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道路表面水膜厚度预测模型

交通运输工程学报 2004年第3期4卷 1-3页

作者：季天剑黄晓明刘清泉唐国奇东南大学交通学院江苏南京210096 交通部公路科学研究所北京100088

针对道路表面的坡面水流受降雨和坡面粗糙程度的影响,是一个高度非线性空间分布的过程,一般模型很难精确描述。建立了基于人工神经网络的道路表面水膜厚度预测模型,以降雨强度、坡度、坡长和坡面的粗糙程度为输入层,水膜厚度为输出层,... 详细信息

针对道路表面的坡面水流受降雨和坡面粗糙程度的影响,是一个高度非线性空间分布的过程,一般模型很难精确描述。建立了基于人工神经网络的道路表面水膜厚度预测模型,以降雨强度、坡度、坡长和坡面的粗糙程度为输入层,水膜厚度为输出层,隐含层为6个神经元,通过试验数据的训练,确定了网络的权重和阈值。应用结果表明该模型预测的水膜厚度与测量值的相关系数为0 98,误差平方和为3 08,这说明该模型用于道路表面水膜厚度预估是可行的。

关键词：道路工程坡面水流人工神经网络路面水膜厚度

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沥青路面表面水膜厚度试验

公路交通科技 2004年第12期21卷 14-17页

作者：季天剑黄晓明刘清泉唐国奇东南大学交通学院江苏南京210096 交通部公路科学研究所北京100088

汽车在有水膜覆盖的路面上行驶时,轮胎与路面之间的附着力降低程度与道路表面水膜厚度有关,道路表面的水膜厚度越厚,附着力降低越多。道路表面的水膜厚度和下面几个因素有关:降雨强度,坡面的构造深度、长度以及坡度。本项目修建9个试验... 详细信息

汽车在有水膜覆盖的路面上行驶时,轮胎与路面之间的附着力降低程度与道路表面水膜厚度有关,道路表面的水膜厚度越厚,附着力降低越多。道路表面的水膜厚度和下面几个因素有关:降雨强度,坡面的构造深度、长度以及坡度。本项目修建9个试验段,包括3种不同的沥青混合料级配和3种不同的坡度,并且进行了人工降雨试验,实测了表面的水膜厚度。根据测得的试验数据,回归了水膜厚度的计算公式,该式和英国的经验公式相比,能够反映出坡面粗糙程度对水膜厚度的影响,可以用于工程实践,预估道路表面的水膜厚度。

关键词：道路工程坡面水流沥青路面水膜厚度

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降雨作用下坡面侵蚀的水动力机理

生态环境 2008年第6期17卷 2440-2444页

作者：吴永何思明李新坡中国科学院水利部成都山地灾害与环境研究所四川成都610041 中国科学院研究生院北京100039

降雨作用下的坡面侵蚀不仅导致严重的水土流失,同时也可能诱发严重的重力地质灾害如滑坡、泥石流等。研究其发生发展的机理以及内部理论规律对减灾防灾具有至关重要的作用。文章以水动力学公式为基础,从坡面颗粒侵蚀的水分环境角度入手... 详细信息

降雨作用下的坡面侵蚀不仅导致严重的水土流失,同时也可能诱发严重的重力地质灾害如滑坡、泥石流等。研究其发生发展的机理以及内部理论规律对减灾防灾具有至关重要的作用。文章以水动力学公式为基础,从坡面颗粒侵蚀的水分环境角度入手,分析了浸泡状态下松散颗粒和固定颗粒的侵蚀机理,揭示降雨作用下坡面水流与坡面颗粒间的相互作用关系,并给出各类型侵蚀发生所对应的临界降雨强度。最后,通过实例计算验证了理论的合理性。

关键词：降雨坡面水流颗粒侵蚀临界降雨强度

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坡面颗粒侵蚀的水力学机理

长江科学院院报 2009年第8期26卷 6-9页

作者：吴永何思明沈均中国科学院水利部成都山地灾害与环境研究所成都610041 中国科学院研究生院北京100039

坡面流作用下的颗粒侵蚀不仅导致严重的水土流失,同时也可能诱发严重的重力地质灾害如滑坡、泥石流等。研究其发生发展的机理以及内部理论规律对减灾防灾具有至关重要的作用。以水动力学公式为基础,从坡面颗粒侵蚀的水分环境角度入手,... 详细信息

