Page 21 - 2021年第52卷第9期

含植物组的试验有乔木组、灌木组、芦苇组，所有植物均取自现场，裁剪后所有植物高度 h 均
v
为 65 cm。试验水槽中植物布置及对应的现场调研情况如图 3 所示。水槽宽度为 2 m，与现场调研的
乔木及灌木品种沿河宽方向的行距相近，植物沿水流方向的株距同现场一致，试验结果可适用于独
流减河滩地上布置对应植物的整片区域。等效床面的宽度 B 取为 2 m，等效床面的长度 L 与株数、株
0
距有关。等效床面面积等于植物株数、株距、行距三者的乘积。所采用乔木品种为槐树，是独流减
河滩地常见的乔木，布置间距为 2.8 m，共布置了 3 棵，等效床面覆盖的区域为 2 m×8.4 m（水面线测
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量断面 2 ~ 10 之间），直径为 6 cm，不考虑分枝和叶片。所采用灌木品种为紫穗槐，是独流减滩地常
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见的灌木，布置间距为 1.7 m，共布置了 5 株，等效床面覆盖的区域为 2 m×8.4 m（水面线测量断面 2 ~
10 之间），每株灌木平均有 20 根直径为 8 mm 的分枝，每根分枝上约有 200 片 4 cm×1.5 cm 的叶片。芦
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苇杆直径为 4 mm，平均每根 65 cm 高的芦苇杆有 4 片 35 cm×2 cm 的叶片，种植密度为 250 根/m ，等
2
效床面覆盖的区域为 2 m×2.1 m（水面线测量断面 4 ~ 6 之间）。
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#
3 试验数据处理方法

依据试验数据得到研究区域的平均流速和水力坡降，计算得到分区阻力，将各分区的植物阻力
合成，得到实际河道相应水流条件下的植物阻力系数 f ，换算得到植物等效附加糙率 n ，进而求得等
v v
效床面糙率。对含植物组而言，研究区域对应植物等效覆盖区域。
研究区域的平均流速 u 可由下式确定：
v
u v = Q (B 0 h ˉ ) （1）
ˉ
式中：Q 为试验流量，m /s； h 为研究区域的平均水深，m；B 为研究区域的宽度，m。
3
0
研究区域的水力坡降可表示为：
æ u i 2 ö
S f = - d ç ç h i + 2 （2）
dx è 2g ÷ ÷| 1
ø
式中：h 为第 i 个断面的水深，m；u 为第 i 个断面的平均流速，i=1 代表研究区域上游断面，i=2 代表
i
i
研究区域的下游断面；x 代表研究区域纵向长度，m。
各试验工况均为渐变流，近似作为均匀流进行处理，结合曼宁公式，综合糙率 n 可由下式确定：
n = R 2 3 S f 1 2 u v -1 （3）
根据水力半径分割法 ［39］ ，综合糙率 n 也可表示为：
æ 3 2 χ w 3 2 χ b ö 2 3
n = çn w χ + n b χ ÷ （4）
è ø
式中：n 为床面糙率；n 为水槽两侧边壁糙率； χ 为湿周，m。
b w
含植物组床面阻力减去无植物组床面阻力得到植物阻力，植物阻力大小与水槽两侧边壁糙率无
关，依据水槽壁面材料本文试验取为常数 0.01。试验求解等效床面阻力时，植物阻力只附加于床面
上，床面糙率剔除了水槽两侧边壁的影响。
根据式（3）和式（4），可求得床面糙率 n 。
b
结合达西-魏斯巴赫公式，可得：
3 2 1 4 -1/2 （5）
f b = 8gn b0 S f u v
3 2 1 4 -1/2 （6）
f ′ = 8gn ′ b S f u v
式中： f 为原床面阻力系数； f ′为等效床面阻力系数； n 为原床面糙率； n′ 为等效床面糙率。
b b0 b
将植物阻力均匀分布在床面上，阻力系数可直观反映等效床面阻力各部分，根据阻力系数的可
加性，植物阻力系数 f 可表示为：
v
（7）
f v = f ′ - f b

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