基于随机位移方法的河道植被区悬沙沉积分布计算模型

摘要

天然河道中，水生植被影响水流特性与悬沙输移规律，使得河道植被区的悬沙沉积分布相比于无植被区更加复杂，模拟难度更高。为探究河道植被区悬沙沉积分布，本文将改进边界条件后的随机位移模型引入植被作用下的水沙输移研究，融合真实形态植被对水流特性的影响，提出了适用于真实形态植被（以芦苇为例）下的悬沙沉积分布计算模型。为验证计算模型的准确性，本文选用具有真实外形的仿真芦苇开展水槽试验，详细测量了不同泥沙粒径、水流条件和植被密度下的芦苇区悬沙沉积沿程分布。试验结果发现：泥沙粒径、上游平均流速和植被密度均影响河道芦苇区的悬沙沉积分布，其中，对植被区前端的悬沙沉积量影响尤为显著。植被区泥沙补给是否受限会导致悬沙沉积呈现两种截然不同的分布。本文提出的数值计算模型可较好地模拟泥沙补给不受限条件下河道植被区的悬沙沉积分布，模拟结果与试验结果的量级和变化趋势均吻合较好；但该模型不能捕捉泥沙补给受限条件下植被区的悬沙沉积分布。综上，本文提出的基于随机位移方法的计算模型可较准确地预测河道植被区的悬沙沉积沿程分布，但仅适用于植被区泥沙补给不受限的情况。

关键词

河道植被区 / 随机位移模型 / 仿真芦苇 / 悬沙沉积分布