坡面流作用下的颗粒侵蚀不仅导致严重的水土流失,同时也可能诱发严重的重力地质灾害如滑坡、泥石流等。研究其发生发展的机理以及内部理论规律对减灾防灾具有至关重要的作用。以水动力学公式为基础,从坡面颗粒侵蚀的水分环境角度入手,分析了浸泡状态下松散颗粒和固定颗粒的侵蚀机理,揭示坡面水流与坡面颗粒间的相互作用关系,给出各类型侵蚀发生所对应的临界条件。最后,通过实例计算验证了理论的合理性。

关键词：坡面水流颗粒侵蚀水力作用有效侵蚀力

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定床坡面流室内试验及流场数值模拟

定床坡面流室内试验及流场数值模拟

作者：郭慧杰兰州交通大学

学位级别：硕士

坡面流水深很小,受地表自然条件、降雨扰动的影响,其水力特性复杂,已有试验结论不大相同。坡面流水力特性的研究长期受到学术界和工程界关注,本文拟对受单雨滴影响的坡面流水力特性进行采用模型试验与数值模拟,为确定数值模拟模型、离... 详细信息

坡面流水深很小,受地表自然条件、降雨扰动的影响,其水力特性复杂,已有试验结论不大相同。坡面流水力特性的研究长期受到学术界和工程界关注,本文拟对受单雨滴影响的坡面流水力特性进行采用模型试验与数值模拟,为确定数值模拟模型、离散方法,进一步水力特性奠定一定基础。采用VOF计算模型对雨滴和坡面流进行自由表面追踪,结合标准紊流模型模拟了水、气两相流在雨滴降落过程中变化和落到坡面流中和坡面流各水力学特性参数的变化规律。主要研究内容有:(1)不同雨滴、降雨高度条件下,单雨滴落速、体积的变化,对水体流速的影响,水层厚度对打击力的影响。(2)基于室内定床坡面流放水和降雨试验,分析不同水深、不同坡度及不同床面粗糙度坡面流水力学特性参数(流速、雷诺数、傅汝德数和阻力系数)的变化规律;(3)进行放水条件下定床试验坡面流流速数值模拟,分析雷诺数、傅汝德数和阻力系数,与试验结果比较;(4)基于定床坡面流力学特性参数变化试验结果验证数值模拟结果,确定临界雷诺数。根据模拟与试验结果得出下列结论:(1)相同水层厚度下,终速越大,打击力越大,水层厚度的增大,打击力减小;随高度的增大,雨滴入水直径变小;在相同高度的条件下,随着雨滴直径的增大,雨滴入水直径增大。(2)在相同坡度下,随着粗糙度的增大,平均流速骤减后缓慢减小,最后达到平稳,雷诺数随着粗糙度的增大,骤减后缓慢增加,最后达到平稳;相同粗糙度情况下,随着坡度的增大平均流速增大;不同坡度情况下,雷诺数与坡度呈正比;同床面同流量条件下、随着坡度的增大,傅汝德数呈增加趋势,而阻力系数与坡度亦呈正势关系;相同坡度,不同粗糙度,傅汝德数随着阻力系数的增大而减小。(3)试验测得下临界雷诺数的值约为400。(4)不同降雨强度、坡度15o时,随着降雨强度的增大出现两种流态;雷诺数和傅汝德数随降雨量的增大呈增大趋势,阻力系数呈减小趋势。单宽流量相同时,修正系数随降雨量的增大呈先增大后减小趋势;不同降雨量时,流量与傅汝德数呈现递增趋势。

