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规则波作用下植物对泥沙起动影响的初步研究

更新时间:2009-03-28

中国的大多数海岸是沙质、淤泥质滩地。在天然海岸滩地上,当没有任何防护措施时,波浪直接作用于岸滩上会造成岸坡侵蚀。通过种植一些适应当地气候的植物,利用植物床面以上部分对波浪进行消减,减少波浪对岸滩的侵蚀,对滩地起到一定保护作用。因此,研究波浪作用下植物带内的泥沙运动对于岸滩保护具有十分重要的意义。

信念是指对某一事物坚定的看法,它反映了一个人随时为实现一定的思想和原则而斗争的准备[12]。教育信念是教师个体所确信的,能够对其教育教学行为起到直接和间接支配作用的相互关联,相互支持的价值判断系统[13]。在教育教学实践中,教育信念能够使教师始终保持正确的教育理念和执行规范的教育行为,让其在思想和行为上遵循自己所信奉的教育原则。拥有坚定教育信念的教师通常坚信某种教育原则或模式,并将其内化为个人信念,落实在自己的实践教学中。

有关波浪作用下泥沙的起动规律,国内、外许多学者进行了诸多的研究。赵子丹[1-2]等人利用收集、整理的数据,验证了Shields曲线,并探讨了波浪作用下床面剪应力的表达式。周益人[3-4]等人研究了波浪边界层下的泥沙起动,并给出了相应的计算公式。窦国仁[5]等人从力学机理对波浪作用下泥沙的起动进行了分析,得出泥沙起动波高公式。目前,波浪作用下植物对泥沙运动的影响考察的是植物中根、茎、叶等对水体中泥沙捕获的宏观效应。Tsuijmot[6]在研究河道中植物对水流结构的影响时发现,植物对非均匀沙颗粒有拣选作用。Elliott[7]的研究发现:在盐沼植物冠层的泥沙沉降过程中,悬移质在静水状态下很难沉降,并且植物根茎和枝叶对泥沙有捕获作用。Stevenson[8]等人通过建立Chesapeake海湾泥沙平衡模型,得到平均每年河口盐沼植物能够捕获Chesapeake 海湾入沙量的5%~11%。关于植物的消波缓流作用对泥沙起动的影响,武迪[9]等人研究了沉水植被对悬沙输移过程的影响,科学地解释了植被抑制泥沙运动、减缓泥沙运输及加快泥沙止动的原理。吕升奇[10-11]等人的研究表明,不同植物密度和水深对时均流速、脉动强度、泥沙起动流速以及推移质输沙率有影响。作者拟利用波浪水槽试验,通过观察植物对规则波作用下泥沙起动现象,结合植物对波高的消减效果和波浪近底流速的分布,分析波浪作用下植物对泥沙起动的影响。

1 物理模型试验

试验在长沙理工大学港航中心港工实验室波浪水槽(长40 m,宽0.5 m,高0.8 m)内进行。植物模型固定在底板上,底板尺寸为0.5 m× 0.49 m, 共4块。植物模型采用3种植物密度,分别为0.463,0.283和0.169株/m2。单块植物模型分布方式如图1所示。

植物模型放入水槽中与来波正交,波浪由液压式推波板造波机生成。分别布置5个量测泥沙起动情况的断面(其中:1#断面为测量原点,5#断面距植物末端1 m处)。试验布置如图2所示。

  

图1 植物模型底板分布示意(单位:cm)Fig. 1 The distribution of the plant model floor(unit:cm)

式中:τ为床面切应力;um近底最大流速;fw为波浪底摩阻系数。

在植物带长度固定(4块PVC板)、不同植物密度条件下,分别对不同波况进行试验,采集4个断面(2#~5#)的波高,其结果见表2。

  

图2 试验布置示意Fig. 2 Experiment layout

2 试验结果与分析

选择整个植物带上的泥沙处于普遍滑动的状态为泥沙起动状态。利用浪高仪和NDV,分别采集各个断面的波高以及近底流速沿垂线的分布,同时,观察记录5个断面的泥沙起动情况。

