含植物明渠流動分區(qū)和特征尺度研究進展

閆 靜，陳 揚，唐洪武，戴 坤，張 明

（1.河海大學(xué) 水文水資源與水利工程科學(xué)國家重點實驗室，江蘇 南京 210098；2.河海大學(xué) 水利水電學(xué)院，江蘇 南京 210098）

含植物明渠流動分區(qū)和特征尺度研究進展

閆 靜1，2，陳 揚2，唐洪武1，2，戴 坤2，張 明2

（1.河海大學(xué) 水文水資源與水利工程科學(xué)國家重點實驗室，江蘇 南京 210098；2.河海大學(xué) 水利水電學(xué)院，江蘇 南京 210098）

植物是生態(tài)河流必不可少的要素之一。植物的存在，改變了水流的紊流結(jié)構(gòu)。由于流動沿垂向具有較強的不均勻性，對于含植物明渠紊流統(tǒng)計特性的描述，至今未有公認(rèn)的、統(tǒng)一的沿水深分布表達形式。因此，對含植物明渠流動分區(qū)和各區(qū)特征尺度的研究越來越受到重視。本文回顧了無植物明渠和含植物明渠流動分區(qū)及特征尺度研究的主要成果，重點對基于流速分布和紊流結(jié)構(gòu)兩種方法確定的分區(qū)和特征尺度進行了分析和總結(jié)。指出將渦結(jié)構(gòu)與流動特性參數(shù)分布規(guī)律相結(jié)合進行流動分區(qū)，在各區(qū)確定合適的特征尺度，進一步探究分區(qū)界限及流動特征尺度的影響因素及具體影響，建立普適的紊流統(tǒng)計特性分布規(guī)律是今后含植物明渠紊流結(jié)構(gòu)研究的重要內(nèi)容和趨勢。

含植物明渠；紊流結(jié)構(gòu)；流動分區(qū)；流動類型；流動特征尺度

1 研究背景

植物作為河流生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，具有不可替代的作用［1］。宏觀上，植物的存在有利于減緩水土流失，穩(wěn)固岸坡和邊灘。微觀上，植物不僅能夠直接吸收包括氮磷等植物性營養(yǎng)物在內(nèi)的污染物，而且可以通過改變微生物環(huán)境，促進污染物的氧化分解，給生物提供養(yǎng)分，提高河流的自凈能力［2-3］。為了實現(xiàn)水環(huán)境、水生態(tài)的可持續(xù)發(fā)展，越來越多的河流管理和生態(tài)修復(fù)工作者們認(rèn)識到了植物在河流中的重要性，倡導(dǎo)建設(shè)含植物的生態(tài)河道。

由于植物粗糙元的特殊性，與傳統(tǒng)無植物明渠水流相比，含植物明渠的流動特性和紊流結(jié)構(gòu)發(fā)生了顯著變化，傳統(tǒng)光滑明渠紊流理論不能直接應(yīng)用于含植物明渠水流中。明渠紊流基本統(tǒng)計特性參量如平均流速（流速一階矩）、紊動強度（流速二階矩）、雷諾應(yīng)力（流速二階矩）、偏態(tài)系數(shù)（流速三階矩）、峰態(tài)系數(shù)（流速四階矩）的分布，是刻畫紊流結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)。早在1993年，Nezu等［4］就總結(jié)了光滑明渠的經(jīng)典流速對數(shù)分布律、紊動強度指數(shù)分布律、雷諾應(yīng)力的線性分布律，這些結(jié)論得到公認(rèn)，各種光滑明渠流動，其紊流統(tǒng)計參量分布形式一致、參數(shù)幾乎為同一常數(shù)（如流速對數(shù)分布律中卡門常數(shù)約為0.4，積分常數(shù)約為5.5；紊動強度的指數(shù)分布中，經(jīng)驗常數(shù)大致為固定值）。而研究發(fā)現(xiàn)，在植物條件下的明渠中，即使是對于簡單的流速一階統(tǒng)計矩—平均流速分布，都不存在統(tǒng)一的普適表達形式。

