不同植被類型植物壩對水流的影響

李春生+柏青+李波

摘要：岸邊種植植物壩是穩定河勢、修復生態的一種有效措施。通過室內模型試驗，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。

關鍵詞：植被類型；植物壩；水流特征

中圖分類號：TV133 文獻標志碼：A

文章編號：1002-1302（2014）08-0378-03

遼河干流河勢不穩，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，對干流兩側河岸生態緩沖帶和河道濕地產生影響，加快河流生態系統退化，使眾多動、植物失去了適生環境。目前，遼河干流現有護灘、護岸等河勢穩定措施多以混凝土、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、景觀與生物棲息環境。建立多泥沙條件下河勢穩定技術可以穩定河勢，改善河流水質，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，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，減少了土壤發生飽和的機會降低，有利于河岸的穩定^[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構的影響，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生的不同作用效果，在沈陽農業大學水工大廳進行了植物壩的水槽模型試驗研究。

1 室內模型試驗設計

1.1 試驗裝置及設備

試驗在沈陽農業大學水工大廳進行，試驗設備主要有：水槽主體、供流水泵、量水堰等。槽首設有進水閥門和靜水池，靜水池中的消能柵板，用于穩定水流。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供水系統供給，能夠保證水流狀態一直為恒定流。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種常見生態修復工程中用來護岸、穩定河勢的植被，研究其對水流產生的不同作用效果。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，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；垂柳兼具挺水植物所有的柔性樹冠順水流擺動，也有木樁具備的樹干穩水。工程上可以依據水深、種植條件等限制條件的不同，選取相應的植被類型。（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果，對于確定一種合適的植被起到指導作用考慮。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”過流水動力學特性及其固沙機理研究[D]. 烏魯木齊：新疆農業大學，2011.

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

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

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

[5]拾 兵. 植物治沙力學機理及河寬動力調整研究[D]. 成都：四川大學，1998.

[6]程 艷，李 森，邱秀云，等. 河渠種樹水流特性試驗研究[J]. 新疆農業大學學報，2003，26（2）：59-64.endprint

摘要：岸邊種植植物壩是穩定河勢、修復生態的一種有效措施。通過室內模型試驗，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。

關鍵詞：植被類型；植物壩；水流特征

中圖分類號：TV133 文獻標志碼：A

文章編號：1002-1302（2014）08-0378-03

遼河干流河勢不穩，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，對干流兩側河岸生態緩沖帶和河道濕地產生影響，加快河流生態系統退化，使眾多動、植物失去了適生環境。目前，遼河干流現有護灘、護岸等河勢穩定措施多以混凝土、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、景觀與生物棲息環境。建立多泥沙條件下河勢穩定技術可以穩定河勢，改善河流水質，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，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，減少了土壤發生飽和的機會降低，有利于河岸的穩定^[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構的影響，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生的不同作用效果，在沈陽農業大學水工大廳進行了植物壩的水槽模型試驗研究。

1 室內模型試驗設計

1.1 試驗裝置及設備

試驗在沈陽農業大學水工大廳進行，試驗設備主要有：水槽主體、供流水泵、量水堰等。槽首設有進水閥門和靜水池，靜水池中的消能柵板，用于穩定水流。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供水系統供給，能夠保證水流狀態一直為恒定流。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種常見生態修復工程中用來護岸、穩定河勢的植被，研究其對水流產生的不同作用效果。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，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；垂柳兼具挺水植物所有的柔性樹冠順水流擺動，也有木樁具備的樹干穩水。工程上可以依據水深、種植條件等限制條件的不同，選取相應的植被類型。（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果，對于確定一種合適的植被起到指導作用考慮。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”過流水動力學特性及其固沙機理研究[D]. 烏魯木齊：新疆農業大學，2011.

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

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

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

[5]拾 兵. 植物治沙力學機理及河寬動力調整研究[D]. 成都：四川大學，1998.

[6]程 艷，李 森，邱秀云，等. 河渠種樹水流特性試驗研究[J]. 新疆農業大學學報，2003，26（2）：59-64.endprint

摘要：岸邊種植植物壩是穩定河勢、修復生態的一種有效措施。通過室內模型試驗，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。

關鍵詞：植被類型；植物壩；水流特征

中圖分類號：TV133 文獻標志碼：A

文章編號：1002-1302（2014）08-0378-03

遼河干流河勢不穩，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，對干流兩側河岸生態緩沖帶和河道濕地產生影響，加快河流生態系統退化，使眾多動、植物失去了適生環境。目前，遼河干流現有護灘、護岸等河勢穩定措施多以混凝土、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、景觀與生物棲息環境。建立多泥沙條件下河勢穩定技術可以穩定河勢，改善河流水質，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，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，減少了土壤發生飽和的機會降低，有利于河岸的穩定^[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構的影響，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生的不同作用效果，在沈陽農業大學水工大廳進行了植物壩的水槽模型試驗研究。

1 室內模型試驗設計

1.1 試驗裝置及設備

試驗在沈陽農業大學水工大廳進行，試驗設備主要有：水槽主體、供流水泵、量水堰等。槽首設有進水閥門和靜水池，靜水池中的消能柵板，用于穩定水流。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供水系統供給，能夠保證水流狀態一直為恒定流。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種常見生態修復工程中用來護岸、穩定河勢的植被，研究其對水流產生的不同作用效果。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，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；垂柳兼具挺水植物所有的柔性樹冠順水流擺動，也有木樁具備的樹干穩水。工程上可以依據水深、種植條件等限制條件的不同，選取相應的植被類型。（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果，對于確定一種合適的植被起到指導作用考慮。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”過流水動力學特性及其固沙機理研究[D]. 烏魯木齊：新疆農業大學，2011.

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

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

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

[5]拾 兵. 植物治沙力學機理及河寬動力調整研究[D]. 成都：四川大學，1998.

[6]程 艷，李 森，邱秀云，等. 河渠種樹水流特性試驗研究[J]. 新疆農業大學學報，2003，26（2）：59-64.endprint