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水生植被作为一种既环保又有效的透水性障碍物,具有改善生态环境、维护生态多样性,防止水土流失,固岸固滩等作用。在河道中,植被的存在改变了水流结构和泥沙浓度的分布,使河道水力学问题变得更为复杂。目前已有学者研究了植被对水流和泥沙的影响,但对淹没植被作用下流速及含沙量垂向分布研究甚少,而此研究对于今后开展河道修复及环境保护工作有着重要意义。 在借鉴前人研究成果的基础上,试验分别选取了刚性和柔性材料模拟植被,两种设定布置密度和15种淹没度,采用只突出单一因素而隔离其他因素影响的方法,逐个分析淹没度、植被密度、植被特性等要素的影响,并进行对比分析,研究植被对水流结构和含沙量垂线分布的影响。结果表明: (1)植被的存在明显影响了水流流速及其紊动特性,植被对水流的阻滞作用大于底层切应力,改变了流速垂向分布结构。流速受刚性植被存在的影响,不再呈半对数分布,而是划分为三个区域,分别是:植被层底部区域(h<0.8hv),植被层顶部区域(0.8hv<h<1.5hv)和植被层上部水流区域(h>1.5hv)。在h<0.8hv区域内流速缓慢增大,至0.8hv<h<1.5hv区域流速呈线性增长,且增速较快,在h>1.5hv区域内流速呈对数分布;淹没柔性植被作用下流速也划分为三个区域,不同的是:h<0.6hv为植被层底部区域,三个区域内流速分布定性规律与刚性植被作用下一致; (2)对于同一种植被特性,布置密度不同时流速分区相同,但随着植被密度的减小,h>1.5hv区域内水流流速受植被的影响范围越小; (3)相同淹没度时,刚性植被不同布置形式的糙率不同,糙率值随着植被密度的增大而增大;同等淹没度增量时,糙率值的减小值随淹没度的增大而减小;相同布置形式,在淹没度H/hv<3.0时,含刚性植被时的糙率比含柔性植被时大,当淹没度H/hv≥3.0时,则相反;糙率值与淹没度呈幂函数分布:n=C(H/hv)m; (4)挟沙水流含细沙且含沙量小时,近水槽底部的含沙量稍大,淹没度H/hv<3.0,植被作用下垂线含沙量随距水槽底部距离的增加缓慢减小,与无植被时基本一致;淹没度H/hv≥3.0时,植被层内垂线含沙量明显随距槽底距离的增加而减小,植被层上部垂线含沙量缓慢减小,符合Rouse公式。