研究者認(rèn)為是由于植物種類、密度、剛度、幾何形狀、淹沒度、水流強度不同，才導(dǎo)致了流動參量分布形式的不同［5-8］。但是隨著研究的深入，筆者發(fā)現(xiàn)其本質(zhì)原因：沒有選取合適的、涵蓋了上述諸多因素的流動特征尺度，即長度尺度（length scale）和速度尺度（velocity scale）（尺度也稱為比尺［9］，為了和物理模型上的“比尺”區(qū)分，本文統(tǒng)一定義為尺度），來對流動參數(shù)進行有效的無量綱化，因此無法得到公認(rèn)的、統(tǒng)一的流動參數(shù)分布規(guī)律。

植物條件下的明渠流動沿垂向存在較強的不均勻性，流動特征尺度沿水深應(yīng)有較大差異。因此，需要對流動進行分區(qū)，在不同的流動區(qū)域，為長度和速度選擇相應(yīng)的流動尺度，借助這些合適的特征尺度將紊動特征量進行有效的無量綱化，進而得到普適規(guī)律。

2 明渠流動分區(qū)和特征尺度研究

2.1 經(jīng)典分區(qū)和尺度對于光滑明渠紊流，流動特征尺度的研究比較成熟。光滑明渠流動沿水深自床面向自由表面可以分為3個區(qū)域：

近壁區(qū)域，y＜（0.15～0.2）H，y為距床面距離，H為水深。這一區(qū)域?qū)?yīng)于經(jīng)典邊界層理論分析中的內(nèi)層，包括黏性底層、過渡層和對數(shù)區(qū)，其長度和速度尺度分別是黏性長度ν/u*和摩阻流速u*。

中間層，0.2 H＜y＜0.6 H。長度尺度和速度尺度分別為y和u*。

自由水面區(qū)，0.6 H＜y＜H。長度尺度和速度尺度分別為水深H和最大縱向流速Umax。

在近壁區(qū)，縱向平均流速U分布服從壁面定律（the law of the wall），無量綱化流速U＋＝U/u*與無量綱化長度y＋＝y(tǒng) u*/ν，在黏性底層為線性關(guān)系，在對數(shù)區(qū)滿足對數(shù)分布。

Keulegan提出在明渠流動中可以假定沿全水深滿足對數(shù)流速分布，這一假定在實際中一直得到應(yīng)用。但20世紀(jì)80年代的研究表明，經(jīng)典的標(biāo)準(zhǔn)對數(shù)分布律只在壁面層內(nèi)成立，實測流速分布與對數(shù)分布公式之間的差別不應(yīng)通過調(diào)整常數(shù)來消除，而是必須加入尾流函數(shù)，因此外區(qū)（中間層與自由水面區(qū)）的流速分布公式為對數(shù)－尾流定律（log-wake law）［4，9］。

對于高階紊流統(tǒng)計特性，如紊動強度和雷諾應(yīng)力，一般采用H和u*作為尺度，前者得到了半理論的指數(shù)分布律，后者得到了經(jīng)驗的線性分布律。偏態(tài)系數(shù)和峰態(tài)系數(shù)，根據(jù)定義，本身為無量綱參量，在描述其分布規(guī)律時，一般采用黏性長度作為長度尺度刻畫其沿水深的分布［10］。

在粗糙床面明渠流動中，流速分布的長度尺度和速度尺度分別為表觀糙率［9］（與粗糙高度ks、黏性底層計算厚度δv、Einstein校正系數(shù)χ有關(guān)）和摩阻流速u*。紊動強度和雷諾應(yīng)力分布的尺度與光滑明渠相同。

