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植被影响下滞水区水流流场和平均滞留时间研究

向珂  杨中华  刘建华  方浩泽  
【摘要】:无论是人工丁坝群形成的滞水区(groin fields)还是自然河岸内陷形成的河湾(embayment),都与河道主流间存在混合交换层。明渠滞水区通常存在低速度环流结构,可以为水生生物提供有利的生存条件,是生物生长的重要区域。尽管前人对侧空腔区域的水动力学进行了深入研究,但植被条件下滞水区的相关研究相对较少。本研究采用大涡模拟(LES)研究了植被种群密度变化下矩形滞水区的紊动水流结构,用物理模型实验测得的时均流场对数值模型进行了验证。发现植被的存在影响了滞水区的环形结构,削弱了流速和湍动能,这种负面影响随着种群密度的增加而加强。伴随着交界面前缘诱导的脱落涡的发展,大尺度相干结构在混合层形成,这种拟序结构的发展几乎不受种群密度变化的影响。分析了植被化滞水区的水体滞留时间,发现随着种群密度增大,平均滞留时间先减小后增大,该现象是由大尺度相干结构、植株诱导的卡门涡街以及植被群阻滞效应3个因素共同作用的。

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