李春生+柏青+李波

摘要：岸邊種植植物壩是穩(wěn)定河勢、修復(fù)生態(tài)的一種有效措施。通過室內(nèi)模型試驗，探討了在岸邊種植不同類型植被對水流的影響。由試驗得出，在岸邊種植植物壩主要對植物壩體段和植物壩后段的水流具有阻水作用，不同的植被類型對水流沿程作用特點不同，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：TV133 文獻標(biāo)志碼：A

文章編號：1002-1302（2014）08-0378-03

遼河干流河勢不穩(wěn)，主河道游蕩，河岸、灘地侵蝕嚴重，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、植物失去了適生環(huán)境。目前，遼河干流現(xiàn)有護灘、護岸等河勢穩(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穩(wěn)定技術(shù)可以穩(wěn)定河勢，改善河流水質(zhì)，提高防洪、蓄洪能力。多年的研究實踐證明：植物“柔性壩”對增大水流阻力、降低流速、穩(wěn)定河勢具有顯著作用^[1]。樹葉與植物的殘渣能夠攔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，減少了紊動切應(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)生飽和的機會降低，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水流結(jié)構(gòu)的影響，為了探討岸邊植物壩對水流的影響情況以及不同植被類型植物壩對水流產(chǎn)生的不同作用效果，在沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)水工大廳進行了植物壩的水槽模型試驗研究。

1 室內(nèi)模型試驗設(shè)計

1.1 試驗裝置及設(shè)備

試驗在沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)水工大廳進行，試驗設(shè)備主要有：水槽主體、供流水泵、量水堰等。槽首設(shè)有進水閥門和靜水池，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，用于量測流量。模型試驗用水由循環(huán)供水系統(tǒng)供給，能夠保證水流狀態(tài)一直為恒定流。水槽主體長度為7 m，寬94 cm，高22 cm，底坡i=13%。

本次試驗的水位采用30 cm長的鋼尺測量，流速采用LS-501D型直讀式流速儀測量。

1.2 試驗方法及方案

試驗在3種不同流量下進行，分別為Q1=10 m3/s，Q2=14.5 m3/s，Q3=18.1 m3/s 。

試驗中將模擬挺水植物、木樁、垂柳3種常見生態(tài)修復(fù)工程中用來護岸、穩(wěn)定河勢的植被，研究其對水流產(chǎn)生的不同作用效果。為較真實地模擬天然植被，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，試驗中用高5 cm裝飾塑料草模擬挺水植物；直徑12 mm的有機玻璃棒模擬木樁；直徑8 mm的有機玻璃棒向下粘貼倒置塑料草模擬垂柳。

被實踐所證明的。通過本次模型試驗，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，即水流穿過植物叢的過程，就是植物阻力引起水流能量損失的過程。（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，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高度0.8H處，植物作用下的垂線流速在相對高度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。

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

參考文獻：

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

[2]夏繼紅，嚴忠民. 國內(nèi)外城市河道生態(tài)型護岸研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J]. 中國水土保持，2004，（3）：20-21.

[3]劉世奇，陳靜曦，王吉利. 植被護坡技術(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)機理及河寬動力調(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研究[J]. 新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，2003，26（2）：59-64.endprint

摘要：岸邊種植植物壩是穩(wěn)定河勢、修復(fù)生態(tài)的一種有效措施。通過室內(nèi)模型試驗，探討了在岸邊種植不同類型植被對水流的影響。由試驗得出，在岸邊種植植物壩主要對植物壩體段和植物壩后段的水流具有阻水作用，不同的植被類型對水流沿程作用特點不同，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：TV133 文獻標(biāo)志碼：A

文章編號：1002-1302（2014）08-0378-03

遼河干流河勢不穩(wěn)，主河道游蕩，河岸、灘地侵蝕嚴重，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、植物失去了適生環(huán)境。目前，遼河干流現(xiàn)有護灘、護岸等河勢穩(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穩(wěn)定技術(shù)可以穩(wěn)定河勢，改善河流水質(zhì)，提高防洪、蓄洪能力。多年的研究實踐證明：植物“柔性壩”對增大水流阻力、降低流速、穩(wěn)定河勢具有顯著作用^[1]。樹葉與植物的殘渣能夠攔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，減少了紊動切應(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)生飽和的機會降低，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水流結(jié)構(gòu)的影響，為了探討岸邊植物壩對水流的影響情況以及不同植被類型植物壩對水流產(chǎn)生的不同作用效果，在沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)水工大廳進行了植物壩的水槽模型試驗研究。