2.2 其他尺度Zagarola等（1998）［11］類比管流研究，采用邊界層厚度δb作為長度尺度，U∞δ*/δb（其中U∞為自由表面水流流速，δ*為位移厚度）作為速度尺度，對外區(qū)流速分布進行無量綱化，與采用u*和U∞作為速度尺度進行了對比研究，實驗數(shù)據(jù)分析表明使用新的特征尺度對流速分布進行無量綱化，數(shù)據(jù)曲線更為集中。同時，他采用傳統(tǒng)的黏性長度和摩阻流速作為尺度，研究了疊加區(qū)（overlap region，黏性底層之上、邊界層厚度以內(nèi)的區(qū)域）的流速分布，認(rèn)為雷諾數(shù)較大時，流速分布仍符合對數(shù)律，而雷諾數(shù)較小時，流速分布更符合冪律。Cheng（2007）［12］采用內(nèi)區(qū)的高度和內(nèi)區(qū)上邊界處的流速作為特征尺度，認(rèn)為流速較好的符合冪律分布，適用的水深范圍更大，且冪指數(shù)可以表達為雷諾數(shù)、水動力粗糙高度的函數(shù)。這些研究表明雷諾數(shù)對流速分布律具有影響。

3 含植物明渠流動分區(qū)和特征尺度研究

植物非淹沒條件下，各階紊流統(tǒng)計特性沿水深分布近似為常數(shù)，平均流速可以表達為流量、過水?dāng)嗝婕爸参锓植济芏鹊暮瘮?shù)（閆靜，2008）［13］。

植物淹沒條件下，流動分區(qū)一般基于流速分布基礎(chǔ)之上，基于紊流結(jié)構(gòu)對流動進行分區(qū)的研究近幾年開始發(fā)展起來。流動特征尺度的研究處于探索階段，研究者一般類比有砂礫床面明渠流動，進行經(jīng)驗性或半經(jīng)驗性的研究。

3.1 基于流速分布的流動分區(qū)和特征尺度研究對同一實驗條件下的流速，采用不同的特征尺度進行無量綱化，往往得到的分布規(guī)律差異很大［14］，且不同的無量綱化尺度具有不同的適用條件［15］。流經(jīng)淹沒植物的水流，一個明顯的特征是縱向流速沿水深分布在植物頂端附近出現(xiàn)拐點，并存在流速分區(qū)現(xiàn)象，很難用統(tǒng)一的公式對整個水深的流速分布規(guī)律進行描述。基于流速分布特點，國內(nèi)外學(xué)者對流速的劃分存在兩區(qū)和三區(qū)的觀點。

3.1.1 流速的兩區(qū)劃分及特征尺度 支持兩區(qū)劃分的學(xué)者大都將流速分布分為植物層內(nèi)部和植物層上部兩個區(qū)域。Kouwen等［16］采用植物高度Hv作為長度尺度，傳統(tǒng)摩阻流速u*作為速度尺度；Stephan等［17］將植物床面類比為沙粒床面，采用植物彎曲后的平均高度Hiv作為長度尺度，u*作為速度尺度，兩者均認(rèn)為植物層上部流速分布符合對數(shù)律，并提出了相應(yīng)的對數(shù)分布公式。部分學(xué)者也基于粗糙床面明渠流動類比，采用其他尺度，得到了植物層上部流速的不同對數(shù)分布律［18-20］。

有學(xué)者基于摻混長度理論或類比混合層理論，對流速分布進行了研究。槐文信等［21］將理論分析和水槽實驗相結(jié)合，采用Hiv為長度尺度，植物層頂部的摩阻流速其中S為水槽坡度）（J?rvel?提出［22］）作為速度尺度，提出了基于摻混長度理論的適用于植物層上部的流速分布公式。Cheng等［14］對淹沒度≤2的剛性植物淹沒水流進行研究，類比平面混合層，從理論上提出一種新的長度尺度—半厚度y1/2（流速為（Umax-Uv）/2處至自由水面的距離，Uv是植物頂部處流速），采用Umax-Uv作為速度尺度，對植物層上部的流速進行無量綱化，與對數(shù)律、冪律、流速虧損律相比，效果較好?；诹魉俅_定的兩區(qū)劃分及特征尺度見圖1。

圖1 基于流速兩區(qū)劃分及特征尺度

3.1.2 流速的三區(qū)劃分及特征尺度 與兩區(qū)相比，對三區(qū)劃分的各區(qū)邊界位置與各區(qū)遵循的流速分布律并未達到統(tǒng)一［5］。

