一种河道植被群尾端泥沙沉积区长度的预测方法

摘要

本发明公开了一种河道植被群尾端泥沙沉积区长度的预测方法，首先测量高密度植被群宽度D、高度h；根据植被群宽高对比来预测植被群尾端泥沙沉积区的长度。本发明提供的河道植被群尾端泥沙沉积区长度的预测方法，不仅简单、准确，而且不需要再开展泥沙沉积试验或长期野外观测，在本领域具有更广泛的通用性。

说明书

技术领域

本发明属于水力学及河流动力学领域，涉及一种河道植被群尾端泥沙沉积区长度的预测方法。

背景技术

天然河道中通常存在大量的植被群，植被群一般为水生植物群落的初始生长形态，植物生长集中，群落表现出近似圆形的形状。这些植被群生长在河道过流区域，通常为淹没状态。淹没植被群尾端会出现复杂的三维漩涡结构，这些漩涡由沿水平方向的横向漩涡(卡门涡街)和沿垂涎方向的垂向漩涡共同组成；而在植被群后侧，漩涡出现位置距离植被群尾端会有一定距离，即尾流区；横向漩涡和垂向漩涡共同决定淹没植被群尾流区(L_w)的长度。在水平方向(xoy平面)，植被群尾端和横向漩涡(卡门涡街)第一次出现位置之间的距离成为L_kv，L_kv与植被群宽度(植被群近似圆形时，植被群宽度即为植被群直径)D密切相关，即L_kv～D。在垂线方向(xoz平面)，植被群尾端和垂向漩涡第一次出现位置之间的距离成为L_vv，L_vv与植被群高度h密切相关，即L_vv～h(如图1所示)。

经研究表明，对于ah＞0.1的高密度淹没植被群【其中：a为单位阻水面积(＝n×d，n为单位面积的植被数量，d为单株植被的直径)】，尾流区长度(L_w)由L_kv和L_vv两者之间较小的距离决定，即L_w＝min{L_kv,L_vv}【参见(申请号为201710005042.8中公开的河道植被群尾流区长度的测量方法)】。这是因为如果卡门涡街发生在更靠近植被群的位置(L_kv<L_vv)，会导致水平方向水体的横向动量交换，引起尾流区后侧区域水流紊动的增加，阻碍垂向漩涡向河床运动；相反，如果垂向漩涡发生在更靠近植被群尾端的位置(L_kv>L_vv)，则会随即引起横向漩涡(卡门涡街的发生)。对于C_daD>4的高密度非淹没植被群【其中，C_d为植被拖曳力系数】，尾流区后侧仅出现横向漩涡(卡门涡街)。上述这些漩涡会携带悬浮泥沙与其一起运动，阻碍悬浮泥沙在尾流区后侧沉积；相反，尾流区内没有这些漩涡出现，悬浮泥沙更容易在该区域内沉积。

由于天然河道中会有持续不断的上游推移质泥沙向下游运动，这些泥沙中较细的悬浮泥沙颗粒会沉积在水流流速和紊动强度均很小的区域内。由于在植被群尾流区内流速和紊动强度相对较低，有助于悬浮泥沙的沉积，因此植被群尾端泥沙沉积区与尾流区可能存在相关性；植被群尾端泥沙沉积沉积的悬浮泥沙会吸附水中有机营养物，为植被群落的纵向扩张提供营养物质，促进河道生态平衡。但是，目前国内外还没有有效的方法能够预测淹没植被群尾端泥沙沉积区的长度。

发明内容

针对目前现有技术中难以预测河道高密度植被群尾端泥沙沉积区域长度的技术现状，本发明的目的旨在提供一种预测方法，以实现通过植被群的几何尺寸(植被群高度h和宽度D)有效预测河道植被群尾端泥沙沉积区长度。

本发明基本思路为，针对于流速U₀＞0cm/s的河道内高密度植被群，首先通过模拟泥沙沉积试验和流速测量工作测试大量河道植被群尾端泥沙沉积区长度，并依据统计结果给出与植被群几何尺寸相关的判定条件，再通过该判定条件未知河道淹没植被群尾端泥沙沉积区长度进行预测。

