Friction factor for turbulent open channel flow covered by vegetation

　　阻力系数是浅水流动模型中的关键参数，对于正确刻画水流运动至关重要。对于小尺度颗粒物组成的粗糙边界，经典的达西-维斯巴赫理论给出了基于摩阻流速的阻力系数计算方法。然而对浅水生态河道而言，其中的植被高度与水深同量级，应视为“大尺度”粗糙物，此时植被对水流的阻力主要是基于植被形态而产生的压差阻力，经典的达西-维斯巴赫阻力系数计算方法不再适用。植被的存在使得水流阻力系数的确定非常复杂，这是由于植被影响下的水流运动需要分层来讨论：基于主导涡结构特性，在垂向上分为植被底部的卡门涡街层、植被顶部附近的混合层以及基于零平面位移的边界层。本文采用理论推导与水槽试验相结合的方法，从水动力学角度探寻水流流动规律与植被特征参数和淹没度的关系，给出了植被环境下的阻力系数计算方法。通过分析不同雷诺数条件下植被群的拖曳力系数变化规律，发现植被群的“增阻效应”和“遮蔽效应”，进一步完善了环境水力学研究。研究成果为含植被河道水流的精细化模拟提供重要技术参数。