关键词：坡面水流数值模拟模型试验模拟降雨

小型冲蚀槽设计中水力学参数获取及冲蚀试验效果

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小型冲蚀槽设计中水力学参数获取及冲蚀试验效果

作者：张国彪华中农业大学

学位级别：硕士

我国红壤丘陵区开发利用强度大,土壤侵蚀成为该区土地退化的重要形式之一,水力侵蚀是该区土壤侵蚀的主要类型。研究薄层水流水力学特性,是研究水力侵蚀机理的基础。近年来利用实验室装置室内模拟坡面薄层水流来弄清楚坡面流水力学规律... 详细信息

我国红壤丘陵区开发利用强度大,土壤侵蚀成为该区土地退化的重要形式之一,水力侵蚀是该区土壤侵蚀的主要类型。研究薄层水流水力学特性,是研究水力侵蚀机理的基础。近年来利用实验室装置室内模拟坡面薄层水流来弄清楚坡面流水力学规律的试验研究越来越受到重视。本文依据前人研究结果,设计一种小型变坡定床冲蚀水槽,通过坡面流水力学特性试验以及粗颗粒泥沙（团聚体）在坡面流下的输移过程冲蚀试验来验证该装置的可靠性和实用性,试验取得的主要结果如下：（1）各水力学参数均达到设计值,能满足侵蚀试验要求,且与其他研究者研究结果在同一范围。该冲蚀水槽性能可靠,不同坡度及流量对各个水力学参数具有极显著影响,坡面水流冲蚀试验结果同其他研究者相比具有一致性。（2）坡面流流态主要以过渡流和紊流为主,通过佛汝德数Fr可知试验范围内坡面流全部为急流状态,层流和缓流很少出现;对于雷诺数Re来说,主要受流量影响,二者呈现极显著的线性正相关关系且与坡度无关;佛汝德数Fr可表示为坡度和流量的幂函数,拟合方程达到极显著水平,且坡度对Fr的影响要大于流量。Fr与Re呈现显著的幂函数关系,坡度对二者之间关系影响较大。（3）坡面流流速、平均水深和阻力系数均可表示为坡度和流量的幂函数方程,流量对三个参数影响均大于坡度,坡度对平均水深的影响要略大于对平均流速影响。可以直接利用流速大小来验证坡面流是急流还是缓流;而利用流速判断坡面流是层流还是紊流则需要考虑不同的坡度影响。一定坡度下阻力系数f与雷诺数Re和佛汝德数Fr均呈幂函数负相关关系。（4）随着坡度和流量的增加,水流剪切力、水流功率、单位水流功率三个参数均呈幂函数增加趋势,坡度对三个参数的影响程度要大于流量;与水流剪切力、水流功率和单位水流功率相关性能达到极显著水平的基本水力学参数是坡面流平均流速和佛汝德数Fr,在本试验研究范围内无论从力或是能量角度分析,反映水流流态的佛汝德数Fr是表征坡面流侵蚀力的最佳基本水力学参数。（5）不同坡度流量下坡面水流对团聚体输移过程中剥蚀程度有极显著差异,坡度的影响要大于流量,一定流量下团聚体的剥蚀程度随着坡度的增大而增加。缓坡条件（＜26.8%）下,团聚体剥蚀程度随着流量的增加出现减小趋势;陡坡条件下随着流量的增加团聚体剥蚀先减小后增大,二者呈抛物线拟合关系。从物理意义上看坡面流阻力系数和平均深度是表征坡面流输移过程中粗颗粒泥沙（团聚体）侵蚀状况的最佳水力学参数。坡面流综合性动力学参数水流剪切力和水流功率与泥沙输移过程下剥蚀程度的相关性均不显著。用平均水流深度与坡度的幂函数方程可以得到与坡度、流量拟合方程一样的决定系数,使得在坡面流输移过程下泥沙颗粒剥蚀大小预测精度大大增加。

关键词：冲蚀水槽坡面水流水力学参数团聚体剥蚀

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不同条件下黄土坡地养分流失特征及数学模型

不同条件下黄土坡地养分流失特征及数学模型

作者：赵光旭西安理工大学

学位级别：硕士

本文通过大量的野外人工模拟降雨试验和水流冲刷试验,并结合理论推导建立模型,研究了黄土坡地水土养分流失机制。降雨试验主要研究了腐殖质层厚度对地表径流养分和水分的影响;水流冲刷试验主要研究了坡长、植被类型等因素对坡地水土养... 详细信息

