李春生+柏青+李波

摘要：岸邊種植植物壩是穩(wěn)定河勢(shì)、修復(fù)生態(tài)的一種有效措施。通過(guò)室內(nèi)模型試驗(yàn)，探討了在岸邊種植不同類型植被對(duì)水流的影響。由試驗(yàn)得出，在岸邊種植植物壩主要對(duì)植物壩體段和植物壩后段的水流具有阻水作用，不同的植被類型對(duì)水流沿程作用特點(diǎn)不同，但不影響垂線流速分布。

關(guān)鍵詞：植被類型；植物壩；水流特征

中圖分類號(hào)：TV133 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1002-1302（2014）08-0378-03

遼河干流河勢(shì)不穩(wěn)，主河道游蕩，河岸、灘地侵蝕嚴(yán)重，河床泥沙淤積，一方面行洪不暢，危及堤防安全；另一方面，對(duì)干流兩側(cè)河岸生態(tài)緩沖帶和河道濕地產(chǎn)生影響，加快河流生態(tài)系統(tǒng)退化，使眾多動(dòng)、植物失去了適生環(huán)境。目前，遼河干流現(xiàn)有護(hù)灘、護(hù)岸等河勢(shì)穩(wěn)定措施多以混凝土、漿砌石、干砌石等硬性工程為主，雖防護(hù)效果較好，但也破壞了生態(tài)、景觀與生物棲息環(huán)境。建立多泥沙條件下河勢(shì)穩(wěn)定技術(shù)可以穩(wěn)定河勢(shì)，改善河流水質(zhì)，提高防洪、蓄洪能力。多年的研究實(shí)踐證明：植物“柔性壩”對(duì)增大水流阻力、降低流速、穩(wěn)定河勢(shì)具有顯著作用^[1]。樹葉與植物的殘?jiān)軌驍r截和吸收雨滴的能量，防止因雨滴撞擊土體而造成的土壤板結(jié)，植物根系對(duì)土壤顆粒具有物理上的束縛作用，植物使岸壁粗糙度增加，近岸流速因粗糙度的增加而減小，植物根莖抑制水流的紊動(dòng)，減少了紊動(dòng)切應(yīng)力的峰值，根系和腐殖土增加了土壤的滲透性，減小了孔隙水壓力，植物對(duì)土壤水分的吸收，使土壤的含水量，減少了土壤發(fā)生飽和的機(jī)會(huì)降低，有利于河岸的穩(wěn)定^[2-4]。但以往的研究著眼于同種植物壩不同種植密度且全覆蓋河槽情況對(duì)水流結(jié)構(gòu)的影響，為了探討岸邊植物壩對(duì)水流的影響情況以及不同植被類型植物壩對(duì)水流產(chǎn)生的不同作用效果，在沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)水工大廳進(jìn)行了植物壩的水槽模型試驗(yàn)研究。

1 室內(nèi)模型試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.1 試驗(yàn)裝置及設(shè)備

試驗(yàn)在沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)水工大廳進(jìn)行，試驗(yàn)設(shè)備主要有：水槽主體、供流水泵、量水堰等。槽首設(shè)有進(jìn)水閥門和靜水池，靜水池中的消能柵板，用于穩(wěn)定水流。尾水池出口為一矩形薄壁堰，用于量測(cè)流量。模型試驗(yàn)用水由循環(huán)供水系統(tǒng)供給，能夠保證水流狀態(tài)一直為恒定流。水槽主體長(zhǎng)度為7 m，寬94 cm，高22 cm，底坡i=13%。

本次試驗(yàn)的水位采用30 cm長(zhǎng)的鋼尺測(cè)量，流速采用LS-501D型直讀式流速儀測(cè)量。

1.2 試驗(yàn)方法及方案

試驗(yàn)在3種不同流量下進(jìn)行，分別為Q1=10 m3/s，Q2=14.5 m3/s，Q3=18.1 m3/s 。

試驗(yàn)中將模擬挺水植物、木樁、垂柳3種常見生態(tài)修復(fù)工程中用來(lái)護(hù)岸、穩(wěn)定河勢(shì)的植被，研究其對(duì)水流產(chǎn)生的不同作用效果。為較真實(shí)地模擬天然植被，選取了如圖1所示的a、b、c 3種不同類型的仿真模型植被，試驗(yàn)中用高5 cm裝飾塑料草模擬挺水植物；直徑12 mm的有機(jī)玻璃棒模擬木樁；直徑8 mm的有機(jī)玻璃棒向下粘貼倒置塑料草模擬垂柳。