Gourlay［23］采用天然柔性植物進行水槽實驗，根據(jù)流速測量數(shù)據(jù)，將含淹沒植物水流沿垂線分為三個區(qū)域：區(qū)域1（0＜y≤k）（k為流速分布滿足對數(shù)律的起點位置），即近床面植物層底部，流速較小、為一常數(shù)，且與傳統(tǒng)摩阻流速成正比；區(qū)域2（k＜y≤Hiv），流速沿水深符合對數(shù)分布；區(qū)域3（Hiv＜y≤H），流速符合另一對數(shù)分布。他并未對流速分布的長度和速度尺度進行研究。同時，他指出底坡對流速分布具有影響：當(dāng)?shù)灼麓笥?.05時，第二區(qū)和第三區(qū)合并為一個區(qū)域。

Ei-Haikim等［24］用帶有枝杈的塑料條模擬天然植物，在梯形水槽中進行實驗，將流動沿水深分為3個區(qū)域：區(qū)域1（0＜y≤Hiv），以Hiv和Uv作為特征尺度，流速分布符合冪律；區(qū)域2（Hiv＜y≤Hv1，Hv1為略高于植物頂部的一個高度），流速符合線性分布；區(qū)域3（Hv1＜y≤H），此區(qū)域流動與植物糙元無關(guān)，當(dāng)以H和Umax作為特征尺度時，流速分布符合冪律；當(dāng)以Hiv和u*或ν/u*和u*作為特征尺度時，流速分布符合對數(shù)律。

Carollo等［25］利用ADV測量含淹沒柔性植物水流垂線上縱向流速分布，提出以Y1和Y2為界限的三區(qū)劃分（其中Y定義為y/H（垂向位置/水深），Y1和Y2分別位于植物頂端上方和下方），并以水深H為長度尺度，傳統(tǒng)摩阻流速u*為速度尺度，結(jié)合混合長度理論和測量數(shù)據(jù)結(jié)果，得出反正切函數(shù)速度分布形式。

Shi等［26］根據(jù)柔性植物水槽實驗測得的流速分布曲線，將流動分為三個區(qū)域，他們認(rèn)為摩阻流速在植物層內(nèi)部，不是一個合適的速度尺度，而上層流動需要摩阻流速作為速度尺度，并總結(jié)了各種計算摩阻流速的方法：重力法，對數(shù)分布法，近床面雷諾應(yīng)力法，紊動能法等。

此外，閆靜［13，15］總結(jié)和討論了6種速度尺度的計算方法和適用條件，在研究流速分布時，選取了綜合摩阻流速其中R′為考慮植物的綜合水力半徑），并采用H、Hv和ν/u*分別作為長度尺度，對流速分布沿整個水深進行無量綱化，結(jié)果表明流速分布規(guī)律互為相似，但分布曲線互不重合，即為無效的普適無量綱化。

3.2 高階紊流統(tǒng)計特性的流動尺度研究López［27］使用Hv為長度尺度，嘗試將4種植物頂端處物理量（流速Uv，縱向紊動強度垂向紊動強度用雷諾應(yīng)力計算的作為相應(yīng)物理量的速度尺度。該類尺度以植物頂部處的物理量作為參照，所有工況下不同無量綱物理量在y/Hv＝1處重合于一點，能夠清楚的反映各物理量在植物內(nèi)層和上方區(qū)域與植物頂部處之間的偏離程度，但對于得到普適的分布規(guī)律意義不大。

閆靜［13］分別采用H和Hv作為長度尺度，最大雷諾應(yīng)力計算的摩阻流速為速度尺度，對紊動強度和雷諾應(yīng)力分布進行無量綱化，研究發(fā)現(xiàn)，各種實驗工況下，采用H作長度尺度時，植物層上部實驗數(shù)據(jù)較為集中，而植物層內(nèi)部數(shù)據(jù)分散；采用Hv為長度尺度時，規(guī)律恰好相反。因此分別采用Hv、H作為植物層內(nèi)部和上部的長度尺度，為速度尺度，建立了紊動強度、雷諾應(yīng)力分布公式。紊動強度在植物層上部和內(nèi)部均符合各自特征尺度下的指數(shù)分布。淹沒度較小時，雷諾應(yīng)力在植物層上部符合指數(shù)分布，淹沒度較大時，符合線性分布；而在植物層內(nèi)部，雷諾應(yīng)力近似符合指數(shù)分布。

