本實(shí)用新型涉及環(huán)境水力學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種確定城市生態(tài)河道水流阻力的模擬系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

生態(tài)化是現(xiàn)代城市河道規(guī)劃設(shè)計的趨勢。在河道種植水生植物從而形成濱岸植被帶，是構(gòu)建城市生態(tài)河道的重要措施之一。

城市生態(tài)河道的規(guī)劃設(shè)計主要根據(jù)行洪量來確定河道斷面尺寸和底坡，而在考慮行洪阻力時，目前還沒有專門針對城市生態(tài)河道水流阻力的設(shè)計手冊，主要根據(jù)植被疏密程度對河道糙率進(jìn)行定性調(diào)整。

城市生態(tài)河道水流阻力計算不準(zhǔn)確，容易錯誤估計河道行洪能力，增加河道行洪風(fēng)險，導(dǎo)致城市發(fā)生洪澇災(zāi)害。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型提供了一種確定城市生態(tài)河道水流阻力的模擬系統(tǒng)，利用環(huán)境水利學(xué)理論知識以及力矩平衡原理，科學(xué)合理地實(shí)現(xiàn)對城市生態(tài)河道水流阻力的精確計算確定，為城市生態(tài)河道的規(guī)劃設(shè)計提供技術(shù)支持。

本實(shí)用新型解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案如下：提供了一種確定城市生態(tài)河道水流阻力的模擬系統(tǒng)，包括城市生態(tài)河道模擬系統(tǒng)和河道水流阻力測量系統(tǒng)，所述城市生態(tài)河道模擬系統(tǒng)包括模擬城市生態(tài)河道和模擬植被帶，所述模擬植被帶置于所述模擬城市生態(tài)河道中；

所述模擬城市生態(tài)河道包括水庫、抽水管道、變頻泵、超聲波流量計和 水槽，所述抽水管道的一端插入水庫，抽水管道的另一端通過超聲波流量計與所述變頻泵的一端連接，所述變頻泵的另一端接入水槽，所述水槽通過回水廊道與水庫相通；

所述模擬植被帶包括塑料板、模擬植被、鉚釘和螺紋連接件，其中，鉚釘插入帶有密集鉆孔的塑料板，模擬植被與鉚釘末端綁扎連接形成植被帶，塑料板中心位置設(shè)有螺紋連接件，塑料板通過螺紋連接件與所述河道水流阻力測量系統(tǒng)固定連接；

所述河道水流阻力測量系統(tǒng)包括杠桿、定滑輪和盛水容器，所述杠桿底端設(shè)有螺紋，所述螺紋與所述塑料板中心位置處的螺紋連接件匹配，實(shí)現(xiàn)所述植被帶與杠桿的固定，杠桿的頂端設(shè)有圓孔，所述定滑輪的一端通過杠桿頂端的圓孔與杠桿固定連接，所述定滑輪的另一端與盛水容器連接，整個杠桿的高度方向上每隔一段距離均設(shè)有鉆孔，將直徑略小于鉆孔直徑的鐵棒插入鉆孔作為杠桿支點(diǎn)，將鐵棒置于帶有固定裝置的水槽頂端，以調(diào)節(jié)植被帶進(jìn)入水中的深度。所述盛水容器為鋁制容器。

本實(shí)用新型的有益效果為：通過城市生態(tài)河道模擬系統(tǒng)以及力矩平衡原理建立河道水流阻力測量系統(tǒng)，結(jié)合水力學(xué)阻力理論知識得出不同水力條件下的水流阻力，并利用力矩平衡原理計算水流阻力，方便精確，填補(bǔ)了城市生態(tài)河道水流阻力研究的空白，為城市生態(tài)河道規(guī)劃設(shè)計提供技術(shù)支持。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本發(fā)明還可以作如下改進(jìn)。

進(jìn)一步的，所述模擬植被以塑料板中心線對稱排列。

所述進(jìn)一步的有益效果為：模擬植被以塑料板中心線對稱排列，能夠最大限度的消除植被自重對水力阻力測量系統(tǒng)的影響。

附圖說明

圖1為實(shí)施例1的一種確定城市生態(tài)河道水流阻力的模擬系統(tǒng)結(jié)構(gòu)連接 示意圖。

附圖中，各標(biāo)號所代表的部件名稱如下：

1、水庫，2、抽水管道，3、超聲波流量計，4、變頻泵，5、水槽，6、塑料板，7、鉚釘，8、模擬植被，9、螺紋連接，10、杠桿，11、定滑輪，12、鋁制容器，13、回水廊道。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對本實(shí)用新型的原理和特征進(jìn)行描述，所舉實(shí)例只用于解釋本實(shí)用新型，并非用于限定本實(shí)用新型的范圍。

實(shí)施例1

參見圖1，本實(shí)施例提供的一種確定城市生態(tài)河道水流阻力的模擬系統(tǒng)包括城市生態(tài)河道模擬系統(tǒng)和河道水流阻力測量系統(tǒng)，所述城市生態(tài)河道模擬系統(tǒng)包括模擬城市生態(tài)河道和模擬植被帶，所述模擬植被帶置于所述模擬城市生態(tài)河道中；

所述模擬城市生態(tài)河道包括水庫1、抽水管道2、變頻泵4、超聲波流量計3和水槽5，所述抽水管道2的一端插入水庫1，抽水管道2的另一端通過超聲波流量計3與所述變頻泵4的一端連接，所述變頻泵4的另一端接入水槽5，所述水槽5通過回水廊道13與水庫1相通；

