室内水槽试验下淹没刚性植物流速分布的两层模型研究

本文主要探讨了淹没刚性植物水流纵向流速的垂向分布特性，针对室内水槽试验和理论分析的结果，研究人员提出了一种创新的两层模型来理解这一复杂现象。该模型将水流区域划分为植物层和植物层以上的非植被区域。 在植物层以上区域，研究者采用了一种改进的混合长度理论，并引入了“新的植物边界层”概念。混合长度理论是用于描述开放渠道水流中紊动流速随深度变化的理论，但在此处，它被扩展以考虑植物的存在对流速的影响。通过结合这个理论，他们建立了一个模型来预测在有植被覆盖的上层区域，水流速度如何随垂直方向变化。 对于植物层，研究团队通过详细的试验数据拟合，获得了精确的解析式，这有助于量化刚性植物对水流速度的直接影响。植物层内的流速通常会受到叶片阻挡、摩擦力和水流绕过植物结构等因素的影响，因此，这个解析式考虑了这些因素，使得模型更加准确。 整个研究的关键在于对比试验结果和模型预测之间的契合度。结果显示，提出的两层模型能够有效地模拟淹没刚性植物水流的纵向流速垂向分布，其预测结果与实验数据高度一致。这对于理解和设计包括河道整治、水生植物生态恢复等在内的许多水利工程具有实际应用价值。 这项工作不仅深化了我们对淹没刚性植被对水流动力学影响的理解，也为工程实践中的流速控制提供了科学依据。通过这样的两层模型，我们可以更精确地评估和管理含有植物的水体流速分布，从而优化水资源管理和环境保护。