本文通过大量的野外人工模拟降雨试验和水流冲刷试验,并结合理论推导建立模型,研究了黄土坡地水土养分流失机制。降雨试验主要研究了腐殖质层厚度对地表径流养分和水分的影响;水流冲刷试验主要研究了坡长、植被类型等因素对坡地水土养分流失的影响,并且建立了相应条件下的水流和养分流失模型;同时还研究了植被过滤带的长度、植被类型和植被的种植密度对径流养分控制功效的影响。主要结论如下:（1）在降雨条件下,产流时间随着腐殖质层厚度的增加而增大;腐殖质的厚度越大,则径流量越小;腐殖质层对于野外坡地储蓄天然降雨具有很好的效益;径流中3种养分（水溶性磷、硝态氮、铵态氮）的浓度随着腐殖质层厚度的增加总体上有减小趋势,但并没有表现出明显的差异;腐殖质层厚度增加可以减少土壤养分的流失。（2）上方来水条件下的坡面水流数学模型可以很好的模拟地表径流过程,决定系数均在0.96以上,相对误差分别为2.35%（柠条）和2.32%（大豆）,说明模型的模拟精度较高。（3）上方来水条件下建立的有效混合深度模型可以较好地模拟相应条件下的径流养分浓度变化过程,决定系数均在0.9以上。当养分为硝态氮时,通过模型计算得到的径流养分累计流失量与实测数据之间的相对误差分别为6.6%（柠条）和5.9%（大豆）,养分为水溶性磷时,相对误差分别为5.1%（柠条）和6.3%（大豆）。（4）水流冲刷条件下的等效混合深度模型在模拟径流养分浓度方面具有很好的效果,其结果优于有效混合深度模型。当养分为硝态氮时,通过模型计算得到的径流养分累计流失量与实测值之间的相对误差分别为1.6%（柠条）和7.1%（大豆）,养分为水溶性磷时,相对误差分别为7.9%（柠条）和5.3%（大豆）。（5）随着植被过滤带长度的增加,植被过滤带对径流的削减作用增强,但是径流削减率和水量削减率并不是随着植被过滤带长度的增加而呈现相应的线性增长关系;吸附态氮、磷的流失量均是随着植被过滤带长度的增加而增大;随着长度的增加,溶解态氮、磷浓度的平均削减率逐渐降低。（6）当植被过滤带的植被类型为玉米时,其对径流的削减率最高;苜蓿对于减少吸附态氮、磷的流失量要好于其他植被;玉米过滤带对径流溶解态养分的削减效果好于其他植被过滤带;玉米对总氮的拦截效率要高于其他其他植被,大豆对总磷的拦截效率要高于其他其他植被。（7）平均径流削减率和平均水量削减率随着植被过滤带种植密度的增加而增大,植被的种植密度越大,则产沙量越少;吸附态氮、磷的流失总量均是随着植被种植密度的增大而减小;溶解态氮、磷的平均浓度削减率随着植被种植密度的增加而增大;总氮和总磷的削减率随着种植密度的增加而提高;地表径流中的氮、磷流失主要是以溶解态流失为主,总氮量和总磷量与径流量、泥沙量有显著的相关关系。（8）水流冲刷条件下植被过滤带对径流养分过滤作用的数学模型大体上可以模拟出径流硝态氮浓度的变化过程,决定系数均在0.78以上,相对误差维持在14.73%-18.22%之间,说明模型的模拟精度比较好。

关键词：水土养分流失植被过滤带腐殖质层坡面水流径流养分

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植物篱坡面输沙动力过程研究

植物篱坡面输沙动力过程研究

作者：王莹沈阳农业大学

学位级别：硕士

土壤侵蚀导致土壤退化、土地生产力降低,影响农业生产和粮食安全,植物篱具有减缓坡面流速和降低水流的输沙能力的作用。因此研究植物篱阻滞坡面土壤侵蚀动力机理具有重要意义。本文采用不同坡度、不同流量和不同植物篱宽度组合条件下的... 详细信息

