【摘 要】
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水生植被大量存在于天然河流中,会使水流结构发生明显改变,研究水生植被对水流结构的影响,对于河流的生态修复和管理至关重要。本文基于FLOW 3D软件,对不同进口流量、植被直径和植被高度的15种工况条件下刚性沉水植被明渠水流进行了数值模拟计算。首先将工况5中的数值模拟结果与相同工况条件下的物理实验数据进行比较,验证模型对含植被水流模拟结果的正确性与准确性,验证结果表明两者吻合较好,说明本数值模型可以较
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水生植被大量存在于天然河流中，会使水流结构发生明显改变，研究水生植被对水流结构的影响，对于河流的生态修复和管理至关重要。本文基于FLOW3D软件，对不同进口流量、植被直径和植被高度的15种工况条件下刚性沉水植被明渠水流进行了数值模拟计算。首先将工况5中的数值模拟结果与相同工况条件下的物理实验数据进行比较，验证模型对含植被水流模拟结果的正确性与准确性，验证结果表明两者吻合较好，说明本数值模型可以较为准确地预测纵向速度的分布。然后通过绘制不同工况条件下纵向流速、横向流速、垂向流速和紊流强度的垂直剖面图，对不同工况条件下水流结构的变化进行敏感度分析。
数值模拟结果表明，植被的存在对水流结构有明显的影响。在不同工况条件下，植被区域内纵向速度的垂直剖面都可以划分为两个区域：上层非植被区和下层植被区。通过敏感度分析发现，与进口流量相比，植被直径的变化对纵向流速垂直剖面的影响更大，随着植被直径的增加，下层植被区域内的纵向流速受到的阻碍越大，流速减小的幅度越大。而且纵向流速垂直剖面拐点位置由植被高度决定，这也与实际情况相吻合。比较植被区域内两个测点（上游和下游）处横向流速的垂直剖面，我们发现了较为明显的对称模式，而且在不同的工况条件下，垂向流速也一直显示出此对称模式。分析以上对称结构可以发现，水流沿纵向植被区域存在着横向循环和垂向循环，而且这种循环模式随着植被直径的增加而更加显著。在不同的工况条件下，植被区域上游（测点2）的紊流强度大于植被区域下游（测点3），且植被直径变化对紊流强度有较大影响。本文得出的关于植被区域内沿横向和垂直方向环流的研究结论，有助于理解含沉水植被明渠水流的三维流动结构，为基于此水动力特点的污染物扩散等进一步研究提供了一定基础。
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