湿地表面流水动力学特性及数学模型研究

湿地表面流水深浅、流速小、阻力大，已有研究中专门针对这种层流或过渡流条件下的、兼具明渠流和孔隙流特点的流动研究较少。本项目拟采用实验室水槽实验和野外湿地基地实验对湿地表面流的流动特性进行研究，内容包括：（1）通过对植株拖曳力进行测量，确定植被种类、分布类型以及柔韧性对流动阻力的影响，对植被阻力进行定量化描述；（2）开展示踪实验，对植被与水体交界面上剪切尺度的紊动特性以及植株茎干尺度的涡体结构进行研究，深入认识植被作为多孔介质媒介对湿地表面流的影响；（3）测量示踪质浓度分布，确定湿地进出水条件、水力坡降等水力学参数以及植被种类和分布等生态学特性对水体停留时间的影响，建立多因素作用下的水体停留时间的表达式；（4）建立湿地表面流水体微元受力分析模型，在此基础上建立湿地表面流水动力学模型。以上研究为深入认识湿地表面流特性及污染物扩散输移机理提供理论依据，并为湿地工程的优化设计提供技术支持。

针对湿地表面流水深浅、流速小，兼具明渠流和孔隙流特点的流动特性，采用实验室水槽实验和野外湿地基地实验对湿地表面流的流动特性进行研究，研究成果包括：（1）通过对植株拖曳力进行测量，确定植被种类、分布类型以及柔韧性对流动阻力的影响，对植被阻力进行了定量化描述；（2）开展了示踪实验，获得了示踪剂浓度随时间的变化关系曲线，确定了湿地系统中水体停留时间的随雷诺数等参数的变化规律；（3）建立了湿地表面流水体微元受力分析模型，引入多孔介质理论确定植被的拖曳力，从而获得了部分植被化矩形河槽紊流的水深平均流速分布模型；（4）建立了浮水植被水流的多层分析解模型，求解得到纵向流速沿垂向的分布，可对此种流动的过流能力等参数进行进一步计算。以上研究为深入认识湿地表面流水动力特性及污染物扩散输移机理提供理论依据，并为湿地工程的优化设计提供技术支持。