土壤侵蚀导致土壤退化、土地生产力降低,影响农业生产和粮食安全,植物篱具有减缓坡面流速和降低水流的输沙能力的作用。因此研究植物篱阻滞坡面土壤侵蚀动力机理具有重要意义。本文采用不同坡度、不同流量和不同植物篱宽度组合条件下的室内径流冲刷试验,观测坡面径流流速、径流宽、接取水沙样等,分析坡面水沙输移过程中水动力学参数变化特征和输沙能力的变化特征,探讨水流输沙能力与水动力参数的关系。主要研究结果如下:(1)阐明了布设不同植物篱的坡面径流水动力学参数的变化特征雷诺数变化范围在650～1213之间,属于过渡流。弗劳德数Fr>1,水流的流型为急流。雷诺数Re和阻力系数的范围受植物篱宽度影响,随带宽的增大而增大。弗劳德数Fr的范围受坡度和带宽共同影响,带宽越大,弗劳德数Fr越大。阻力系数受流量和带宽共同影响,流量和带宽较大,阻力系数越大。同一流量下,植物篱宽度越大,对流速的减缓效果越好。径流剪切力大小的变化与阻力系数的变化相同,说明坡面流阻力对径流剪切力有重要影响。水流功率大小的变化与雷诺数的变化相近,说明水流流态对水流功率影响很大。单位水流功率的大小则主要与流速有关。(2)得出了影响布设不同植物篱的坡面输沙能力的主要因子植物篱宽度为0.5 m时,影响坡面输沙能力的主要因子为流量、雷诺数、流速、水流功率;植物篱宽度为1 m时,影响坡面输沙能力的主要因子为:水流功率、坡度、阻力系数、流量、雷诺数;植物篱宽度为2 m时,影响坡面输沙能力的主要因子为:流量、雷诺数、阻力系数、坡度、曼宁糙率系数。(3)提出了布设不同植物篱的坡面流输沙能力模拟模型三种植物篱宽,都可以用流量和流速线性模型表述输沙能力;植物篱宽度为0.5 m时,坡面的输沙能力可分别用雷诺数、流速的线性模型模拟;植物篱宽度为1 m时,坡面的输沙能力可分别用阻力系数、径流剪切力、水流功率、雷诺数和单位水流功率线性模型模拟;植物篱宽度为2 m时,坡面的输沙能力可分别用雷诺数、阻力系数、径流剪切力、水流功率线性模型模拟。

关键词：植物篱水动力学参数输沙能力坡面水流相关分析

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黄土高原的洞穴侵蚀与防治

中国科学院西北水土保持研究所集刊 1988年第1期 26-39页

作者：王斌科朱显谟唐克丽

本文通过野外调查和实验分析,运用区域对比的方法,从类型特征、地理分布和形成机制方面,分析讨论了洞穴侵蚀的基本特点和形成原因。文中作出了各种洞穴形成演化的示意图和黄土高原洞穴侵蚀略图,分析探讨了洞穴侵蚀的地理分布和形成过程... 详细信息

本文通过野外调查和实验分析,运用区域对比的方法,从类型特征、地理分布和形成机制方面,分析讨论了洞穴侵蚀的基本特点和形成原因。文中作出了各种洞穴形成演化的示意图和黄土高原洞穴侵蚀略图,分析探讨了洞穴侵蚀的地理分布和形成过程。结果表明:洞穴侵蚀是一种特殊的流水侵蚀类型.是沟蚀发生的重要环节和胚胎。洞穴侵蚀发育与黄土的疏松结构和节理裂隙密切相关。它具有一定的区域差异。以黄土高原典型黄土带和六盘山以西地区最为发育。并通过分析其危害和成因,为研究沟蚀发生、发展规律和洞穴侵蚀防治提供了依据。

关键词：黄土高原陷穴洞穴沟头中国科学院西北水土保持研究所集刊跌穴洞穴侵蚀水蚀坡面水流黄土地区黄土区