基于上述发明思路，本发明提供了一种河道植被群尾端泥沙沉积区长度的预测方法，包括以下步骤：

(1)测量河道水体流速U₀，若U₀＞0cm/s，且悬浮泥沙浓度大于75g/m³，进入步骤(2)，若U₀＝0cm/s、或悬浮泥沙浓度不大于75g/m³，程序结束；

(2)测量植被群垂直于河流方向的横向宽度D、高度h、单位面积的植被数量n以及单株植被的直径d，并计算植被群的单位阻水面积a＝n×d以及植被群高宽比h/D；

(3)对于淹没植被群，判定淹没植被密度ah是否大于0.1，若ah＞0.1，说明淹没植被群为高密度植被群，进入步骤(4)；若ah≤0.1，说明淹没植被群为低密度植被群，程序结束；

对于非淹没植被群，判定非淹没植被密度η＝C_daD是否大于4，C_d为植被拖曳力系数，若η＞4，说明非淹没植被群为高密度植被群，进入步骤(4)；若η≤4，说明非淹没植被群为低密度植被群，程序结束；

(4)根据以下判定条件预测植被群尾端泥沙沉积区长度L_Dep：当植被群宽度D小于高度h，植被群尾端泥沙沉积区长度L_Dep＝(2.1±0.4)D；当植被群宽度D大于高度h，植被群尾端泥沙沉积区长度L_Dep＝(2.3±0.5)h；当植被群宽度D等于高度h，L_Dep＝2.2D或2.2h，判定过程完成，程序结束。

上述河道植被群尾端泥沙沉积区长度的预测方法，植被拖曳力系数C_d的确定方法可以参考

Laboratory investigation of mean drag in a random array of rigid,emergent cylinders,Tanino,Y.,and Nepf H.M.(2008).Journal of HydraulicEngineering,134(1),34–41。

上述河道植被群尾端泥沙沉积区长度的预测方法，所述步骤(4)中判定条件通过包括以下步骤的方法获取：

(A)模拟泥沙沉积试验，将已知宽高比D/h的植被群布置在水槽中，并在植被群前后-2.5D～5D范围设置位置放置若干已称重的玻璃片，水槽上游入水口和下游出水口分别设置上游水箱和下游水箱，下游水箱的水体通过水泵不断抽回上游水箱，再经水槽流过植被群进入下游水箱，构成独立运行的水循环系统，待水槽上游水体流速达到设定值，往下游水箱中加入泥沙，整个系统按照设定时间运行结束后，取出水槽中的玻璃片并使其充分干燥，之后称取试验后玻璃片重量；

(B)按照步骤(A)给出的模拟泥沙沉积试验过程运行m次，其中m≥2；

(C)分析沉积试验结果，确定泥沙沉积区的长度L_Dep；

C1，依据每次模拟试验前后玻璃片重量计算每个玻璃片所在设置位置的泥沙沉积量Dep_(i)，i＝1至N，N为玻璃片数量；

C2，计算模拟泥沙沉积试验运行m次后每个位置玻璃片上泥沙沉积量的重复不确定性ERR-R_(i)：

其中，Dep_(mean)为每个位置的平均泥沙沉积量，j＝1至m，m为模拟泥沙沉积试验运行次数；

C3、计算每个位置玻璃片上泥沙沉积量的总误差ERR_(i)：

其中，ERR-I_(i)为仪器误差，其值为仪器自身读数误差的1/2；

C4，计算所有玻璃片上泥沙沉积量的平均值

C5，标记出植被群后侧第一次出现Dep_(i)＝Dep+ERR_(i)的位置，以植被群尾端到此处的长度作为泥沙沉积区的长度L_Dep(j)；将m次重复试验得到的m个L_Dep(j)平均，得到尾流区的平均泥沙沉积区长度

(D)测量植被群前后每个位置的流速，以流速最小值位置与植被群尾端之间的距离作为植被群尾端后侧尾流区长度L_w；

(E)获得判定条件

E1、进行不同宽高比D/h的植被群河道泥沙沉积试验模拟，重复步骤(A)-(D)，分别汇总植被群尾端后侧泥沙沉积区长度L_Dep和尾流区长度L_w；

E2、根据汇总结果获得植被群尾端后侧泥沙沉积区长度L_Dep和尾流区长度L_w之间的关系L_Dep～L_w；由于L_w满足以下关系：当h<D时，L_w～h，而h>D时，L_w～D；因此，L_Dep满足以下关系：当h<D时，L_Dep～h，而h>D时，L_Dep～D；

