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Open Channel Flow through Different Forms of Submerged Flexible Vegetation
不同型態的可彎曲淹沒植生對渠流的影響 C. A. M. E. Wilson1 T. Stoesser2 P. D. Bates3 A. Batemann Pinzen4 授課教授：詹勳全 老師 指導教授：陳樹群 老師 報告學生：李津甫 JOURNAL OF HYDRAULIC ENGINEERING © ASCE / NOVEMBER 2003
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內容大綱 1.前言 2.幾何學與植物的生物力學 3.淹沒植生實驗 4.實驗結果 5.結論
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前言 1.近年來水生植物和河岸植物被認為是修復河川及保護河川生態的核心。
2.在之前的研究中無論是剛性植生還是柔性植生大多都只探討一種型態，本研究則是對兩種不同型態的植生進行比較。 3.在之前的柔性植生研究中，大部分都沒有紀載植物的抗彎強度以及植物模型的抗彎強度縮放問題。 4.本研究依真實植物的生物力學性能對模型植物的各項參數縮放進行量化。 5.本研究也是第一個探討兩種不同柔性植物狀態在淹沒區及表面流區域的紊流型態。
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幾何學與植物的生物力學 在紊流的情況下模擬2種植物狀態進行研究 Fig.1
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幾何學與植物的生物力學 這些植物模型是以一種巨藻(Laminaria hyperborean)的10分之一大小進行模擬，其所有參數則是以福祿數法進行縮放。
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幾何學與植物的生物力學 Fig.2 Fig.3
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幾何學與植物的生物力學
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幾何學與植物的生物力學 模型植株與自然植株其摩擦力與速度的關係可用直線方程式Y=CX來表示。 由實驗結果可知C約等於9 Y=摩擦力 X=速度
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淹沒植生實驗 實驗條件： 該實驗是在寬0.5m，長10m，坡度為0.001的渠道進行試驗。 水深比(H/h)控制在1.5-3.4
流速是以都普勒流速儀在25赫茲頻率下測量
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淹沒植生實驗 植株密度 (無葉子)被定義為： D：植物莖的直徑 s、l：控制體積下的長度
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淹沒植生實驗 由上式可衍生出有葉子的植株密度( )為： ：葉子表面積 ：莖的投影面積 ：葉子的高度 ：莖的高度
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淹沒植生實驗 由表2的資料可以計算出： 無葉子的植株密度( )=1.67m⁻¹ 有葉子的植株密度( )=22.4m⁻¹
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實驗結果 U：平均流速 h：植物莖的高度 z：與渠底的距離
Fig. 6. Mean velocity profile for depth ratio (H/h) 2.4 Fig. 7. Mean velocity profile for depth ratio (H/h) 3.4 U：平均流速 h：植物莖的高度 z：與渠底的距離
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實驗結果 ：流速變化的均方根 h：植物莖的高度 z：與渠底的距離
Fig. 8. Representative profiles of streamwise turbulence for simple rod array Fig. 9. Representative profiles of streamwise turbulence for rod/frond canopy ：流速變化的均方根 h：植物莖的高度 z：與渠底的距離
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實驗結果 ：紊流應力 h：植物莖的高度 z：與渠底的距離
Fig. 10. Representative profiles of Reynolds stress for simple rod array and rod/frond canopy at depth ratio (H/h) of 2.4 Fig. 11. Representative profiles of Reynolds stress for simple rod array and rod/frond canopy at depth ratio (H/h) of 3.4 ：紊流應力 h：植物莖的高度 z：與渠底的距離
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實驗結果 Fig. 12. hp：動量交換活躍層厚度 hc：植物層高度
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結論 1.有葉子的狀態其流速變化相對於沒有葉子的狀態會有明顯的降低。
2.淹沒程度逐漸增加時，有葉子的植株其紊流強度較不易改變，因為葉冠會產生大量的摩擦力來抑制動量的交換使得紊流強度減弱。 3.具有葉子的植物會抑制葉冠層與表面流動層兩區域紊流混合，使得紊流峰值產生在葉冠層以上的區域。 4.增加植株面積會使植物吸收動量的區域有明顯的增加。 5.這項研究表明有葉子的水生植物較沒有葉子的水生植物容易保護河道的沖刷及侵蝕。
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報告結束 謝謝聆聽
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