被實(shí)踐所證明的。通過(guò)本次模型試驗(yàn)，可以得出如下結(jié)論：（1） 植物壩阻力引起的水流能量損失主要集中在植物壩段，即水流穿過(guò)植物叢的過(guò)程，就是植物阻力引起水流能量損失的過(guò)程。（2）挺水植物、木樁及垂柳在不同流量下產(chǎn)生的水流特征不相同，但作用范圍都集中在植物壩段和壩后一定范圍內(nèi)，隨著流量的增大作用趨勢(shì)不變，作用幅度增大。挺水植物阻水作用效果較其他2種明顯；木樁控制的水流較平穩(wěn)；垂柳兼具挺水植物所有的柔性樹冠順?biāo)鲾[動(dòng)，也有木樁具備的樹干穩(wěn)水。工程上可以依據(jù)水深、種植條件等限制條件的不同，選取相應(yīng)的植被類型。（3）水流的垂線流速最大值在水深相對(duì)高度0.8H處，植物作用下的垂線流速在相對(duì)高度0.5H以上垂線流速迅速增大，較下半層變化迅速。植被類型的不同不影響垂線流速的走勢(shì)。

植物壩植被類型的合理選擇在工程實(shí)踐中具有重要意義，本次試驗(yàn)得出不同類別植物壩對(duì)水流的影響定性分析結(jié)果，對(duì)于確定一種合適的植被起到指導(dǎo)作用考慮。不同布置方式對(duì)水流的影響，還需深入地對(duì)不同植被所適用的不同范圍及合理布置方式等眾多復(fù)雜因素進(jìn)行研究。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉 鋒. 植物“柔性壩”過(guò)流水動(dòng)力學(xué)特性及其固沙機(jī)理研究[D]. 烏魯木齊：新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)，2011.

[2]夏繼紅，嚴(yán)忠民. 國(guó)內(nèi)外城市河道生態(tài)型護(hù)岸研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[J]. 中國(guó)水土保持，2004，（3）：20-21.

[3]劉世奇，陳靜曦，王吉利. 植被護(hù)坡技術(shù)淺析[J]. 土木基礎(chǔ)，2003，17（3）：49-51.

[4]王文野，王德成. 城市河道生態(tài)護(hù)坡技術(shù)的探討[J]. 吉林水利，2002，（11）：24-26.

[5]拾 兵. 植物治沙力學(xué)機(jī)理及河寬動(dòng)力調(diào)整研究[D]. 成都：四川大學(xué)，1998.

[6]程 艷，李 森，邱秀云，等. 河渠種樹水流特性試驗(yàn)研究[J]. 新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2003，26（2）：59-64.endprint

摘要：岸邊種植植物壩是穩(wěn)定河勢(shì)、修復(fù)生態(tài)的一種有效措施。通過(guò)室內(nèi)模型試驗(yàn)，探討了在岸邊種植不同類型植被對(duì)水流的影響。由試驗(yàn)得出，在岸邊種植植物壩主要對(duì)植物壩體段和植物壩后段的水流具有阻水作用，不同的植被類型對(duì)水流沿程作用特點(diǎn)不同，但不影響垂線流速分布。

關(guān)鍵詞：植被類型；植物壩；水流特征

中圖分類號(hào)：TV133 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1002-1302（2014）08-0378-03