E3、依据步骤E2获得的L_Dep满足的关系，对步骤E1汇总得到的植被群尾端后侧泥沙沉积区长度L_Dep进一步汇总并进行数据拟合，得到预测植被群尾端泥沙沉积区长度的判定条件，当植被群宽度D小于高度h，植被群尾端泥沙沉积区长度L_Dep＝(2.1±0.4)D；当植被群宽度D大于高度h，植被群尾端泥沙沉积区长度L_Dep＝(2.3±0.5)h。

上述河道植被群尾端泥沙沉积区长度的预测方法，采用的玻璃片优选为显微镜玻璃片，这是因为显微镜玻璃片比较薄，且尺寸小，将其放置于河床或者是水槽底端，不会对悬浮泥沙的沉积产生额外影响。

上述河道植被群尾端泥沙沉积区长度的预测方法，所述步骤(A)中，为了更准确的控制泥沙沉积试验的初始运行条件，模拟泥沙沉积试验中系统运行时间从加入泥沙开始计时，优选的是从水槽水体中悬沙密度达到设定值后，系统开始按照设定时间运行；系统运行时间一般至少3.5～6h，优选为4h。

上述河道植被群尾端泥沙沉积区长度的预测方法，为了避免玻璃片上沉积泥沙随水脱落，所述步骤(A)中，将从水槽取出的玻璃片充分干燥的具体方式为，首先，用30-40秒匀速关闭水泵，用20-30分钟将水槽内水匀速放干；再自然晾干水槽中的玻璃片，之后将晾干的玻璃片转移至烘箱于50-60℃将其完全烘干。

上述河道植被群尾端泥沙沉积区长度的预测方法，所述步骤C5中，如果植被群尾端后侧设定位置均不满足Dep_(i)＝Dep+ERR_(i)，则在满足Dep_(i)>Dep+ERR_(i)和Dep_(i)＜Dep+ERR_(i)相邻两点之间通过线性插值的方式获取满足Dep_(i)＝Dep+ERR_(i)的位置，则该位置与植被群尾端之间的距离即为此次泥沙试验的泥沙沉积区的长度L_Dep(j)。

上述河道植被群尾端泥沙沉积区长度的预测方法，经研究发现，相同工况下，同一位置的流速测量结果差别很小，对于L_w的取值来说几乎没有影响，但为了避免移动流速仪探头对泥沙沉积的影响，因此所述步骤(D)中在所有试验条件均与泥沙沉积试验相同的情况下单独开展了一次模拟泥沙沉积试验进行流速测量；优选地，在流速测量过程中，植被群前后每个位置垂向上选取三个位置，利用ADV测量纵向流速，之后将垂向三个位置的测量流速平均得到平均流速；植被群前后每个位置的平均流速汇总得到平均流速纵向分布，其中平均流速的最小值位置与植被群尾端之间的距离作为尾流区的长度L_w。植被群尾流区长度的确定方法也可以参考本领域已经披露的常规手段，例如申请号为201710005042.8中公开的河道植被群尾流区长度的测量方法。

上述河道植被群尾端泥沙沉积区长度的预测方法，所述步骤E2中，将不同宽高比D/h的植被群尾端后侧泥沙沉积区长度L_Dep和尾流区长度L_w进行数据拟合，获得植被群尾端后侧泥沙沉积区长度L_Dep和尾流区长度L_w之间的关系为L_Dep＝(1.45±0.14)L_w。

上述河道植被群尾端泥沙沉积区长度的预测方法，所述步骤E2中，L_w满足的关系【当h<D时，L_w～h(L_w与h相关)，而h>D时，L_w～D(L_w与D相关)】参考Shelter>

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、本发明提供了一种简单且准确的预测方法，仅需要根据河道高密度植被群宽度和高度，便可对植被群尾端泥沙沉积区的长度实现预测；

2、本发明提供的河道淹被群尾端泥沙沉积区长度的预测方法，仅需测量淹没植被群宽度(D)和高度(h)，通过淹没植被群宽高对比来预测植被群尾端泥沙沉积区的长度，不需要再开展泥沙沉积试验或长期野外观测，在本领域具有更广泛的通用性；

3、本发明提供的判定条件获取方法中，利用水槽、悬浮颗粒等开展泥沙沉积试验，同时利用分布在植被群前后设定位置的显微镜玻璃片收集泥沙沉积样本，通过称取试验前后玻璃片的重量得到各个位置的泥沙净沉积量，进而依据个位置的泥沙净沉积量得到泥沙沉积位置，从而得到植被群尾端泥沙沉积区域的长度，具有较高的试验准确率；本发明针对每一组泥沙沉积试验均重复至少两次，以进一步提高试验准确率；

