不同密度下相邻植被群的水流结构发展特性

摘要

植被群是河流动力系统的基本组成要素，通常成群存在于河道中，相邻植被群之间相互作用，对河道水流结构产生影响。本文采用均匀圆柱体木棍模拟刚性植株，交错排列组成疏密不同的圆形植被群，并排布置于水槽中，研究不同密度下相邻植被群的水流结构特性。试验结果表明：与单一植被群相比，水流流经并排植被群时，其结构呈现不一样的特点，据此提出相邻植被群的水流结构纵向发展分区：上游调整区、内部调整区、内外剪切层发展区、尾流融合区以及流速恢复区。流速自植被群上游某一断面开始减小，并一直持续至植被群前端，流速减幅随植被群密度增大而增大，此区域为上游调整区；植被群密度对上游调整区长度无显著影响。流经植被区时，单植中心线流速进一步减小，两植中心线流速迅速增加，此区域为内部调整区；该区域内植被群密度越大，单植中心线流速减幅越大。植被群下游，单植中心线流速自植被群末端沿程减小，直至产生流速最小值，此区域为内外剪切层发展区；单植中心线最小流速随植被群密度增大而减小并趋于0，内外剪切层发展长度L₁随植被群密度增大先减小后趋于稳定。两植中心线流速在植被群末端出现最大值，随后沿程减小，在距离植被群末端L_m处出现最小值，植被群密度越大，两植中心线最大流速越大，两植中心线最小流速及L_m越小。定义（L_m–L₁）为尾流融合区，此区域内单植中心线流速沿程增加，在L_m处与两植中心线流速相等，此时两个外剪切层相遇，左右植被群尾流在横向掺混的作用下，融合成一个大的尾流结构。本文还提出了出流流速、最小尾流流速及两植中心线最小流速的计算公式。

关键词

相邻植被群 / 植被密度 / 流速 / 水流结构发展 / 尾流

基金资助

福建省水动力与水工程重点实验室开放基金（SDYKF202212）; 国家自然科学基金资助项目（51709048）;国家自然科学基金资助项目（51509038）