【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于流体力学、河流动力学，具体涉及一种针对不同形态柔性植被阻力特性的研究方法。
技术介绍
1、植被是河流生态系统的重要组成部分，其广泛的生态系统服务功能是维持河流健康发展的关键因素。同时，植被的存在会阻挡水流，改变水流运动特性，影响河道泥沙沉积及物质运输过程。测量和预测植被阻力是植被水流问题中是很关键的一环，对于科学管理河道植被，增强河道行洪能力，保护和恢复河流生态系统功能具有重要意义。
2、对于含植被水流阻力特性的研究，最常用的两个参数是曼宁糙率系数n和darcy-weisbach系数f，这两个参数可以通过公式f＝8gr(-1/3)n2相互联系起来，其中g是重力加速度，r是水力半径。植被覆盖河床增大流动阻力的过程可以等效为植被的存在加大了河床糙率从而使流动阻力增大的过程，但当水生植被较高，在较浅的水流中成为大尺度阻水物体，利用曼宁糙率系数描述植被阻力特性存在缺陷，传统的曼宁糙率公式更适用于边壁阻力主导的水流条件。因此，在植被阻力主导的水流条件下更多使用darcy-weisbach系数f来描述植被流阻力特性。含植被水流流动阻力系数可以分为床面摩擦系数和植被摩擦系数，其中植被摩擦系数定义为每单位地面面积ab的空间平均植被阻力。天然河道中植被高度一般较高，在流动阻力中占主导作用，因此通常忽略床面摩擦作用，更多的关注植被摩擦系数变化机制及预测模型。然而，天然河道中植被具有多样性且多为柔性植被，其复杂的形态以及在水流作用下发生重新配置的特征使天然植被水流水力分析及阻力预测更加困难。有研究将植物形态简化为圆柱形或叶片
3、现有技术虽然给出了一种柔性植被阻力计算与预测公式，但存在以下不足：
4、(1)获取植被拖曳力的方式对水槽搭建要求较高，推广性不强。
5、(2)该方法仅用于木本植物的阻力测量与预测，其他不同形态水生植物是否适用仍有待验证。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种针对不同形态柔性植被阻力特性的研究方法，解决了现有的获取植被拖曳力的方式对水槽搭建要求较高，推广性不强，以及该方法仅用于木本植物的阻力测量与预测的问题。
2、为了达到上述目的，本专利技术提供了一种针对不同形态柔性植被阻力特性的研究方法，本专利技术采用以下技术方案：
3、一种针对不同形态柔性植被阻力特性的研究方法，包括以下步骤：
4、步骤1：控制所有工况下水流为均匀流且水深基本一致，采用单株阻力测量装置测量不同流速下，不同形态柔性植被植株的阻力。
5、在多个流速梯度下，测量单株柔性植物阻力f单，根据单株不同形态柔性植被阻力公式(1)，得出该形态单株植物阻力f单与平均流速um的拟合曲线，计算该形态柔性植被阻力系数与柔性植被重构系数x。
6、
7、式(1)中，ρ为流体的密度，为柔性植被阻力系数，al为植物的单侧叶面积，um为断面平均流速，x为柔性植被重构系数。
8、步骤2：控制所有工况下水流为均匀流且水深基本一致，设置不同的植被密度，采用植被群阻力测量装置测量不同植被配置在多个流速下的群体阻力。
9、测量所有植株的总阻力f群，除以该亚克力板上所插植被株数nv，得到不同植被在不同密度、植被类型情况下，植被群中单株植株所受平均阻力<fv>，利用植被群摩擦系数换算公式(2)，计算柔性植被摩擦系数实测值fm″。
10、
11、式(2)中，ab为地面投影面积，利用单株植物纵向和横向间距x，y，计算ab＝xy。
12、步骤3：利用步骤1所得到的柔性植被阻力系数与柔性植被重构系数x，代入柔性植被摩擦系数预测公式(3)中，通过公式(3)计算柔性植被摩擦系数预测值fp″，将柔性植被摩擦系数预测值fp″与步骤2所得柔性植被摩擦系数实测值fm″进行比较，评价柔性植被摩擦系数预测值fp″的预测效果。