4、本发明提供的判定条件获取方法中，先将不同宽高比D/h的植被群尾端后侧泥沙沉积区长度L_Dep和尾流区长度L_w进行汇总，找到两者之间的关系，再进一步利用尾流区长度L_w与植被群宽度D和高度h之间的关系，最终获得泥沙沉积区长度L_Dep与植被群宽度D和高度h，由于尾流区试验效果比较明显，可以通过多种测试手段实现，因此，可以确保试验结果的有效性，提高后期预测结果的准确性。

附图说明

图1为淹没植被群尾端泥沙沉积区与漩涡概化示意图，其中(a)为淹没植被群尾端泥沙沉积区与横向漩涡俯视图；(b)为淹没植被群尾端泥沙沉积区与垂向漩涡侧视图。

图2为植被群前后显微镜玻璃片的分布示意图，其中(a)为宽度10厘米的植被群及玻璃片布置方式；(b)为宽度5厘米的植被群及玻璃片布置方式。

图3为淹没植被群(宽度D＝5cm，高度h＝3cm)每个设定位置的泥沙净沉积量纵向分布图。

图4为淹没植被群尾流区无量纲平均流速和紊动强度纵向分布示意图，其中(a)为h＝3，11和>14cm植被群的无量纲平均流速纵向分布示意图，(b)为h＝3，11和>14cm植被群的无量纲平均紊动强度纵向分布。

图5为12组试验工况下淹没植被群尾端泥沙沉积区长度(L_Dep)随植被群宽高比变化示意图。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明各实施例的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施例，都属于本发明所保护的范围。

实施例1

本实施例通过模拟河道泥沙沉积试验来确定预测河道植被群尾端泥沙沉积区长度的判定条件。

①试验目的

通过水槽试验确定12组工况条件下植被群尾端泥沙沉积区的长度，将获取的试验结果汇总，提出高密度植被群尾端泥沙沉积区长度的预测方法。

②试验设备

主要设备如表1所示。

表1泥沙沉积试验及流速测量使用的仪器设备

③试验工况

表2泥沙沉积试验及ADV流速测量工况

工况U₀(cm/s)D(cm)h(cm)H(cm)h/Hh/D状态19.153140.210.6淹没29.155140.361淹没39.157140.51.4淹没49.159140.621.8淹没59.1511140.792.2淹没69.15>141410.6非淹没79.1103140.210.4淹没89.1105140.360.7淹没99.1107140.501.0淹没109.1109140.641.3淹没119.11011140.791.6淹没129.110>141410.4非淹没

其中：(1)表中U₀为模型稳定后的上游平均流速，D表示植被群宽度(当植被群近似圆形时，植被群宽度即为植被群直径)，h和H分别表示植被群高度和水深；

(2)工况6和12为非淹没植被群，其它工况为淹没植被群。

12组植被群模型工况参数如表2所示，其中，单位阻水面积a＝0.51cm^-1。所以，淹没工况1-5和7-11的植被群满足ah＝1.5-5.6，非淹没工况6(C_d＝3.41)和工况12(C_d＝3.29)的植被群满足η＝C_daD为8.7和16.8。因为都满足ah>0.1和η>4的条件，所以工况1-12都是高密度植被群。

④试验方法

采用工况1和工况7对试验采集和数据处理作进一步说明，每组工况完成2遍。

本实施例提供的获取预测植被群尾端泥沙沉积区长度的判定条件的过程包括以下步骤：

(A)模拟泥沙沉积试验

运用显微镜玻璃片、悬浮泥沙颗粒、植被群和试验水槽开展试验，进而确定植被群前后各设定位置试验前后的悬浮泥沙净沉积量。

本步骤的具体实现方式包括以下分步骤：

A1，将所有显微镜玻璃片(工况1为12片，工况7为20片)正反面清洗干净，放入烤箱中烘干至少24小时以保证水分完全蒸发；然后，将玻璃片取出依次称重纪录下试验前的玻璃片初始重量。

