沉水植被斑块尾流多尺度紊流结构研究

作者：张维乐; 吴时强^*; 吴修锋; 薛万云; 王芳芳; 张宇; 於思瀚

来源：水科学进展, 2023, 34(06): 913-927.

DOI：10.14042/j.cnki.32.1309.2023.06.009

• 植被斑块
• 多尺度紊流
• 沉水植被
• 谱本征正交分解
• 尾流区长度

探究斑块尾流中多尺度紊流结构对理解植被群落影响下的泥沙输移规律和河床演化过程有着重要意义。通过室内水槽试验，分析不同高径比及植被体积分数影响下的斑块后水流特性，得到时均流速及雷诺应力分布规律；通过谱本征正交分解对其脉动场进行分析，探究不同尺度涡的空间模态及能量分布规律。研究结果表明：(1)冠层垂向剪切层内剪切强度及其最大量纲一剪切层垂向厚度随着植被体积分数增大而增大，随着高径比增大而减小。(2)斑块尾流中，大尺度涡旋对应频率集中在0.15～0.29 Hz,对应斯特劳哈尔数为0.16～0.32,垂向分布介于0.2～1.3倍植被高度，纵向分布介于2～6倍斑块直径，横向关于植被中心线呈现出非对称分布。(3)纵向出流流速及剪切层内紊动强度是影响稳定尾流区长度的重要因素。剪切层纵向输运速度随着纵向出流流速增大而增大，剪切层垂向扩散速度随着紊动强度的增大而增大。

• 单位
  南京水利科学研究院; 建筑工程学院; 天津大学