地表糙度对坡面流水动力学特性影响的试验研究

地表糙度对坡面流水动力学特性影响的试验研究(含选题审批表,任务书,开题报告,中期检查表,论文说明书20000字)
摘  要：地表糙度是描述坡面流水动力学特征的重要指标。本论文在室内进行了水槽定床人工模拟实验，研究了坡面流主要的水动力学特性随流量、坡度和地表糙度的变化规律，利用其主要参数反映坡面流特征，并建立不同下垫面的水动力参数与坡度 、流量的相关方程，为水土侵蚀的防治和保护工作提供理论依据，对于解决流域土壤侵蚀及产砂、城市水文、泥沙灾害及环境工程等问题均有重要的科学意义。
关键词：坡面流; 地表糙度; 水力特性; 阻力系数; 流速

The experimental research on the influence of the earth's surface roughness to slope face running water dynamics characteristic
Abstract: Earth’s surface roughness is the main index to describe the characteristics of the ascent surface flows hydrodynamics. This paper provides the academic basic of an important scientific meaning on the solutions of the earth erosion, sand production, hydrology in the city, sediment accident and the problems existing in the environmental engineering by the manual simulation test of water tank settlement which focuses on the law of changes of specialized unfixed flow, grades and parameters to get the data reflecting the ascent surface flows’ characters to create formula on flow and grades.
Key words: the ascent surface flows; earth's surface roughness; hydraulic power characteristics; resistance coefficient; flow rate

研究目标
坡面流是水土侵蚀的开始。研究坡面流特别是其水力学特性对揭示坡面流的侵蚀机理具有非常重要的作用。本研究在室内试验的基础上，从揭示坡面流水动力学特性的基本原理出发，从理论上揭示坡面水流的水力学运动机理及其对侵蚀的影响作用。主要目标为：
（1）分别研究流量、坡度、糙度等单一因素对坡面流水力特性的作用；
（2）分析地表糙度与曼宁糙率系数n之间的关系；
（3）研究同种糙度下流量和坡度对坡面流水力特性的作用，得到每类下垫面情况下各参数关于流量、坡度和地表粗糙度的函数关系；

研究内容
针对目前薄层水流研究的薄弱环节，主要开展在不同流量下，不同坡度下的坡面薄层水流水力学特性试验研究，从水力学观点出发，在不同下垫面条件下，探讨了不同地质材料构成的下垫面对薄层水流水力学特性的影响。主要内容有：
（1）分析上方来水条件下，坡面薄层水流的水动力学参数的变化规律；
试验设流量0.15L/s、0.25L/s、0.5L/s、0.75L/s、0.85L/s，分析同一坡度下，流量对坡面薄层水流的水动力学特性的影响。
（2）分析不同坡度下，坡面薄层水流的水动力学参数的变化规律；
试验设坡度5°、10°、15°、20°、25°，分析同一流量下，坡度对坡面薄层水流的水动力学特性的影响。
（3）分析不同下垫面下，坡面薄层水流的水动力学参数的变化规律以及糙度与水力糙率的关系；
试验设下垫面过5mm筛均质红壤、2-5mm均质砂土、土石混合物30%、土石混合物50%、土石混合物70%，分析糙度对坡面薄层水流的水动力学特性的影响，用接触式测针法得到各下垫面的地表粗糙度，结合水力学公式计算出各工况下的曼宁糙率系数，分析糙度与糙率的函数关系。
（4）分析各种地质材料的土力学特性。
运用直剪仪测定材料的抗剪强度和内摩擦角。
（5）分析各个下垫面下，得到坡面流水力特性参数与流量、坡度、地表粗糙度的函数关系。
结合（1）至（4）的实验数据，分析各因素对坡面流水力特性的作用，结合力学特性解释其原因，同时运用相关分析得出参数与流量、坡度之间的函数关系式。

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目    录
摘  要：    1
关键词：    1
1 前言    1
2 研究概况    2
2.1 研究目的及意义    2
2.2 坡面流国内外研究现状    4
2.2.1坡面流水动力学研究现状    4
2.3 地表粗糙度研究现状    8
2.3.1 地表粗糙度对径流的影响    8
2.3.2 地表粗糙度与水力糙率之间的关系    9
2.4 研究内容和方法    10
2.4.1 研究目标    10
2.4.2研究内容    10
2.4.3 技术路线    11
2.4.4 主要研究方法    12
3 坡面流水动力学特性设计与处理    12
3.1 实验装置与方法    12
3.1.1 实验装置    12
3.2 试验材料及方法    13
3.2.1 供试土样    13
3.2.2 试验设计及步骤    13
3.2.3 参数测定方法    13
3.2.4地表粗糙度的测定方法    14
3.2.5 实验步骤    14
3.3 数据分析方法    15
4 地表粗糙度对坡面流水动力学特性影响的研究    16
4.1 地表粗糙度的基本概念    16
4.1 土壤直剪试验确定土壤抗剪强度指标    16
4.2 土样的抗剪强度    17
3.3 地表粗糙度的变化规律    18
3.4 地表粗糙度对径流水动力学特性的影响    25
3.4水动力学特性参数的预测模型    27
5 结论    28
参考文献    29
致    谢    32