A2，将植被群布置在水槽内的PVC板上，将已称重的玻璃片布置在植被群的前后设计位置(如附图2)，当植被群宽度D＝10cm时，在植被群前方设置5个玻璃片，植被群后侧设置15个玻璃片；当植被群宽度D＝5cm时，在植被群前方设置3个玻璃片，植被群后侧设置9个玻璃片；不管哪种情况，植被群前端与其前方距离最远的玻璃片之间的距离在2D和3D之间，植被群后端与其后侧距离最远的玻璃片之间的距离在4D和6D之间，以确保包含植被尾端泥沙沉积区；安放完玻璃片后，缓慢得向水槽前后水箱注水，让水慢慢淹没过水槽及玻璃片，最终达到设计试验水深H，然后开启水泵，下游水箱的水体通过水泵不断抽回上游水箱，再经水槽流过植被群进入下游水箱，至整个水循环系统运行稳定即上游平均流速达到设计值U₀。

A3，将93.4g悬沙粉末在量杯中与水充分混合之后缓慢加入水槽的下游水箱，悬沙颗粒通过泵的搅拌与水更加充分均匀的混合，整个水槽和前后两个水箱的水会在加入悬沙颗粒3分钟后充分混合，以使整个系统的悬沙密度达到105g/m³；自此开始让整个系统运行4小时。

A4，系统运行4小时后，缓慢关闭水泵以避免产生波浪影响试验结果，将水槽内的水缓慢放干后，自然晾干水槽中的显微镜玻璃片，待玻璃片基本晾干后将它们转移至烘干箱内，将其完全烘干。

A5，称取烘干后的玻璃片重量。

(B)按照步骤(A)给出的模拟泥沙沉积试验过程运行两次(m＝2)。

(C)分析沉积试验结果，确定泥沙沉积区的长度L_Dep。

本步骤的具体实现方式包括以下分步骤：

C1，依据每次模拟试验前后玻璃片重量计算每个玻璃片所在设置位置的悬浮泥沙颗粒净泥沙沉积量Dep_(i)，i＝1至N，N为玻璃片数量。

C2，计算模拟泥沙沉积试验运行两次后的，每个位置玻璃片的重复不确定性ERR-R_(i)，ERR-R_(i)为两次重复试验悬浮泥沙颗粒净泥沙沉积量Dep_(i)和每个位置悬浮泥沙颗粒平均净泥沙沉积量的平均绝对误差j＝1至m，m为模拟泥沙沉积试验运行次数；仪器误差0.5×10^-4g，对于2.5厘米×2.5厘米的显微镜玻璃片而言，ERR-I_(i)＝0.008mg/cm²；因此每个位置玻璃片的总误差

C3，所有玻璃片的净泥沙沉积量的平均值

C4，比较每个位置净泥沙沉积量Dep_(i)与考虑误差的平均沉积量Dep+ERR_(i)的大小关系，如果Dep_(i)>Dep+ERR_(i)，说明i位置处净泥沙沉积量大于平均值，即认为该处发生了泥沙沉积；如果Dep_(i)＜Dep+ERR_(i)，说明i位置处净泥沙沉积量小于平均值，即认为该处没有发生了泥沙沉积；并给出植被群后侧第一次出现Dep_(i)＝Dep+ERR_(i)的位置，以从植被群尾端到此处的长度作为泥沙沉积区的长度L_Dep(j)；如果植被群尾端后侧设定位置均不满足Dep_(i)＝Dep+ERR_(i)，则在满足Dep_(i)>Dep+ERR_(i)和Dep_(i)＜Dep+ERR_(i)相邻两点之间通过线性插值的方式获取满足Dep_(i)＝Dep+ERR_(i)的位置，则该位置与植被群尾端之间的距离即为泥沙沉积区的长度L_Dep(j)。图3给出了工况1条件下净泥沙沉积量Dep_(i)的纵向分布，比较每个位置净泥沙沉积量Dep_(i)与考虑误差的平均沉积量Dep+ERR_(i)的大小关系；植被群后侧某个位置第一次出现净沉积量等于平均值时(Dep_(i)＝Dep+ERR_(i))，该点与植被群尾端之间的距离即为泥沙沉积区的长度L_Dep(j)，由于该点不是玻璃片所在设定位置，可以通过线性插值得出该点出现在点A(Dep_(i)>Dep+ERR_(i))与点B(Dep_(i)＜Dep+ERR_(i))之间。因此，两组试验获取的L_Dep(j)平均值为泥沙沉积区(L_Dep)。

C5，在每组工况中实施步骤C1-C4获取每组工况植被群的泥沙沉积区长度L_Dep。

(D)处理流速数据

按照步骤A1-A3再一次模拟泥沙沉积试验，运用ADV测量植被群前后每个位置的纵向流速分布，确定植被群尾端后侧尾流区长度L_w，同时也可以根据纵向流速分布，解释悬浮泥沙沉积的原因。

