一种滩地树木糙率的计算方法技术

本发明专利技术涉及一种滩地树木糙率的计算方法，其通过将不同的直径及间距的树木进行分区加糙，更贴近实际，同时，通过树木直径、树木间距和水深几个参数即计算出树木的糙率，考虑的因素少，可大大简化糙率计算过程。同时，本发明专利技术计算出的糙率准确率高，可提高数学模型或者物理模型研究河道行洪时滩地树木阻力的准确度。模型研究河道行洪时滩地树木阻力的准确度。模型研究河道行洪时滩地树木阻力的准确度。

【技术实现步骤摘要】
一种滩地树木糙率的计算方法


[0001]本专利技术属于河流动力学
，涉及河道行洪情况下，滩地树木的阻水影响，具体涉及一种滩地树木糙率的计算方法。

技术介绍

[0002]河道生态环境日益受到人们重视，滩地植树在河道生态修复中起着重要作用，在美化环境、防冲固土的同时，也增大了河道水流阻力，抬高了河道行洪水位，研究树木对行洪的影响对于河道防洪至关重要。目前，通常采用数学模型或物理模型研究河道的行洪能力，其中，考虑滩地树木的阻力的方法之一是通过研究树木的阻力系数，进而得出阻力计算公式，再在数模中增加阻力项进行模拟计算，或在物理模型试验中通过加糙来实现滩地阻力模拟。在数模或物模研究中，将树木阻力概化为糙率是较为简单、直观的方法，已有的植物糙率研究中，往往采用综合糙率，考虑了较多的影响因素，如河道断面平均流速、河宽等，而实际上河道中的树木仅位于滩地部分区域，对水流的阻力属于局部阻力影响，因此就导致了糙率的准确性较差。