遼河干流河勢(shì)不穩(wěn)，主河道游蕩，河岸、灘地侵蝕嚴(yán)重，河床泥沙淤積，一方面行洪不暢，危及堤防安全；另一方面，對(duì)干流兩側(cè)河岸生態(tài)緩沖帶和河道濕地產(chǎn)生影響，加快河流生態(tài)系統(tǒng)退化，使眾多動(dòng)、植物失去了適生環(huán)境。目前，遼河干流現(xiàn)有護(hù)灘、護(hù)岸等河勢(shì)穩(wěn)定措施多以混凝土、漿砌石、干砌石等硬性工程為主，雖防護(hù)效果較好，但也破壞了生態(tài)、景觀與生物棲息環(huán)境。建立多泥沙條件下河勢(shì)穩(wěn)定技術(shù)可以穩(wěn)定河勢(shì)，改善河流水質(zhì)，提高防洪、蓄洪能力。多年的研究實(shí)踐證明：植物“柔性壩”對(duì)增大水流阻力、降低流速、穩(wěn)定河勢(shì)具有顯著作用^[1]。樹葉與植物的殘?jiān)軌驍r截和吸收雨滴的能量，防止因雨滴撞擊土體而造成的土壤板結(jié)，植物根系對(duì)土壤顆粒具有物理上的束縛作用，植物使岸壁粗糙度增加，近岸流速因粗糙度的增加而減小，植物根莖抑制水流的紊動(dòng)，減少了紊動(dòng)切應(yīng)力的峰值，根系和腐殖土增加了土壤的滲透性，減小了孔隙水壓力，植物對(duì)土壤水分的吸收，使土壤的含水量，減少了土壤發(fā)生飽和的機(jī)會(huì)降低，有利于河岸的穩(wěn)定^[2-4]。但以往的研究著眼于同種植物壩不同種植密度且全覆蓋河槽情況對(duì)水流結(jié)構(gòu)的影響，為了探討岸邊植物壩對(duì)水流的影響情況以及不同植被類型植物壩對(duì)水流產(chǎn)生的不同作用效果，在沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)水工大廳進(jìn)行了植物壩的水槽模型試驗(yàn)研究。

1 室內(nèi)模型試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.1 試驗(yàn)裝置及設(shè)備

試驗(yàn)在沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)水工大廳進(jìn)行，試驗(yàn)設(shè)備主要有：水槽主體、供流水泵、量水堰等。槽首設(shè)有進(jìn)水閥門和靜水池，靜水池中的消能柵板，用于穩(wěn)定水流。尾水池出口為一矩形薄壁堰，用于量測(cè)流量。模型試驗(yàn)用水由循環(huán)供水系統(tǒng)供給，能夠保證水流狀態(tài)一直為恒定流。水槽主體長(zhǎng)度為7 m，寬94 cm，高22 cm，底坡i=13%。

本次試驗(yàn)的水位采用30 cm長(zhǎng)的鋼尺測(cè)量，流速采用LS-501D型直讀式流速儀測(cè)量。

1.2 試驗(yàn)方法及方案

試驗(yàn)在3種不同流量下進(jìn)行，分別為Q1=10 m3/s，Q2=14.5 m3/s，Q3=18.1 m3/s 。

試驗(yàn)中將模擬挺水植物、木樁、垂柳3種常見生態(tài)修復(fù)工程中用來(lái)護(hù)岸、穩(wěn)定河勢(shì)的植被，研究其對(duì)水流產(chǎn)生的不同作用效果。為較真實(shí)地模擬天然植被，選取了如圖1所示的a、b、c 3種不同類型的仿真模型植被，試驗(yàn)中用高5 cm裝飾塑料草模擬挺水植物；直徑12 mm的有機(jī)玻璃棒模擬木樁；直徑8 mm的有機(jī)玻璃棒向下粘貼倒置塑料草模擬垂柳。

被實(shí)踐所證明的。通過(guò)本次模型試驗(yàn)，可以得出如下結(jié)論：（1） 植物壩阻力引起的水流能量損失主要集中在植物壩段，即水流穿過(guò)植物叢的過(guò)程，就是植物阻力引起水流能量損失的過(guò)程。（2）挺水植物、木樁及垂柳在不同流量下產(chǎn)生的水流特征不相同，但作用范圍都集中在植物壩段和壩后一定范圍內(nèi)，隨著流量的增大作用趨勢(shì)不變，作用幅度增大。挺水植物阻水作用效果較其他2種明顯；木樁控制的水流較平穩(wěn)；垂柳兼具挺水植物所有的柔性樹冠順?biāo)鲾[動(dòng)，也有木樁具備的樹干穩(wěn)水。工程上可以依據(jù)水深、種植條件等限制條件的不同，選取相應(yīng)的植被類型。（3）水流的垂線流速最大值在水深相對(duì)高度0.8H處，植物作用下的垂線流速在相對(duì)高度0.5H以上垂線流速迅速增大，較下半層變化迅速。植被類型的不同不影響垂線流速的走勢(shì)。

植物壩植被類型的合理選擇在工程實(shí)踐中具有重要意義，本次試驗(yàn)得出不同類別植物壩對(duì)水流的影響定性分析結(jié)果，對(duì)于確定一種合適的植被起到指導(dǎo)作用考慮。不同布置方式對(duì)水流的影響，還需深入地對(duì)不同植被所適用的不同范圍及合理布置方式等眾多復(fù)雜因素進(jìn)行研究。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉 鋒. 植物“柔性壩”過(guò)流水動(dòng)力學(xué)特性及其固沙機(jī)理研究[D]. 烏魯木齊：新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)，2011.