本步骤的具体实现方式包括以下分步骤：

D1，流速采集

在每组工况中的相同位置采集流速测量数据，以植被高度方向为z轴方向，选取z＝0cm为植被群底部，在z＝1，2和3cm开展流速测量，测量数据包括每个位置水流沿x、y、z三个方向上的瞬时流速u(t)、v(t)、w(t)。测量区域为植被群尾端(x＝0cm)至6倍植被群宽度的位置(x＝6D)。每一个点的采样频率和时间分别为25Hz和4min，以确保能够在每点采集至少6000个样本点，保证测量精度。

D2：数据处理

将每个位置垂向上的三个沿水流方向的测量流速(这里是沿x方向的瞬时流速u(t))平均之后得到平均流速纵向分布，以其中平均流速的最小值位置到植被群尾端的距离作为植被群尾流区长度L_w。类似的，将每个位置垂向上的三个紊动强度平均，得到平均紊动强度纵向分布。TKE_l为垂向第l个位置的紊动强度，其中u′(t)＝u(t)-u₀、v′(t)＝v(t)-v₀、w′(t)＝w(t)-w₀，u₀、v₀、w₀为ADV测量仪配套软件计算得到的平均流速，

依据测量得到的上游无植被区域的平均流速和平均紊动强度，可计算出植被群尾流区内的平均流速和平均紊动强度占上游无植被区域的百分比，还可以将上游无植被区域采集的紊动强度作为参考，以帮助识别植被群尾流区紊动强度的增加。图4给出了植被群尾流区平均流速和紊动强度的纵向分布，对于工况1(附图4中的方形点)，植被群尾流区长度(即植被群后侧水体平均流速最小值对应的点到植被群尾端的距离)为L_w＝4±2cm，且可以看出尾流区无量纲平均流速(U)仅为上游平均流速(U₀)的3％到10％，尾流区无量纲平均紊动强度(TKE/U₀²)为上游参考值(附图4中的横向虚线)的35％到39％。

由于在植被群尾流区内(x＝0到L_w)，平均流速和平均紊动强度均很小，这有助于悬浮泥沙颗粒的沉积，从图4中还可以看出，平均流速和平均紊动强度并不是在尾流区之后陡增，而是逐渐增加，最后达到一定水流强度时才促进沉积的泥沙再次启动。因此泥沙沉积区域的长度应该比尾流区域的长度稍长。

(E)获得判定条件

E1，对12组工况植被群河道进行泥沙沉积试验模拟，分别汇总植被群尾端后侧泥沙沉积区长度L_Dep和尾流区长度L_w。

E2，根据汇总结果获得植被群尾端后侧泥沙沉积区长度L_Dep和尾流区长度L_w之间的关系为L_Dep＝(1.45±0.14)L_w；由于L_w满足以下关系：当h<D时，L_w～h，而h>D时，L_w～D；因此，L_Dep也存在类似趋势，满足以下关系：当h<D时，L_Dep～h，而h>D时，L_Dep～D。

E3，依据步骤E2获得的L_Dep满足的关系，对步骤E1汇总得到的植被群尾端后侧泥沙沉积区长度L_Dep进一步汇总，见表3；将表3中12组工况试验结果汇总在图5中，圆点为宽度小于高度(D<h)的淹没植被群尾端泥沙沉积区长度L_Dep与植被群宽度D的比值，在D/h＝0的工况中，认为h无穷大，此时圆点用来表示非淹没工况；三角点为宽度大于高度(D>h)的淹没植被群尾端泥沙沉积区长度L_Dep与植被群高度h的比值。

表3泥沙沉积区长度(L_Dep)及尾流区长度(L_w)汇总

其中：工况6和12为非淹没植被群。

对图5中得到数据进行拟合得到预测植被群尾端泥沙沉积区长度的判定条件，当植被群宽度D小于高度h，植被群尾端泥沙沉积区长度L_Dep＝(2.1±0.4)D；当植被群宽度D大于高度h，植被群尾端泥沙沉积区长度L_Dep＝(2.3±0.5)h。

