[發明專利]一種河道植被群尾端泥沙沉積區長度的預測方法

有效

• 申請號: 201710960401.5
• 申請日: 2017-10-16
• 公開（公告）號: CN107858991B
• 公開（公告）日: 2019-07-23
• 發明（設計）人: 劉超;單鈺淇;劉興年;楊克君
• 申請（專利權）人: 四川大學
• 主分類號: G06Q90/00
• 分類號: G06Q90/00;E02B1/02
• 代理公司: 成都科海專利事務有限責任公司 51202
• 代理人: 呂建平

本發明公開了一種河道植被群尾端泥沙沉積區長度的預測方法，首先測量高密度植被群寬度D、高度h；根據植被群寬高對比來預測植被群尾端泥沙沉積區的長度。本發明提供的河道植被群尾端泥沙沉積區長度的預測方法，不僅簡單、準確，而且不需要再開展泥沙沉積試驗或長期野外觀測，在本領域具有更廣泛的通用性。

技術領域

本發明屬于水力學及河流動力學領域，涉及一種河道植被群尾端泥沙沉積區長度的預測方法。

背景技術

天然河道中通常存在大量的植被群，植被群一般為水生植物群落的初始生長形態，植物生長集中，群落表現出近似圓形的形狀。這些植被群生長在河道過流區域，通常為淹沒狀態。淹沒植被群尾端會出現復雜的三維漩渦結構，這些漩渦由沿水平方向的橫向漩渦(卡門渦街)和沿垂線方向的垂向漩渦共同組成；而在植被群后側，漩渦出現位置距離植被群尾端會有一定距離，即尾流區；橫向漩渦和垂向漩渦共同決定淹沒植被群尾流區(L_w)的長度。在水平方向(xoy平面)，植被群尾端和橫向漩渦(卡門渦街)第一次出現位置之間的距離成為L_kv，L_kv與植被群寬度(植被群近似圓形時，植被群寬度即為植被群直徑)D密切相關，即L_kv～D。在垂線方向(xoz平面)，植被群尾端和垂向漩渦第一次出現位置之間的距離成為L_vv，L_vv與植被群高度h密切相關，即L_vv～h(如圖1所示)。

經研究表明，對于ah＞0.1的高密度淹沒植被群【其中：a為單位阻水面積(＝n×d，n為單位面積的植被數量，d為單株植被的直徑)】，尾流區長度(L_w)由L_kv和L_vv兩者之間較小的距離決定，即L_w＝min{L_kv,L_vv}【參見(申請號為201710005042.8中公開的河道植被群尾流區長度的測量方法)】。這是因為如果卡門渦街發生在更靠近植被群的位置(L_kv<L_vv)，會導致水平方向水體的橫向動量交換，引起尾流區后側區域水流紊動的增加，阻礙垂向漩渦向河床運動；相反，如果垂向漩渦發生在更靠近植被群尾端的位置(L_kv>L_vv)，則會隨即引起橫向漩渦(卡門渦街的發生)。對于C_daD>4的高密度非淹沒植被群【其中，C_d為植被拖曳力系數】，尾流區后側僅出現橫向漩渦(卡門渦街)。上述這些漩渦會攜帶懸浮泥沙與其一起運動，阻礙懸浮泥沙在尾流區后側沉積；相反，尾流區內沒有這些漩渦出現，懸浮泥沙更容易在該區域內沉積。

由于天然河道中會有持續不斷的上游推移質泥沙向下游運動，這些泥沙中較細的懸浮泥沙顆粒會沉積在水流流速和紊動強度均很小的區域內。由于在植被群尾流區內流速和紊動強度相對較低，有助于懸浮泥沙的沉積，因此植被群尾端泥沙沉積區與尾流區可能存在相關性；植被群尾端泥沙沉積區沉積的懸浮泥沙會吸附水中有機營養物，為植被群落的縱向擴張提供營養物質，促進河道生態平衡。但是，目前國內外還沒有有效的方法能夠預測淹沒植被群尾端泥沙沉積區的長度。

發明內容

針對目前現有技術中難以預測河道高密度植被群尾端泥沙沉積區域長度的技術現狀，本發明的目的旨在提供一種預測方法，以實現通過植被群的幾何尺寸(植被群高度h和寬度D)有效預測河道植被群尾端泥沙沉積區長度。

本發明基本思路為，針對于流速U₀＞0cm/s的河道內高密度植被群，首先通過模擬泥沙沉積試驗和流速測量工作測試大量河道植被群尾端泥沙沉積區長度，并依據統計結果給出與植被群幾何尺寸相關的判定條件，再通過該判定條件未知河道淹沒植被群尾端泥沙沉積區長度進行預測。

基于上述發明思路，本發明提供了一種河道植被群尾端泥沙沉積區長度的預測方法，包括以下步驟：