王雨杭 韩东睿 吴挺峰 林颖典

刚性植被对沿坡运动泥沙异重流动力及湍流特性的影响*

王雨杭1韩东睿1吴挺峰2林颖典1①

(1. 浙江大学海洋学院 舟山 316021; 2. 中国科学院南京地理与湖泊研究所 南京 210008)

开展一系列开闸式斜坡泥沙异重流水槽实验, 采用高速相机记录异重流发展过程, 并利用声学多普勒流速仪(acoustic doppler velocimeter, ADV)获取泥沙异重流的速度、浓度及湍流结构, 探究刚性植被对异重流运动特性的影响。实验结果表明:随着植被高度的增大, 泥沙异重流的头部与尾部发生分离, 且植被高度对异重流头部速度削减作用的重要性大于植被密度; 受植被作用的影响, 异重流速度剖面的峰值位置和峰值大小均发生改变; 此外, 由于植被与异重流相互作用产生的湍流, 使异重流的泥沙浓度剖面发生改变, 并使悬浮于流体中的泥沙颗粒向上输运。本研究的结论对自然环境保护、水下工程建设等生产实际问题提供重要的科学依据。

泥沙异重流; 斜坡; 刚性植被; 湍流

异重流(gravity current)是指两种或两种以上不同密度流体相互接触时, 密度差异的存在, 使得其中一种流体能够沿着交界面流动, 且不与其他流体发生全局性混掺的运动现象(张瑞瑾, 2002)。当密度差异是由于重流体内悬浮的泥沙等颗粒物造成时, 该类异重流被称为泥沙异重流(particle-laden gravity current), 又被称为浊流(turbidity current)(Ouillon, 2019)。泥沙异重流是陆地、湖泊、海洋泥沙输移的主要动力, 也是深海沉积岩系统、海底峡谷的主要成因(唐武等, 2016)。

由于自然界中……