实施例2实验室开展的验证试验工况

本实施例进一步额外设计了三组补充试验用于验证河道植被群尾端泥沙沉积区长度预测方法的有效性。三组试验在宽1.2m的顺直水槽中开展，水深为13.5cm，上游来流平均流速U₀＝9.5cm/s。三组植被群的密度相同，均为a＝0.2cm^-1。设计的非淹没植被群(工况Y1)拥有η(C_daD)＝8.4，满足高密度非植被群(η>4)的判定条件；设计的淹没植被群(工况Y2和Y3)拥有ah＝2.2，满足高密度淹没植被群(ah>0.1)的判定条件。试验初始悬浮泥沙颗粒浓度为135g/m³，试验运行时间为4.5小时。实验结束后关闭水闸、排水方法及玻璃片烘干等方式都与实施例1对应的方式相同，试验参数如表4所示。

对于三组工况，首先计算出植被群高度与直径的比值D/h，并根据实施例1给出的判定条件进行预测，给出植被群尾端泥沙沉积区长度的预测值(如表4所示)；再根据实施例1提供的步骤(A)-(E)的测试方法，得到三种工况下植被群尾端泥沙沉积区长度的实测值(如表4所示)。

表4验证工况中的泥沙沉积区长度(L_Dep)实测值和预测值

三组验证试验表明，本专利提出的预测方法都能够准确的预测不同上游来流量、不同水深、不同初始悬沙浓度、不同尺寸植被群后侧的泥沙沉积区长度。

应用例天然河道的野外实测资料验证

为了进一步检验高密度非淹没与淹没植被群尾端泥沙沉积区长度的预测方法的实用性，本应用例开展了5组野外天然河道的测量试验。

试验选址在四川省都江堰市紫坪铺水电站上游变动回水区，该变动回水区域蓄水时被淹没，泄水时绝大部分河床裸露，由于有充足的阳光且紧靠水源，河床植被生长迅速。试验在水库泄水时进行，因此，变动回水区绝大部分河床裸露，仅有一条宽约2m的主河道，水深约为30cm，水体流速U₀为14～17cm/s，主河道中生长了包括淹没和非淹没的若干植被群。选取了其中5个植被群开展具体的沉积区域长度试验，首先测量5个植被群单株植被直径(d)和密度(n)，计算单位阻水面积(a＝nd)，同时测量植被群的宽度(D)和高度(h)，并记录植被群为非淹没或淹没状态，从表5可以看出所有植被均为高密度植被群。

用宽为1m，高为0.5m的特制沙袋(所述特制沙袋结构为：尼龙纱网尺寸为宽1.0米，高0.5米，长1.5米，将其中一边端口封闭形成一个类似口袋的结构，另一边端口固定在高1m，宽0.5m的长方形不锈钢框架上，尼龙纱网的孔眼密度选择为2691066个孔/平方米，每个孔为宽0.5mm的正方形。这样沙袋设计便于悬浮泥沙随水流从不锈钢框架口进入沙袋，从而被完整的收集。)采集水中向下游运动的悬浮泥沙，采集地点为5个植被群上游较为空旷的区域，采集时间约为1.5小时，之后将沙袋取出，带回实验室先晾干，再取出烘干，完全去除水分以后称重得到1.5小时内的平均悬沙颗粒净重为8.1g/s；由于悬沙是在1m宽，0.3m高的过流区域采集的，考虑流速为14～17cm/s，可以计算得到该区域过流量为0.042～0.051m³/s；所以，我们可以采用平均悬沙颗粒净重与区域过流量计算时间平均的悬沙颗粒浓度为158.8～192.9g/m³，满足最小初始悬浮泥沙颗粒条件(>75g/m³)。

地形变化采集采用水准仪加标尺的测量方式，在植被群前端不受其他植被影响的区域测量地形高程作为植被群尾端泥沙淤积高度的判断基准高程，如果植被群尾端地形高于植被群上游，则判定为发生淤积。接下来就重点采集水流方向上的高程直至采集到某个位置的高程与植被群上游判断基准高程相同，植被群尾端到该点的长度就是植被群尾端泥沙沉积区长度L_Dep。5组植被群的相关参数、泥沙沉积区长度测量结果以及采用本发明提供的判定条件对植被群尾端泥沙沉积区长度进行预测的预测结果汇总于表5。

表5天然河道实测工况以及植被群尾端泥沙沉积区长度(L_Dep)的实测值和预测值

五组试验结果表明本发明提出的河道植被群尾端泥沙沉积区长度的预测方法能较准确的预测天然河道中植被群后侧的泥沙沉积区长度。