河道、水库、水渠、湖泊中的水生植被会对水流特性产生较大影响,从而影响泥沙输移、灌溉、排水及水环境等。为了研究柔性植被对水流的影响,本文在实验室水槽中对含有柔性植被的水流进行了实测,测量了植被区的水位、流速、植被倾斜角、湍流强度等物理量。主要用的测量仪器为三维激光多普勒测速仪(LDV),基于实测的结果分析了水流的特性;对格子Boltzmann方法(lattice Boltzmann Method,LBM)进行了改进,雷诺数较大时,单松弛格子Boltzmann方程容易发散,本文建立含植被拖曳力的多松弛格子Boltzmann D3Q15模型(MRT-LBE),对其数值算法进行了分析与研究,并对含柔性植被实验室水槽水流特性进行了相应的数值模拟研究。本文的主要内容包括以下几个方面:首先,对计算流体力学的基本思想和发展历程进行了阐述。同时对格子Boltzmann方法的起源和发展进行了的介绍。采用基于介观的格子Boltzmann方法的D3Q15模型,进行了分析并且给出了详细的推导过程,结合多松弛模型的特点,考虑了柔性植被拖曳力的影响,建立了含植被拖曳力的多松弛格子Boltzmann D3Q15模型,并导出了边界处理格式。其次,在实验室水槽中,用塑料草代替水生柔性植被,设置了18种典型工况,进行了系列实验。塑料草的高度分别为6cm、8cm和13cm,排列分稠密和疏密两种情形,流量取高、中、低三种,共设置18种典型工况。利用三维激光多普勒测速仪(laser Doppler velocimeter,LDV)等仪器测量了植被区在不同工况下的水位、三维流速、植被的倾斜角度、湍流强度等。主要研究了水流流速与植被的淹没度、疏密程度和流量大小的关系。基于实测结果的分析和比较,总结出水流特性。最后,针对含有柔性性植被的实验室水槽水流进设计了格子Boltzmann模型,进行了三维数值模拟研究。由于实验中所涉及的雷诺数较高,用单松弛模型(SRT)进行数值模拟时会出现发散现象,所以本文针对原有的单松弛模型进行了改进,采用多松弛模型(MRT-LBE)进行了数值模拟,并且在模型中添加了植被拖曳力,建立了D3Q15 MRT-LBE模型,利用所建立的含植被拖曳力的多松弛格子Boltzmann D3Q15模型,对不同宽高比的三维方腔流动问题进行了数值模拟,比较分析了不同雷诺数及不同宽高比下数值模拟结果。并且对实验室水槽中含不同倾斜角的单个植被和不同排列方式的多个植被的水流运动进行了三维数值模拟研究,比较分析了不同工况下的水流流速分布、流线及湍流强度等物理量。并且对三维单边驱动方腔和含柔性植被水槽的水流特性等几种典型的工况进行了数值模拟,对结果进行了比较。