[2]夏繼紅，嚴(yán)忠民. 國(guó)內(nèi)外城市河道生態(tài)型護(hù)岸研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[J]. 中國(guó)水土保持，2004，（3）：20-21.

[3]劉世奇，陳靜曦，王吉利. 植被護(hù)坡技術(shù)淺析[J]. 土木基礎(chǔ)，2003，17（3）：49-51.

[4]王文野，王德成. 城市河道生態(tài)護(hù)坡技術(shù)的探討[J]. 吉林水利，2002，（11）：24-26.

[5]拾 兵. 植物治沙力學(xué)機(jī)理及河寬動(dòng)力調(diào)整研究[D]. 成都：四川大學(xué)，1998.

[6]程 艷，李 森，邱秀云，等. 河渠種樹水流特性試驗(yàn)研究[J]. 新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2003，26（2）：59-64.endprint

摘要：岸邊種植植物壩是穩(wěn)定河勢(shì)、修復(fù)生態(tài)的一種有效措施。通過(guò)室內(nèi)模型試驗(yàn)，探討了在岸邊種植不同類型植被對(duì)水流的影響。由試驗(yàn)得出，在岸邊種植植物壩主要對(duì)植物壩體段和植物壩后段的水流具有阻水作用，不同的植被類型對(duì)水流沿程作用特點(diǎn)不同，但不影響垂線流速分布。

關(guān)鍵詞：植被類型；植物壩；水流特征

中圖分類號(hào)：TV133 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1002-1302（2014）08-0378-03

遼河干流河勢(shì)不穩(wěn)，主河道游蕩，河岸、灘地侵蝕嚴(yán)重，河床泥沙淤積，一方面行洪不暢，危及堤防安全；另一方面，對(duì)干流兩側(cè)河岸生態(tài)緩沖帶和河道濕地產(chǎn)生影響，加快河流生態(tài)系統(tǒng)退化，使眾多動(dòng)、植物失去了適生環(huán)境。目前，遼河干流現(xiàn)有護(hù)灘、護(hù)岸等河勢(shì)穩(wěn)定措施多以混凝土、漿砌石、干砌石等硬性工程為主，雖防護(hù)效果較好，但也破壞了生態(tài)、景觀與生物棲息環(huán)境。建立多泥沙條件下河勢(shì)穩(wěn)定技術(shù)可以穩(wěn)定河勢(shì)，改善河流水質(zhì)，提高防洪、蓄洪能力。多年的研究實(shí)踐證明：植物“柔性壩”對(duì)增大水流阻力、降低流速、穩(wěn)定河勢(shì)具有顯著作用^[1]。樹葉與植物的殘?jiān)軌驍r截和吸收雨滴的能量，防止因雨滴撞擊土體而造成的土壤板結(jié)，植物根系對(duì)土壤顆粒具有物理上的束縛作用，植物使岸壁粗糙度增加，近岸流速因粗糙度的增加而減小，植物根莖抑制水流的紊動(dòng)，減少了紊動(dòng)切應(yīng)力的峰值，根系和腐殖土增加了土壤的滲透性，減小了孔隙水壓力，植物對(duì)土壤水分的吸收，使土壤的含水量，減少了土壤發(fā)生飽和的機(jī)會(huì)降低，有利于河岸的穩(wěn)定^[2-4]。但以往的研究著眼于同種植物壩不同種植密度且全覆蓋河槽情況對(duì)水流結(jié)構(gòu)的影響，為了探討岸邊植物壩對(duì)水流的影響情況以及不同植被類型植物壩對(duì)水流產(chǎn)生的不同作用效果，在沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)水工大廳進(jìn)行了植物壩的水槽模型試驗(yàn)研究。