所述模擬植被帶包括塑料板6、模擬植被8、鉚釘7和螺紋連接件9，其中，鉚釘7插入帶有密集鉆孔的塑料板6，模擬植被8與鉚釘7末端綁扎連接形成植被帶，塑料板6中心位置設(shè)有螺紋連接件9，塑料板6通過螺紋連接件9與所述河道水流阻力測量系統(tǒng)固定連接；

所述河道水流阻力測量系統(tǒng)包括杠桿10、定滑輪11和盛水容器12，所述杠桿10底端設(shè)有螺紋，所述螺紋與所述塑料板6中心位置處的螺紋連接件9匹配，實(shí)現(xiàn)所述植被帶與杠桿10的固定，杠桿10的頂端設(shè)有圓孔，所 述定滑輪11的一端通過杠桿10頂端的圓孔與杠桿10固定連接，所述定滑輪11的另一端與盛水容器12連接，整個杠桿10的高度方向上每隔一段距離均設(shè)有鉆孔，將直徑略小于鉆孔直徑的鐵棒插入鉆孔作為杠桿支點(diǎn)，將鐵棒置于帶有固定裝置的水槽頂端，以調(diào)節(jié)植被帶進(jìn)入水中的深度。

其中，為最大限度的消除植被自重對水流阻力測量系統(tǒng)的影響，模擬植被8應(yīng)盡可能以塑料板6中心線對稱排列；其中的盛水容器12選取鋁制容器。

采用本實(shí)施例提供的確定城市生態(tài)河道水流阻力的模擬系統(tǒng)來測量水流阻力的方法具體為：首先通過調(diào)節(jié)城市生態(tài)河道模擬系統(tǒng)中的變頻泵控制來流流量使其等于設(shè)計流量Q以及水槽中的水深等于設(shè)計水深h，本實(shí)施例在試驗(yàn)的過程中，可以設(shè)計不同流量Q和水深h，設(shè)計不同的水力條件，對于不同的水力條件，該測量方法均適用。

在設(shè)計模擬植被帶時，應(yīng)盡可能將模擬植被沿塑料板中心線對稱排列，以最大限度消除植被自重對水流阻力測量系統(tǒng)的影響。依據(jù)設(shè)計要求的植被排列方式確定需要安置植被的位置，然后在相應(yīng)位置插上鉚釘，接著將植被與鉚釘末端綁扎固定。

隨后通過螺紋連接件將杠桿與模擬植被帶固定，然后根據(jù)設(shè)計要求調(diào)節(jié)進(jìn)入水中的植被長度hv。確定支點(diǎn)對應(yīng)的杠桿鉆孔位置，將直徑略小于杠桿鉆孔的鐵棒插入相應(yīng)鉆孔，接著將鐵棒置于帶有固定作用的水槽頂端。水流對浸入水中的植被產(chǎn)生水流阻力，杠桿會發(fā)生一定程度的傾斜，此時往鋁制容器里緩緩注入水體，直至杠桿不再傾斜重新回歸至豎直位置，也即達(dá)到力矩平衡。根據(jù)力學(xué)知識，水流阻力F_v，與鋁制容器自重及其注入水體的重力之和F_g達(dá)到力矩平衡，可知：

F_V·L_V＝F_g·L_g； (1)

其中F_v為城市生態(tài)河道的水流阻力，F(xiàn)_g為鋁制容器自重及其注入水體的 重力之和，L_v為水流阻力相對于杠桿支點(diǎn)的力臂，L_g為杠桿支點(diǎn)到杠桿頂端的距離長度。

由于本發(fā)明所模擬的植被與水流的相對位置關(guān)系有兩種：懸浮工況(植被離床面有一定距離，即h＞h_v)以及非淹沒工況(植被幾乎接近床面，涵蓋整個水深即h≈h_v)，根據(jù)含植被河道水動力學(xué)理論可知，這兩種工況下，接近植被位置處的縱向流速沿垂向幾乎保持不變，則可將植被阻力沿水深方向看作固定不變，所以水流對植被反作用力的等效作用點(diǎn)位置在浸入水流植被的幾何中心。則相對于杠桿支點(diǎn)來說，其力臂L_v為：

所以城市生態(tài)河道水流阻力可確定為：

其中，h_c為水槽高度，h為水槽中的水深，h_v為植被帶浸入水中的深度。

本實(shí)用新型提供的一種確定城市生態(tài)河道水流阻力的模擬系統(tǒng)，通過建立城市生態(tài)河道模擬系統(tǒng)以及基于力矩平衡原理建立河道水流阻力測量系統(tǒng)，結(jié)合水力學(xué)阻力理論知識得出不同水力條件下的水流阻力，并利用力矩平衡原理計算水流阻力，方便精確，填補(bǔ)了城市生態(tài)河道水流阻力研究的空白，為城市生態(tài)河道規(guī)劃設(shè)計提供技術(shù)支持；其中，在設(shè)計模擬植被帶時，模擬植被以塑料板中心線對稱排列，能夠最大限度的消除植被自重對水力阻力測量系統(tǒng)的影響，使得測量結(jié)果更精確。

在本說明書的描述中，參考術(shù)語“實(shí)施例一”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結(jié)合該實(shí)施例或示例描述的具體方法、裝置或者特點(diǎn)包含于本實(shí)用新型的至少一個實(shí)施例或示例中。在本說明書中，對上述術(shù)語的示意性表述不必須針對的是相同的實(shí)施例或示例。而且，描述的具 體特征、方法、裝置或者特點(diǎn)可以在任一個或多個實(shí)施例或示例中以合適的方式結(jié)合。此外，在不相互矛盾的情況下，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以將本說明書中描述的不同實(shí)施例或示例以及不同實(shí)施例或示例的特征進(jìn)行結(jié)合和組合。

以上所述僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例，并不用以限制本實(shí)用新型，凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。