技术实现思路

[0003]本专利技术提出一种准确性更高的滩地树木糙率的计算方法。
[0004]本专利技术所采用的技术方案为：
[0005]一种滩地树木糙率的计算方法，包括如下步骤：
[0006]步骤a、测量待研究区域内多棵滩地树木的直径，同时，多次测量待研究区域内任意两棵滩地树木间距；根据滩地树木的直径、间距，将待研究区域划分为若干子研究区域，每个子研究区域内滩地树木直径与该子研究区域内滩地树木直径平均值的偏差在第一设定范围内，每个子研究区域内滩地树木间距与该子研究区域内滩地树木间距平均值的偏差在第二设定范围内；
[0007]步骤b、任选一子研究区域，以该子研究区域内滩地树木直径平均值作为该子研究区域滩地树木直径D；以该子研究区域内滩地树木间距平均值作为该研究区域滩地树木间距L；
[0008]步骤c、确定选取的子研究区域滩地树木所在位置的水深H；
[0009]步骤d、重复步骤b和c，并通过公式：计算出所有子研究区域滩地树木的糙率n。
[0010]进一步地，步骤a中，第一、第二设定范围均为10％。
[0011]进一步地，步骤a中，测量滩地树木时，采用卡尺测量；测量滩地树木间距时，采用激光测距仪测量。
[0012]进一步地，步骤b中，任一子研究区域内，滩地树木直径滩地树木间距
M＞2，为该子研究区域内测量直径的滩地树木个数；N＞2，为该子研究区域内测量滩地树木间距的次数；i和j均为序号。
[0013]进一步地，步骤c中，收集河道对应于子研究区域的水位信息，包括设计洪水位、多年平均水位和滩地高程，通过水位减去滩地高程，即可确定不同水位下滩地的水深H。
[0014]本专利技术的有益效果在于：
[0015]本专利技术通过将不同直径及间距的滩地树木进行分区加糙，更贴近实际，同时，通过树木直径、树木间距和水深几个参数即计算出树木的糙率，考虑的因素少，可大大简化糙率计算过程。同时，本专利技术计算出的糙率准确率高，可提高数学模型或者物理模型研究河道行洪时树木阻力的准确度(计算出其分区的糙率值后，在数模或物模中对于滩地分区域设置糙率值很容易实现)。
附图说明
[0016]图1为研究区域内滩地树木立面、树干平面位置示意图；
[0017]图2为试验水槽示意图；
[0018]图3为糙率随水深变化图；
[0019]图4为糙率计算值与试验值对比图；
具体实施方式
[0020]下面结合附图对本专利技术的技术方案作进一步地详细说明。
[0021]一种滩地树木糙率的计算方法，如图1所示，适用于滩地树木平面投影的排列方式为正方形，且树木非淹没情况(树冠未淹没)，包括如下步骤：
[0022]步骤a、测量待研究区域内多棵滩地树木的直径，同时，多次测量待研究区域内任意两棵滩地树木间距。根据滩地树木的直径、间距，将待研究区域划分为若干子研究区域，每个子研究区域内滩地树木直径与该子研究区域内滩地树木直径平均值的偏差在第一设定范围内，每个子研究区域内滩地树木间距与该子研究区域内滩地树木间距平均值的偏差在第二设定范围内。第一、第二设定范围均为10％。测量滩地树木时，采用卡尺测量。测量滩地树木间距时，采用激光测距仪测量。
[0023]步骤b、任选一子研究区域，以该子研究区域内滩地树木直径平均值作为该子研究区域滩地树木直径D。以该子研究区域内滩地树木间距平均值作为该研究区域滩地树木间距L。
[0024]任一子研究区域内，滩地树木直径滩地树木间距M＞2，为该子研究区域内测量直径的滩地树木个数。N＞2，为该子研究区域内测量滩地树木间距的次数。i和j均为序号。
[0025]步骤c、确定选取的子研究区域滩地树木所在位置的水深H。
[0026]收集河道对应于子研究区域的水位信息，包括设计洪水位、多年平均水位和滩地高程，通过水位减去滩地高程，即可确定不同水位下滩地的水深H。
[0027]步骤d、重复步骤b和c，并通过公式：计算出所有子研究区域滩地树木的糙率n。
[0028]为对本专利技术的滩地树木糙率计算方法进行验证，专利技术人进行了水槽试验。如图2所示，试验用水槽长20m、宽0.8m、高0.5m，底坡3
‰
，上游流量由矩形量水堰控制，水槽进口处设置翻水堰，以及消能设施以平缓水流，下游水位由手动翻板尾门控制。试验段长1.5m，宽0.8m，位于水槽中段，试验段上、下游各设置一个水位站，水位由水位测针测量。
[0029]树木采用不锈钢丝模拟，直径3mm，长33cm，布置间距分别为3cm、6cm、12cm、24cm。试验的水深条件采用0.1m、0.15m、0.2m、0.25m、0.3m，通过尾门控制试验水深，调节上游流量，研究不同水流条件下的糙率情况。
[0030]图3所示为在不同“树木”间距下，明渠糙率随深水变化情况，可见随着水深的增大，糙率呈增大趋势，这是非淹没植物糙率变化与淹没植物及无植物明渠水流的不同之处。在同样的水深条件下，显而易见，植物的间距越小，糙率越大。
[0031]图4为通过本专利技术的糙率计算出的值与本次试验所得出的糙率试验值的比较结果，可见糙率试验值与计算值基本在对角线周围，因此本专利技术中的糙率公式拟合度较好。
[0032]以上所述，仅为本专利技术的具体实施方式，但本专利技术的保护范围并不局限于此，任何熟悉本
的技术人员在本专利技术揭露的技术方法范围内，可轻易想到的替换或变换方法，都应该涵盖在本专利技术的保护范围之内。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种滩地树木糙率的计算方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤a、测量待研究区域内多棵滩地树木的直径，同时，多次测量待研究区域内任意两棵滩地树木间距；根据滩地树木的直径、间距，将待研究区域划分为若干子研究区域，每个子研究区域内滩地树木直径与该子研究区域内滩地树木直径平均值的偏差在第一设定范围内，每个子研究区域内滩地树木间距与该子研究区域内滩地树木间距平均值的偏差在第二设定范围内；步骤b、任选一子研究区域，以该子研究区域内滩地树木直径平均值作为该子研究区域滩地树木直径D；以该子研究区域内滩地树木间距平均值作为该研究区域滩地树木间距L；步骤c、确定选取的子研究区域滩地树木所在位置的水深H；步骤d、重复步骤b和c，并通过公式：计算出所有子研究区域滩地树木的糙率n。2.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：姬昌辉，谢瑞，张幸农，假冬冬，王永平，申霞，于剑，
申请(专利权)人：水利部交通运输部国家能源局南京水利科学研究院，
类型：发明
国别省市：