基于连续性扩散流的湿地表面水流动力学模型
基于连续性扩散流的湿地表面水流动力学模型
东华大学环境科学与工程学院上海
中国科学院成都山地灾害与环境研究所四川
成都
摘要受表面密生植被的影响流加速度项相对于地表高密度植被造成的高阻力项相比湿地表面流的水流动力学方程中其水模型中的表面流流量采用修正模拟结果表明该模型能够体现
由此以水流连续性方程和忽略加速度项的
水流动力学方程为基础对于描述一般径流流态的圣维南双曲型偏微分方程组而言的曼宁方程描述关键词湿地表面流连续性扩散流水动力学圣维南方程水深越浅
水流模式变
但湿地又不是传统意义上的河湖水体由此形成了特异
根据长期观测资料利用数理统计方法或上述研究
更多的是根据观测资料和质量守恒原理一般对较大范围是适用的研究另外新兴的生态水力学目前重点在于河流水动力学和河流水生态系统之间的相湿地水流动力学机制
表层流产生于泥炭湿地的活动层和潜育湿地
一般认为多数湿地都存在明显的不透水下伏层所以垂向水力联系较表面流是由于湿地土壤完全被水饱和后基金项目
作者简介博士
湿地
湿地表面密生植被导致
与河流相比湿地表面流的水流特征为洪峰
一般河流水流形态可用圣维南方程组描述包括水流连续性方程和水流动力学方程其中的水流动
程组湿地表因此湿地表面流的水动其水流运动方程中只考虑重力动
分别为水平
分别为水平
为空
湿地表面流流量的定量描述可以采用修正的
一般湿地环境中
增大
上述方程的初始条件需要由地形高程
其边界条件分别为
在入流边界处
所示的非流边界假定水流不再向模拟区域外流
分别表示入流边界和出流边界的湿地表面
模型的数值求解
模型差分
图湿地表面流及其边界示意
其中
且
分别表示空间
方向以及时间
的定义可得
的差分定义
若
初边界条件差分
其中
初始条件的差分形式为
在非流边界
其边界条件的差分形式为
上述公式中
分别为
模型算例
问题描述
某湿地区域范围
初始表面流水深
假定入流稳定
则在入流边界有
以及
同样在出流边界有
模型求解结果
后
由图
和图
和图
分别对研究区域在模拟开始
模拟结果见图
后其流场
后其水面高程和表面流水
在深有一定变化区域内水深趋于增加这可能是由于湿地区域微地貌或者植物阻水作用导致出流缓慢所提取图
中的几条等值线进行分析可以
发现水流越
这是由于水流越深其受到的湿地地表植
若水深远大于湿地挺水植物高度
后模拟区域的水深变
后的水深变化有同样趋势
图
结论
和描述一般地表径流流态的圣
力学方程相结合维南方程组对比不象水流在明渠流中的运动模拟结果还揭示出连续性的湿地表面径流具有
随水深变化而变化的特点水流越浅说明研制的基于连续性扩散流的湿地表面水流动力学模型应用于小范围湿地表
本研究中采用的湿地地表糙率方程是已有的经验公式这是本模型模拟结果深以及湿地表面植物密度的定量关系
陈宜瑜主编
陆健健何文珊童富春王伟北京
左其亭
王中根郑州
张行南井立阳等
陈求稳欧阳志云
李韵珠李保国北京
芮效芳北京
罗先香
袁尉平张令敏黄新芹等
薛定宇
陈阳泉
北京
南京