1 室內(nèi)模型試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.1 試驗(yàn)裝置及設(shè)備

試驗(yàn)在沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)水工大廳進(jìn)行，試驗(yàn)設(shè)備主要有：水槽主體、供流水泵、量水堰等。槽首設(shè)有進(jìn)水閥門和靜水池，靜水池中的消能柵板，用于穩(wěn)定水流。尾水池出口為一矩形薄壁堰，用于量測(cè)流量。模型試驗(yàn)用水由循環(huán)供水系統(tǒng)供給，能夠保證水流狀態(tài)一直為恒定流。水槽主體長(zhǎng)度為7 m，寬94 cm，高22 cm，底坡i=13%。

本次試驗(yàn)的水位采用30 cm長(zhǎng)的鋼尺測(cè)量，流速采用LS-501D型直讀式流速儀測(cè)量。

1.2 試驗(yàn)方法及方案

試驗(yàn)在3種不同流量下進(jìn)行，分別為Q1=10 m3/s，Q2=14.5 m3/s，Q3=18.1 m3/s 。

試驗(yàn)中將模擬挺水植物、木樁、垂柳3種常見生態(tài)修復(fù)工程中用來(lái)護(hù)岸、穩(wěn)定河勢(shì)的植被，研究其對(duì)水流產(chǎn)生的不同作用效果。為較真實(shí)地模擬天然植被，選取了如圖1所示的a、b、c 3種不同類型的仿真模型植被，試驗(yàn)中用高5 cm裝飾塑料草模擬挺水植物；直徑12 mm的有機(jī)玻璃棒模擬木樁；直徑8 mm的有機(jī)玻璃棒向下粘貼倒置塑料草模擬垂柳。

被實(shí)踐所證明的。通過(guò)本次模型試驗(yàn)，可以得出如下結(jié)論：（1） 植物壩阻力引起的水流能量損失主要集中在植物壩段，即水流穿過(guò)植物叢的過(guò)程，就是植物阻力引起水流能量損失的過(guò)程。（2）挺水植物、木樁及垂柳在不同流量下產(chǎn)生的水流特征不相同，但作用范圍都集中在植物壩段和壩后一定范圍內(nèi)，隨著流量的增大作用趨勢(shì)不變，作用幅度增大。挺水植物阻水作用效果較其他2種明顯；木樁控制的水流較平穩(wěn)；垂柳兼具挺水植物所有的柔性樹冠順?biāo)鲾[動(dòng)，也有木樁具備的樹干穩(wěn)水。工程上可以依據(jù)水深、種植條件等限制條件的不同，選取相應(yīng)的植被類型。（3）水流的垂線流速最大值在水深相對(duì)高度0.8H處，植物作用下的垂線流速在相對(duì)高度0.5H以上垂線流速迅速增大，較下半層變化迅速。植被類型的不同不影響垂線流速的走勢(shì)。

植物壩植被類型的合理選擇在工程實(shí)踐中具有重要意義，本次試驗(yàn)得出不同類別植物壩對(duì)水流的影響定性分析結(jié)果，對(duì)于確定一種合適的植被起到指導(dǎo)作用考慮。不同布置方式對(duì)水流的影響，還需深入地對(duì)不同植被所適用的不同范圍及合理布置方式等眾多復(fù)雜因素進(jìn)行研究。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉 鋒. 植物“柔性壩”過(guò)流水動(dòng)力學(xué)特性及其固沙機(jī)理研究[D]. 烏魯木齊：新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)，2011.

[2]夏繼紅，嚴(yán)忠民. 國(guó)內(nèi)外城市河道生態(tài)型護(hù)岸研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[J]. 中國(guó)水土保持，2004，（3）：20-21.

[3]劉世奇，陳靜曦，王吉利. 植被護(hù)坡技術(shù)淺析[J]. 土木基礎(chǔ)，2003，17（3）：49-51.

[4]王文野，王德成. 城市河道生態(tài)護(hù)坡技術(shù)的探討[J]. 吉林水利，2002，（11）：24-26.

[5]拾 兵. 植物治沙力學(xué)機(jī)理及河寬動(dòng)力調(diào)整研究[D]. 成都：四川大學(xué)，1998.

[6]程 艷，李 森，邱秀云，等. 河渠種樹水流特性試驗(yàn)研究[J]. 新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2003，26（2）：59-64.endprint