植被斑作用下生態(tài)河道水流結(jié)構(gòu)及縱向混合機理研究

生態(tài)河道對河流（網(wǎng)）水系的水環(huán)境保護與可持續(xù)發(fā)展起到重要作用，因此開展生態(tài)河道水流結(jié)構(gòu)及其污染物混合輸移特性的研究就顯得更為迫切和重要。本項目研究的主要內(nèi)容集中在三個方面，其一為生態(tài)河道植被、水流與河床邊界耦合作用機理研究，其二生態(tài)河道阻力特性研究；其三為生態(tài)河道縱向離散系數(shù)研究，進而拓展為濕地泰勒彌散分析研究。最終獲得了多種植被類型多種分布方式下生態(tài)河道水流流場結(jié)構(gòu)特性，揭示了水流、植被和河床之間的相互作用機理，形成了一整套基于試驗研究、理論分析、數(shù)值解法的勾勒三者作用與效應(yīng)的生態(tài)河道水力學體系；在植被與水流相互作用形成的阻力特性方面，提出了新河床概念，給出植被水流過流能力計算新公式，統(tǒng)一了明渠水力學謝才公式；基于奇克維度（Chickwendu）的N區(qū)縱向離散模型，提出了生態(tài)河道縱向離散系數(shù)新公式；基于多孔介質(zhì)流體動力學控制方程組，解析出濕地流動泰勒彌散分析解，完善了泰勒彌散理論。這些成果完善了生態(tài)環(huán)境水力學的理論，對當前生態(tài)河道環(huán)境影響評價和生態(tài)河道整治具有直接的應(yīng)用前景。 2100433B

目前對生態(tài)河道的研究主要集中在河流生態(tài)恢復的研究，生態(tài)河道實踐工程的研究和生態(tài)河道影響因素的定性研究上。而對生態(tài)河道水流結(jié)構(gòu)特性是否有利于河勢的穩(wěn)定，行洪能力如何，污染物在生態(tài)河道中混合輸移行為如何變化等研究的較少。本研究將生態(tài)河道水流概化為多個典型形式的植被斑明渠水流，研究植被斑的水動力學特性，揭示植被斑與河床斷面形狀形成二次流聯(lián)合作用下水流時均與紊動特性，探究河床切應(yīng)力的分布，以實現(xiàn)植被斑與河床邊界對水流的控制，使得生態(tài)河道具有穩(wěn)定的河勢，以達到生態(tài)河道的可持續(xù)發(fā)展。進而建立描述植被斑水流的三維水動力學模型和水深平均二維模型，以及基于植被斑阻力模型的一維非恒定水流模型，以實現(xiàn)生態(tài)河道植被水流特性的數(shù)學描述。同時就植被斑內(nèi)與斑間動量交換進行分析，揭示植被斑對縱向混合的影響。在試驗與理論分析基礎(chǔ)上給出植被斑作用下生態(tài)河道縱向離散系數(shù)的理論描述。該成果為生態(tài)河道設(shè)計和環(huán)境影響評估奠定基礎(chǔ)。

索結(jié)構(gòu)中的模態(tài)作用研究將從索結(jié)構(gòu)在簡單激勵、復雜激勵條件下的多模態(tài)相互作用、索-梁組合結(jié)構(gòu)的模態(tài)作用、考慮模態(tài)作用下索結(jié)構(gòu)的全局分析等幾個方面展開，由此對索結(jié)構(gòu)在考慮模態(tài)作用情況下的非線性動力學進行更深入的研究，包括非線性響應(yīng)、運動穩(wěn)定性、分叉、混沌的研究，旨在進一步發(fā)展索結(jié)構(gòu)的非線性動力學，更加深入認識索在考慮模態(tài)作用情況下的各種復雜運動性態(tài)，全面了解索結(jié)構(gòu)的各種運動性能的規(guī)律性。與此同時，以懸索為例對不同分析方法(直接法與離散法)在結(jié)構(gòu)非線性動力學中的差別和影響進行研究。從而更加豐富索結(jié)構(gòu)的非線性動力學，為索結(jié)構(gòu)在工程實際中的廣泛應(yīng)用提供理論保證。同時為結(jié)構(gòu)非線性動力學研究方法提供理論基礎(chǔ)。 2100433B

縱向混合，污水進入寬淺河道后,先在垂向混合,然后沿橫向擴散,當在橫斷面上均勻混合后,向下游擴散的現(xiàn)象。此時,已不存在橫向展寬,主要是沿縱向擴散,且以縱向離散為主。發(fā)生在離排污口較遠的區(qū)域,屬于污水進入河道后混合的一維縱向離散階段。

污泥絮體結(jié)構(gòu)與其脫水性能密切相關(guān)，了解污泥表面基本信息，探究污泥絮體形態(tài)結(jié)構(gòu)特征，可為改善污泥調(diào)質(zhì)效果提供新的信息和視角。目前，探討污泥調(diào)質(zhì)的作用效果基本上是沿用傳統(tǒng)的絮凝作用機理，對于污泥的調(diào)質(zhì)機理的討論較多地停留在宏觀指標的定性分析和控制上，很少定量地研究污泥調(diào)質(zhì)作用下，其形態(tài)結(jié)構(gòu)與脫水性能的關(guān)系。本課題從污泥絮體的分形結(jié)構(gòu)出發(fā)，應(yīng)用現(xiàn)代結(jié)構(gòu)表征技術(shù)，結(jié)合分形理論，可以更接近真實地刻畫絮凝體結(jié)構(gòu)及其生長模式。通過探討不同調(diào)質(zhì)方法和作用條件下，污泥絮體的結(jié)構(gòu)形態(tài)、強度、密實性等與脫水效率之間的關(guān)系，建立污泥脫水的分形結(jié)構(gòu)模型，為指導污泥調(diào)質(zhì)方法的選擇和過程控制提供理論依據(jù)。