳眼蓮和水葫蘆等。

采用上述對植物河道的規(guī)劃設(shè)計方法，沒有考慮到漂浮植物對河道紊流特性的影響，會出現(xiàn)以下方面的問題：

(1)流速統(tǒng)計變量(如流速、雷諾應(yīng)力)預(yù)測有偏差，從而影響泥沙的起動及輸沙率，容易造成泥沙淤積，降低河道的過流能力；

(2)河道的行洪阻力計算不準確，過高地預(yù)估行洪能力，增加了河道行洪的風(fēng)險，易導(dǎo)致發(fā)生洪澇災(zāi)害；

(3)紊動結(jié)構(gòu)的分析產(chǎn)生偏差，從而錯誤預(yù)估水流對污染物的擴散輸移能力，增大河道污染的風(fēng)險。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種含漂浮植物河道的模擬系統(tǒng)以及含漂浮植物河道的模擬系統(tǒng)的水流阻力計算方法及裝置，利用動力學(xué)理論知識，科學(xué)合理地實現(xiàn)漂浮植物水流阻力的計算，為含漂浮植物河道的規(guī)劃設(shè)計提供技術(shù)支撐。

依據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種含漂浮植物河道的模擬系統(tǒng)，包括用于模擬河道的循環(huán)可變坡水槽系統(tǒng)和用于模擬漂浮植物的漂浮植物固定系統(tǒng)；

所述循環(huán)可變坡水槽系統(tǒng)包括水庫、抽水管道、水流量測量計、變頻泵、尾門、泄水池、回水廊道、水槽，其中，抽水管道的一端接入水庫，抽水管道的另一端與水流量測量計的一端連接，水流量測量計的另一端與變頻泵的一端連接，變頻泵的另一端接入水槽，水槽通過尾門與泄水池相通，泄水池通過回水廊道與水庫相通；

所述模擬漂浮植物固定系統(tǒng)包括模擬的漂浮植物、鉚釘、螺紋連接件、塑料板及第一固定支座，其中，鉚釘插入帶有密集鉆孔的塑料板，模擬的漂浮植物與鉚釘末端綁扎連接形成模擬漂浮植物帶，塑料板中心位置設(shè)有螺紋連接件，塑料板通過螺紋連接件與第一固定支座連接。

依據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供了一種含漂浮植物河道的模擬系統(tǒng)的水流阻力計算方法，包括：

建立用于模擬河道的循環(huán)可變坡水槽系統(tǒng)，并在所述循環(huán)可變坡水槽系統(tǒng)中建立用于模擬漂浮植物的漂浮植物固定系統(tǒng)；

調(diào)節(jié)所述循環(huán)可變坡水槽系統(tǒng)及漂浮植物固定系統(tǒng)，使其物理量參數(shù)滿足設(shè)計要求，所述物理量參數(shù)包括水流量、水位及沒入水中的植物長度；

測量所述循環(huán)可變坡水槽系統(tǒng)中的水槽底坡及流速統(tǒng)計變量；

根據(jù)所述測量的水槽底坡及流速統(tǒng)計變量，通過預(yù)設(shè)的計算模型，計算得到漂浮植物水流阻力。

依據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供了一種含漂浮植物河道的模擬系統(tǒng)的水流阻力計算裝置，包括：

系統(tǒng)建立模塊，建立用于模擬河道的循環(huán)可變坡水槽系統(tǒng)，并在所述循環(huán)可變坡水槽系統(tǒng)中建立用于模擬漂浮植物的漂浮植物固定系統(tǒng)；

參數(shù)設(shè)置模塊，調(diào)節(jié)所述循環(huán)可變坡水槽系統(tǒng)及漂浮植物固定系統(tǒng)，使其物理量參數(shù)滿足設(shè)計要求，所述物理量參數(shù)包括水流量、水位及沒入水中的植物長度；

測量模塊，測量所述循環(huán)可變坡水槽系統(tǒng)中的水槽底坡及流速統(tǒng)計變量；

計算模塊，根據(jù)所述測量的水槽底坡及流速統(tǒng)計變量，通過預(yù)設(shè)的計算模型，計算得到漂浮植物水流阻力。