13、
14、式(3)中，lai是柔性植被叶面积指数，为柔性植被阻力系数，x为柔性植被重构系数；断面平均速度um用ux归一化，ux表示用于确定x的最低速度。
15、进一步地，步骤1单株植物阻力测量方法为：在一种工况下，测量插植株的阻力fv1与不插植株的装置阻力f1，并重复操作3次以上，获取f单＝fv1-f1的平均值即为实测单株植物阻力。
16、进一步地，步骤1中测量单株植物阻力f单的装置为：亚克力板底面设置传感器，传感器一侧与传感器固定装置固定连接，传感器的另一侧与植株连接装置连接。
17、进一步地，步骤2植被群阻力测量方法为：在待测亚克力板与传感器之间预留2mm空隙，分别测量接触亚克力板的植被群阻力fv2与不接触亚克力板的初始阻力f2，并重复操作3次以上，获取f群＝fv2-f2的平均值即为实测植被群阻力。
18、进一步地，步骤2植被群阻力测量装置：固定钢块与传感器通过长螺丝固定连接，固定钢块固定在植被群末端的水槽底面上。
19、进一步地，固定钢块的厚度大于传感器的厚度。
20、本专利技术的有益效果是：
21、(1)通过简单的传感器装置满足单株与群体植被阻力测量，不受水槽条件限制，适用范围更广。
22、(2)基于叶面积指数lai的摩擦系数预测模型，纳入更多不同形态柔性植被阻力系数与重构系数，使该模型更加完善，为针对不同形态柔性植被阻力特性的研究提供了新方向。
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1.一种针对不同形态柔性植被阻力特性的研究方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的针对不同形态柔性植被阻力特性的研究方法，其特征在于，所述步骤1单株植物阻力测量方法为：在一种工况下，测量插植株的阻力Fv1与不插植株的装置阻力F1，并重复操作3次以上，获取F单＝Fv1-F1的平均值即为实测单株植物阻力。
3.根根据权利要求1所述的针对不同形态柔性植被阻力特性的研究方法，其特征在于，所述步骤1中测量单株植物阻力F单的装置为：亚克力板(4)底面设置传感器(2)，所述传感器(2)一侧与传感器固定装置(3)固定连接，所述传感器(2)的另一侧与植株连接装置(1)连接。
4.根根据权利要求1所述的针对不同形态柔性植被阻力特性的研究方法，其特征在于，所述步骤2植被群阻力测量方法为：在待测亚克力板(4)与传感器(2)之间预留2mm空隙，分别测量接触亚克力板的植被群阻力Fv2与不接触亚克力板的初始阻力F2，并重复操作3次以上，获取F群＝Fv2-F2的平均值即为实测植被群阻力。
5.根根据权利要求1所述的针对不同形态柔性植被阻力特性的研
6.根据权利要求3或5所述的针对不同形态柔性植被阻力特性的研究方法，其特征在于，所述固定钢块(7)的厚度大于传感器(2)的厚度。
...【技术特征摘要】
1.一种针对不同形态柔性植被阻力特性的研究方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的针对不同形态柔性植被阻力特性的研究方法，其特征在于，所述步骤1单株植物阻力测量方法为：在一种工况下，测量插植株的阻力fv1与不插植株的装置阻力f1，并重复操作3次以上，获取f单＝fv1-f1的平均值即为实测单株植物阻力。
3.根根据权利要求1所述的针对不同形态柔性植被阻力特性的研究方法，其特征在于，所述步骤1中测量单株植物阻力f单的装置为：亚克力板(4)底面设置传感器(2)，所述传感器(2)一侧与传感器固定装置(3)固定连接，所述传感器(2)的另一侧与植株连接装置(1)连接。
4.根根据权利要求1所述的...
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