[发明专利]植被群落前端及内部水流偏转区纵向流速分布预测方法

权利要求书

1.一种植被群落前端及内部水流偏转区纵向流速分布预测方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)以非淹没植被群落上游边界中心位置为原点，依据植被群落上游水流偏转距离L₁和植被群落内部水流偏转距离L₂，将有非淹没植被群落的河道沿流水方向划分为两个区域：植被群落上游水流偏转区即区域1，-L₁≤x≤0，植被群落内部水流偏转区即区域2：0x≤L₂，并将河道沿垂直于水流的方向划分为植被区和无植被区，所述x表示水流方向；

(2)依据以下预测模型确定有非淹没植被群落河道区域1和区域2的纵向流速U_d分布：

区域1：

区域2：

式中，U_d(1)为区域1的纵向流速，U_d(2)为区域2的纵向流速，A₁、A₂、A₃、A₄为积分常数，由各区域的纵向流速在相邻两区域边界条件得到，H为水深，g为重力加速度，S为水面坡降，f为达西阻力系数，C_d为植被拖曳力系数，a为单位水体植被的阻水面积，K₁、K₂分别为区域1和区域2的无量纲系数；

(3)依据以下预测方法确定无植被区的纵向流速分布：

U_bare＝(U₀·B-U_veg·b)/(B-b)；

式中，U_bare为无植被区沿水流方向的纵向流速，U₀为上游平均流速，U_veg为植被区的区域平均流速值，为步骤(2)得到的纵向流速U_d(1)或U_d(2)，B为1/2河道宽度，b为1/2植被群落宽度。

2.根据权利要求1所述的植被群落前端及内部水流偏转区纵向流速分布预测方法，其特征在于，所述无量纲系数K₁和K₂的采用如下方法确定：调整K₁使区域1在x＝0cm处的纵向流速预测结果等于该处的测量流速U_d(0)，通过调整K₂使区域2在x＝0cm处的纵向流速预测结果等于该处的测量流速U_d(0)。

3.根据权利要求1所述的植被群落前端及内部水流偏转区纵向流速分布预测方法，其特征在于，所述无量纲系数K₁和K₂的采用如下方法确定：

K₁＝1.9ln(ad)+9.8

K₂＝1.4ln(ad)+7.3

式中，ad为单位宽度植被群落的阻水面积，a为单位水体植被的阻水面积，d为植物直径。

4.根据权利要求1所述的植被群落前端及内部水流偏转区纵向流速分布预测方法，其特征在于，各区域的纵向流速区域边界满足以下条件：

(1)在区域1和区域2的交界处x＝0cm处：

流速连续：U_d(1)＝U_d(2)；

流速梯度连续：

(2)在植被群落前端水流发生偏转x＝-L₁处：

式中，U₀为上游平均流速，H为水深，g为重力加速度，S为水面坡降，f为达西阻力系数；

(3)在植物内部水流充分发展x＝L₂处：

式中，U_d(f)为下游平均流速，g为重力加速度，S为水面坡降，f为达西阻力系数，C_d为植被拖曳力系数，a为单位水体植被的阻水面积。

5.根据权利要求1所述的植被群落前端及内部水流偏转区纵向流速分布预测方法，其特征在于，植被群落上游水流偏转距离L₁的取值小于50cm。