1 室內(nèi)模型試驗設(shè)計

1.1 試驗裝置及設(shè)備

試驗在沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)水工大廳進行，試驗設(shè)備主要有：水槽主體、供流水泵、量水堰等。槽首設(shè)有進水閥門和靜水池，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，用于量測流量。模型試驗用水由循環(huán)供水系統(tǒng)供給，能夠保證水流狀態(tài)一直為恒定流。水槽主體長度為7 m，寬94 cm，高22 cm，底坡i=13%。

本次試驗的水位采用30 cm長的鋼尺測量，流速采用LS-501D型直讀式流速儀測量。

1.2 試驗方法及方案

試驗在3種不同流量下進行，分別為Q1=10 m3/s，Q2=14.5 m3/s，Q3=18.1 m3/s 。

試驗中將模擬挺水植物、木樁、垂柳3種常見生態(tài)修復(fù)工程中用來護岸、穩(wěn)定河勢的植被，研究其對水流產(chǎn)生的不同作用效果。為較真實地模擬天然植被，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，試驗中用高5 cm裝飾塑料草模擬挺水植物；直徑12 mm的有機玻璃棒模擬木樁；直徑8 mm的有機玻璃棒向下粘貼倒置塑料草模擬垂柳。

被實踐所證明的。通過本次模型試驗，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，即水流穿過植物叢的過程，就是植物阻力引起水流能量損失的過程。（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，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高度0.8H處，植物作用下的垂線流速在相對高度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。

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

參考文獻：

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

[2]夏繼紅，嚴忠民. 國內(nèi)外城市河道生態(tài)型護岸研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J]. 中國水土保持，2004，（3）：20-21.

[3]劉世奇，陳靜曦，王吉利. 植被護坡技術(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)機理及河寬動力調(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研究[J]. 新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，2003，26（2）：59-64.endprint

摘要：岸邊種植植物壩是穩(wěn)定河勢、修復(fù)生態(tài)的一種有效措施。通過室內(nèi)模型試驗，探討了在岸邊種植不同類型植被對水流的影響。由試驗得出，在岸邊種植植物壩主要對植物壩體段和植物壩后段的水流具有阻水作用，不同的植被類型對水流沿程作用特點不同，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：TV133 文獻標(biāo)志碼：A

文章編號：1002-1302（2014）08-0378-03

遼河干流河勢不穩(wěn)，主河道游蕩，河岸、灘地侵蝕嚴重，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、植物失去了適生環(huán)境。目前，遼河干流現(xiàn)有護灘、護岸等河勢穩(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穩(wěn)定技術(shù)可以穩(wěn)定河勢，改善河流水質(zhì)，提高防洪、蓄洪能力。多年的研究實踐證明：植物“柔性壩”對增大水流阻力、降低流速、穩(wěn)定河勢具有顯著作用^[1]。樹葉與植物的殘渣能夠攔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，減少了紊動切應(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)生飽和的機會降低，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水流結(jié)構(gòu)的影響，為了探討岸邊植物壩對水流的影響情況以及不同植被類型植物壩對水流產(chǎn)生的不同作用效果，在沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)水工大廳進行了植物壩的水槽模型試驗研究。

1 室內(nèi)模型試驗設(shè)計

1.1 試驗裝置及設(shè)備

試驗在沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)水工大廳進行，試驗設(shè)備主要有：水槽主體、供流水泵、量水堰等。槽首設(shè)有進水閥門和靜水池，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，用于量測流量。模型試驗用水由循環(huán)供水系統(tǒng)供給，能夠保證水流狀態(tài)一直為恒定流。水槽主體長度為7 m，寬94 cm，高22 cm，底坡i=13%。

本次試驗的水位采用30 cm長的鋼尺測量，流速采用LS-501D型直讀式流速儀測量。

1.2 試驗方法及方案

試驗在3種不同流量下進行，分別為Q1=10 m3/s，Q2=14.5 m3/s，Q3=18.1 m3/s 。

試驗中將模擬挺水植物、木樁、垂柳3種常見生態(tài)修復(fù)工程中用來護岸、穩(wěn)定河勢的植被，研究其對水流產(chǎn)生的不同作用效果。為較真實地模擬天然植被，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，試驗中用高5 cm裝飾塑料草模擬挺水植物；直徑12 mm的有機玻璃棒模擬木樁；直徑8 mm的有機玻璃棒向下粘貼倒置塑料草模擬垂柳。

被實踐所證明的。通過本次模型試驗，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，即水流穿過植物叢的過程，就是植物阻力引起水流能量損失的過程。（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，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高度0.8H處，植物作用下的垂線流速在相對高度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。

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

參考文獻：

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

[2]夏繼紅，嚴忠民. 國內(nèi)外城市河道生態(tài)型護岸研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J]. 中國水土保持，2004，（3）：20-21.

[3]劉世奇，陳靜曦，王吉利. 植被護坡技術(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)機理及河寬動力調(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研究[J]. 新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，2003，26（2）：59-64.endprint