植被斑作用下生态河道水流结构及纵向混合机理研究

生态河道对河流（网）水系的水环境保护与可持续发展起到重要作用，因此开展生态河道水流结构及其污染物混合输移特性的研究就显得更为迫切和重要。本项目研究的主要内容集中在三个方面，其一为生态河道植被、水流与河床边界耦合作用机理研究，其二生态河道阻力特性研究；其三为生态河道纵向离散系数研究，进而拓展为湿地泰勒弥散分析研究。最终获得了多种植被类型多种分布方式下生态河道水流流场结构特性，揭示了水流、植被和河床之间的相互作用机理，形成了一整套基于试验研究、理论分析、数值解法的勾勒三者作用与效应的生态河道水力学体系；在植被与水流相互作用形成的阻力特性方面，提出了新河床概念，给出植被水流过流能力计算新公式，统一了明渠水力学谢才公式；基于奇克维度（Chickwendu）的N区纵向离散模型，提出了生态河道纵向离散系数新公式；基于多孔介质流体动力学控制方程组，解析出湿地流动泰勒弥散分析解，完善了泰勒弥散理论。这些成果完善了生态环境水力学的理论，对当前生态河道环境影响评价和生态河道整治具有直接的应用前景。 2100433B

目前对生态河道的研究主要集中在河流生态恢复的研究，生态河道实践工程的研究和生态河道影响因素的定性研究上。而对生态河道水流结构特性是否有利于河势的稳定，行洪能力如何，污染物在生态河道中混合输移行为如何变化等研究的较少。本研究将生态河道水流概化为多个典型形式的植被斑明渠水流，研究植被斑的水动力学特性，揭示植被斑与河床断面形状形成二次流联合作用下水流时均与紊动特性，探究河床切应力的分布，以实现植被斑与河床边界对水流的控制，使得生态河道具有稳定的河势，以达到生态河道的可持续发展。进而建立描述植被斑水流的三维水动力学模型和水深平均二维模型，以及基于植被斑阻力模型的一维非恒定水流模型，以实现生态河道植被水流特性的数学描述。同时就植被斑内与斑间动量交换进行分析，揭示植被斑对纵向混合的影响。在试验与理论分析基础上给出植被斑作用下生态河道纵向离散系数的理论描述。该成果为生态河道设计和环境影响评估奠定基础。

索结构中的模态作用研究将从索结构在简单激励、复杂激励条件下的多模态相互作用、索-梁组合结构的模态作用、考虑模态作用下索结构的全局分析等几个方面展开，由此对索结构在考虑模态作用情况下的非线性动力学进行更深入的研究，包括非线性响应、运动稳定性、分叉、混沌的研究，旨在进一步发展索结构的非线性动力学，更加深入认识索在考虑模态作用情况下的各种复杂运动性态，全面了解索结构的各种运动性能的规律性。与此同时，以悬索为例对不同分析方法(直接法与离散法)在结构非线性动力学中的差别和影响进行研究。从而更加丰富索结构的非线性动力学，为索结构在工程实际中的广泛应用提供理论保证。同时为结构非线性动力学研究方法提供理论基础。 2100433B

纵向混合，污水进入宽浅河道后,先在垂向混合,然后沿横向扩散,当在横断面上均匀混合后,向下游扩散的现象。此时,已不存在横向展宽,主要是沿纵向扩散,且以纵向离散为主。发生在离排污口较远的区域,属于污水进入河道后混合的一维纵向离散阶段。

污泥絮体结构与其脱水性能密切相关，了解污泥表面基本信息，探究污泥絮体形态结构特征，可为改善污泥调质效果提供新的信息和视角。目前，探讨污泥调质的作用效果基本上是沿用传统的絮凝作用机理，对于污泥的调质机理的讨论较多地停留在宏观指标的定性分析和控制上，很少定量地研究污泥调质作用下，其形态结构与脱水性能的关系。本课题从污泥絮体的分形结构出发，应用现代结构表征技术，结合分形理论，可以更接近真实地刻画絮凝体结构及其生长模式。通过探讨不同调质方法和作用条件下，污泥絮体的结构形态、强度、密实性等与脱水效率之间的关系，建立污泥脱水的分形结构模型，为指导污泥调质方法的选择和过程控制提供理论依据。