2.1 试验结果

分析泥沙起动时,采用泥沙临界起动波高作为判别标准。窦国仁[5]通过对床底泥沙颗粒在波浪作用下受力的全面分析,得到泥沙临界起动波高计算公式:

 

表1 不同工况下各断面泥沙起动情况Table 1 Sediment starting under different conditions

  

水深/cm波高/cm植物密度/(株·m-2)泥沙起动的断面泥沙未起动断面2060.4631#,2#3#,4#,5#2060.2831#,2#,3#4#,5#2060.1691#,2#,3#,4#,5#-2580.4631#,2#,3#4#,5#2580.2831#,2#,3#4#,5#2580.1691#,2#,3#,4#5#3090.4631#,2#,3#4#,5#3090.2831#,2#,3#,4#5#3090.1691#,2#,3#,4#,5#-

随着植物覆盖密度的下降,泥沙起动的断面逐渐增加,表明波浪衰减到不可使泥沙起动所需的植物带长度。植物密度最小时,各个工况5#断面的泥沙都可以起动;植物密度最大时,各个工况5#断面的泥沙均不会起动。

2.2 有植物时泥沙起动波高

试验中各断面的泥沙起动情况见表1。

 
 
 

(1)

通过物理模型试验,研究在波浪作用下植物对泥沙起动的影响,并运用泥沙起动临界波高对泥沙起动进行了分析。得到的结论为:

根据公式,在水深和波周期给定的条件下,计算出不同工况下泥沙的临界起动波高,并与实测波高对比,判断植物影响下泥沙的起动情况。

有学者认为,如果将农村土地经营权界定为债权,则其设定形式灵活、设定程序简便、内容丰富。①为实现改革目标,可以赋予分置后的农村土地经营权一定的支配、排他性效力以利于其流转。②笔者认为,“债权说”只是对“两权分离”体制下农村土地权利体系的重述。在“三权分置”改革中,农村土地经营权物权化具有“两权分离”难以替代的作用。

按经验公式分别进行计算,得出不同水深情况下的泥沙临界起动波高。在水深和入射波高一定、同一植物密度条件下,随着植物带长度的增加,实测各个断面波高逐渐减小,表明植物对波高的衰减随着植物带的增加而加强;同一观测断面条件下,随着植物密度的增加,实测各断面波高有所减小,表明植物对波高的衰减随着密度的增加而加强。

[4] 周益人,尹畅安.波浪边界层下的泥沙起动[J].泥沙研究,2004(1):15-22.(ZHOU Yi-ren,YIN Chang-an.Criterion for the initiation of sediment movement in different boundary layers under oscillatory waves[J].Journal of Sediment Research,2004(1):15-22.(in Chinese))

 

表2 不同工况下各断面的波高Table 2 The wave height under different conditions

  

水深/cm波高/cm植物密度/(株·m-2)波高/cm2#断面3#断面4#断面5#断面按式(1)计算临界起动波高/cm2060.4635.284.182.972.044.262060.2835.294.313.552.144.262060.1696.125.565.094.354.262580.4637.245.764.513.815.192580.2838.236.445.144.205.192580.1697.355.905.724.525.193090.4638.016.314.873.886.273090.2838.216.976.476.176.273090.1697.706.666.646.286.27

随着植物密度的增加,各个断面的波高有所较小。当各个断面的波高小于泥沙临界起动波高时,泥沙将不会起动。

政策第70条中明确提出,自治区及各相关市财政部门将广西海峡两岸产业合作区建设经费纳入各级财政统筹保障,为合作区的建设提供了根本的保证。并且鼓励台湾各类投融资平台以及高新技术产业到合作区投资,提升合作区建设的水平。这些政策的落实实施,对于两岸经贸交流有着重大意义。

2.3 植物对泥沙起动床面剪切力的影响

通常情况下,将波浪视为无阻流动。考虑到床面流速为0 m/s,将波浪近底最大流速引入床面剪切力称之为最大床面剪切力。以床面最大剪切力为泥沙起动指标,床面剪切力和由此生成的床面边界层均从波浪中获得能量。

