本文结合科技部立项的国家863“十五”重大科技专项——镇江水环境质量改善与生态修复技术研究及示范项目,选用和该项目现场种植的天然水生植物形态相似的两种塑料模型植物(一种为挺水一种为沉水)作为研究对象,研究内容主要分为两部分:柔性挺水植物对明渠水流结构的影响和柔性沉水植物对明渠水流结构的影响。 本文实验量测仪器采用激光多普勒流速仪(LDV),选择二维相关采集测量。首先,通过实验研究分析了没有植物时候的明渠水流结构,得出了明渠水流的流速垂线分布符合理论的半对数分布规律,其紊动强度和雷诺应力沿水深的变化都很小,近似于一条直线,尤其是雷诺应力,在没有植物的情况下,其值非常接近于零,只是在靠近渠底的部位有所增大,糙率系数的沿垂线分布变化幅度很小,近似于一固定值。 其次,通过实验分析了种植柔性挺水植物时候的水流结构的变化。流速垂线分布分为两段,以植物的茎杆和枝叶分叉处为拐点,上部流速变化不大,近似成一垂线,下部则逐渐增大;紊动强度和雷诺应力的分布有相似之处,都在植物的茎杆与枝叶的分叉处有一个极大值,随着水深的水流的紊动有减弱的趋势。 再次,通过实验分析了种植柔性沉水植物时候的水流结构的变化。流速垂线分布呈“S”型,分为三个区域,即植物内部区,过渡区和上部区,植物密度对过渡区内流速影响显著,在该区内,植物种植密度越大,流速梯度也越大,植物密度对植物内部区和上部区的流速分布没有明显影响;水流的紊动强度和雷诺应力都明显增加,它们在分布规律上有相似之处,都是在植物顶层的位置上达到最大值,说明在此区域内存在剧烈的能量交换和剪切作用;都是在植物顶层上部区域随着水深的增加递减而在植物内部区随着水深的增加递增。 最后,本文结合前人的研究,初步分析推导了在有柔性沉水植物的时候,水流流速沿垂线分布的一个表达式。