Page 72 - 水利学报2021年第52卷第11期

拟合，得到经验关系式：
)
U U = -0.3ln(aD + 0.565 （2）
b
0
从图 7 可以看出，aD 可以很好地描述出流流速的变化趋势。如表 1 所示，由于 D5-15 工况和
D7-10 工况的 aD 值相近，因此其纵向出流强度相当，这也进一步解释了 D5-15 工况的 L 明显大于
1
D7-15 工况和 D7-15 工况存在水平面回流区而 D5-15 工况不存在水平面回流区的原因。
3.4 L 与 L 关系 图 8 点绘了 Chang 等 和本研究中的不同工况稳定尾流区长度 L 和垂向回流区中心
［8］
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1
到植被斑后缘距离 L 之间的对应关系。可以看出，L 和 L 之间呈现出近似正线性相关关系。上文已经
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v
1
提到，植被斑后方的向下流动会不断将上方的高速流动带入尾流区内从而促进尾流区内流速的恢
复，缩短尾流区长度。从图 5 不难看出，植被斑下游的向下流动主要由垂向回流区产生，因此，若垂
向回流区越靠近植被斑（即 L 越小），则尾流速度的恢复则越提前，也即 L 越小。
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1
4 结论
对淹没植被斑尾部水流结构特征的理解有助于揭示水生环境中植被斑块下游区域的泥沙冲淤机
理和预测植被群落的生长演化趋势。本文基于室内水槽实验，使用 PIV 技术对具有不同密度的淹没植
被斑模型的尾流流场进行测量，获得斑块半高水平面和垂向对称面内的时均流场。通过对各工况的
实验结果进行对比分析，得出如下结论：
（1）植被斑的群体效应仅当植被密度Φ≥0.05 时才会显现，在斑块下游产生斑块尺度的尾流区；
当Φ≥0.15 时，淹没植被斑下游会产生一个“拱”形涡；对应着“拱”形涡的涡腿的一对水平回流区和对
应着“拱”形涡的顶部的垂向回流区到植被斑的距离均随植被密度的增大而减小。
（2）植被斑下游的稳定尾流区长度 L 随植被密度的增大而减小；对于同一植被密度，淹没植被斑
1
的尾流长度在垂向上也是变化的。
)
（3）纵向出流强度可用能够综合表征植被密度和直径的无量纲参数 aD拟合为： U U = -0.3ln(aD +
b
0
0.565 。
（4）稳定尾流区长度 L 与垂向回流区中心到植被斑的距离 L 近似成正线性相关关系。
1 v
参 考 文 献：

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