Safety and risk management of cosmetic products 11 1

波浪作用下床面切应力为:

《爱达或爱欲》中“空白”的接受美学批评 ………………………………………………… 汪小玲 许婷芳(1.98)

 

(2)

试验采用无粘性细沙,中值粒径为0.098 mm。为了便于观察,下层铺设4 cm厚的天然沙,上层铺设0.5 cm厚的蓝色染色沙。注水静止24 h后,开始进行试验,观察各个断面泥沙起动情况。当波周期为1 s时,采用不同的水深(20,25和 30 cm)、 波高(6,8和9 cm)及植物密度(0.463,0.283和0.169株/m2),设计不同的试验工况。

 

(3)

式中:Δ为糙率高度;am为底部水质点最大运动幅值。

 

(4)

 

(5)

各个断面的近底最大流速见表3。由近底最大流速计算出不同工况下1#,3#和5#断面处的近底最大床面剪切力。

现代青花艺术虽与传统青花瓷有明显的差异,但是在创作表达上依旧存在关联性。虽然说现代陶艺家创作时会因为生活背景、民族信仰等一系列因素受到影响,但同时也会对传统青花产生评判比较,其实这正是对传统青花艺术的继承创新。其实不仅是现代艺术家,哪怕是在过去,在技术、题材上后代工匠也是不停的对前人的创造进行改善。所以现代陶艺家在进行创作时,对传统青花的了解是必不可少的,这是推动现代青花发展的必要步骤之一。

 

表3 不同工况下各断面最大床面剪切力Table 3 The maximum bed shear of each section under different conditions

  

水深/cm波高/cm植物密度/(株·m-2)近底最大流速/(cm·s-1)1#断面3#断面5#断面最大床面剪切力/(N·m-2)1#断面3#断面5#断面2060.46315.3014.1511.580.390.250.172060.28317.2315.9013.700.380.310.242060.16917.9915.5514.960.390.320.282580.46317.4514.1312.460.370.230.182580.28317.7514.8913.650.360.250.212580.16918.0816.6015.860.370.310.293090.46315.8010.789.500.290.130.093090.28316.4811.4410.490.300.140.113090.16916.9112.7910.700.310.180.13

在水深、波高一定的条件下,同一植物密度时,1#,3#和5#断面的近底最大流速沿波浪传播方向逐渐减小,由此计算得到的各个断面的最大床面剪切力同样逐渐减小;而随着植物密度的增加,同一断面的近底最大流速减小,计算得到的同一断面最大床面剪切力也逐渐减小。

由于波浪在传播过程中与植物的相互作用,沿着波浪传播方向断面波能不断降低,断面波高逐渐减小。波浪近底层向上层水体获得的能量减小,断面近底最大流速减小,波浪引起的最大床面剪切力沿着植物带的增长而逐渐减小,泥沙逐渐难以起动。

3 结论

式中:a为与起动状态有关的参数(当少量动时,取0.051;普遍动时,取0.079);b为经验公式中的参数,b=0.03;ε0为粘结力参数(对于天然实验沙,ε0=1.75 cm3/s2);δ为薄膜水厚度参数,δ=2.31×10-5 cm;βw为参数,βw=(d50/d1)3/4,(d50为中值粒径,d50=0.098 mm);β为沙粒密实系数;Δ为糙率高度(当d50≤0.5 mm时,Δ=1.0 mm)。

1) 在水深、波高一定的条件下,由于波浪与植物的相互作用消耗了大量的能量,随着植物带的增长,断面波高逐渐减小;同一断面上,随着植物密度的增加,波高有所减小。当波高小于泥沙临界起动波高时,泥沙将不会起动。

2) 由实测近底最大流速计算出最大床面剪切力。在一定的水深和波高条件下,最大床面剪切力沿着波浪传播方向依次减小;同一断面上,随着植物密度的增加,最大床面剪切力亦逐渐减小。

参考文献(References):

[1] 赵子丹.波浪作用下的泥沙起动[J].海洋通报, 1983(1):78-82.(ZHAO Zi-dan.Initiation of sediment movement under wave action[J]. Marine Science Bulletin,1983(1):75-79.(in Chinese))

色谱柱为COSMOSIL 5C18-MS-II(250 mm×4.6 mm,5.0 μm);流动相为0.1%磷酸溶液(A)-乙腈(B),梯度洗脱:0~10 min,10%~20% B;10~50 min,20%~30% B;50~73 min,30%~50% B;73~110 min,50%~60% B;110~120 min,60%~80% B;体积流量0.8 mL/min,柱温40 ℃,进样体积为10 μL,检测波长254 nm。

[2] 赵子丹,薛晓春.波浪作用下的底沙运动[J].水利学报,1995(8):77-82.(ZHAO Zi-dan,XUE Xiao-chun.Bed load motion due to waves[J].Journal of Hydraulic Engineering,1995(8):77-82.(in Chinese))

[3] 周益人.波浪作用下的泥沙起动[J].水利水运工程学报,1998(4):338-346.(ZHOU Yi-ren.Sediment threshold under wave action[J]. Hydro-Science and Engineering,1998(4):338-346.(in Chinese))

通过上述研究可以发现,现有研究大多集中于单方面从农村小额信贷的用途、运作机制等角度进行分析,对需求方面的影响因素分析较少。而且另一方面即使有对需求影响因素进行的研究,也多是集中于将调研对象设定为贫困地区,针对其他地区的极少。为此,本文将重点放在农户小额信贷需求的影响因素,通过对经济发展水平较高的江苏省江阴市作为案例分析,区别于以往大多将贫困地区作为分析样本,农村小额信贷的需求机制作为研究角度及出发点,以点概面地了解我国农村小额信贷发展过程中存在的困难及制约因素,并结合发展经济学的基本原理,提出相应地改善建议。

结合试验中观测的各个断面泥沙起动情况,实测断面波高大于临界起动波高时,断面泥沙起动;实测断面波高小于临界起动波高时,断面泥沙不起动。这表明采用窦国仁临界波高计算公式判定的结果与实际观测各断面泥沙起动情况较为一致。因此,波浪作用下植物通过对波高的衰减,进而影响到泥沙的起动情况。在一定的水深和波高条件下,由于植物的阻挡作用,随着植物带的增长,各个断面的波高逐渐减小。当各个断面的波高小于泥沙临界起动波高时,泥沙将不会起动。

[5] 窦国仁,窦希萍,李禔来.波浪作用下泥沙的起动规律[J].中国科学E辑:技术科学,2001,31(6):566-573.(DOU Guo-ren,DOU Xi-ping,LI Ti-lai.The law of starting sediment under waves[J]. Science in China(Series E):Technologica,2001,31(6):566-573.(in Chinese))

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[8] Stevenson J,Ward L G,Kearney M S.Sediment transport and trapping in marsh systems:Implications of tidal flux studies[J].Marine Geology,1988,80(1):37-59.

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如芸之所以下定决心,是因为同事们都在聊的那个明星夫妻真人秀的节目,身边的女人们都纷纷表示赞同,一个连家务都不会做的人,拿什么来说爱你?

[10] 吕升奇,郭美娇,袁礼伟.淹没柔性植物对明渠推移质运动影响的实验研究[J].人民长江,2016,47(2):67-71.(LU Sheng-qi,GUO Mei-jiao,YUAN Li-wei.Effects of submerged flexible vegetation on bed load movement in the open channel[J]. Yangtze River,2016,47(2):67-71.(in Chinese))

[11] 李寿千,陆永军,左利钦,等.波浪及波流边界层泥沙起动规律[J].水科学进展,2014,25(1):106-114.(LI Shou-qian,LU Yong-jun,ZUO Li-qin,et al.Incipient motion of sediment in wave and combined wave-current boundary layers[J].Advances in Water Science,2014,25(1):106-114.(in Chinese))

 
赵艳霞,沈小雄
《交通科学与工程》 2018年第01期
《交通科学与工程》2018年第01期文献

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