Yang等［28］采用雷諾應(yīng)力最大值處高度為長度尺度，為速度尺度，認(rèn)為植物層上下紊動強度均滿足不同系數(shù)的指數(shù)分布，且剛性植物比柔性植物條件下數(shù)據(jù)曲線與公式更吻合。Nikora等［29-30］對比分析了對其計算方法及物理意義進行了詳細的討論，認(rèn)為后兩者更適合作為高階紊流統(tǒng)計特性的無量綱化尺度，這一觀點和閆靜［13，15］相同。

對于偏態(tài)系數(shù)和峰態(tài)系數(shù)，由于其本身為無量綱數(shù)，對于特征尺度研究僅限于長度尺度。Poggi等［31］、閆靜［13］使用Hv作為長度尺度，均發(fā)現(xiàn)植物層內(nèi)部偏態(tài)系數(shù)Sku＞0（縱向流速偏態(tài)系數(shù)），Skv＜0（垂向流速偏態(tài)系數(shù)）；植物層上部則與之相反。峰態(tài)系數(shù)Kuu和Kuv在植物頂端達到最小值，向渠底和自由水面逐漸增大，分析表明，植物頂端附近縱向流速概率密度符合正態(tài)分布。

總結(jié)前人研究成果，常見的長度尺度包括：植物高度Hv、柔性植物彎曲后的平均高度Hiv，黏性長度ν/u*，水深H等；常用的速度尺度包括：斷面平均流速Um、植物頂端處物理量（流速Uv，縱向紊動強度垂向紊動強度雷諾應(yīng)力計算的其他各種方法計算的摩阻流速等。但無論上述何種單一尺度，都無法使得紊流統(tǒng)計特性的表達統(tǒng)一起來。

3.3 基于紊流結(jié)構(gòu)的流動分區(qū)和特征尺度研究目前分區(qū)大多基于各家得到的流速分布，因此造成了（1）分區(qū)具有特定性，即某種分區(qū)和特征尺度僅對某一研究適用；（2）無法用基于流速分區(qū)確定的特征尺度對高階紊流統(tǒng)計特性進行有效的無量綱化。鑒于含植物明渠流動沿垂向較強的不均勻性和復(fù)雜性，應(yīng)從紊流內(nèi)部結(jié)構(gòu)考慮對流動進行分區(qū)，在各區(qū)尋找合適的流動特征尺度。

Raupach等［32］對流經(jīng)陸生植物的大氣流動進行了研究，根據(jù)紊動能的產(chǎn)生項G和耗散項ε的關(guān)系，將冠層流動分為3個區(qū)域：粗糙次層（Roughness Sublayer）（床面至植物層上部某一區(qū)域，G＞ε）、慣性區(qū)（粗糙次層以上滿足G≈ε的區(qū)域），自由表面區(qū)（慣性區(qū)以上區(qū)域，G＜ε）。Poggi等［31］利用水槽實驗和理論分析，認(rèn)為含淹沒植物明渠分區(qū)與之相似，將粗糙次層定義為冠層次層（Canopy Sublayer），各區(qū)的界限尚不清楚。

Nepf團隊［33-38］結(jié)合理論分析和水槽實驗，對含淹沒植物明渠水流進行了系列研究。他們指出植物密度對流動分區(qū)和流動類型有影響。在植物密度較小的情況下，水流為邊界層流動；在植物密度較大的情況下，流動沿垂向分為3個區(qū)域：低冠層區(qū)（0≤y≤Hv-δe）、混合層區(qū)（Hv-δe＜y≤Hv-δe＋tml）、自由水面區(qū)（Hv-δe+tml＜y≤H），其中δe是KH渦滲透深度，tml是混合層厚度（KH渦的垂向尺度）［39］。對于混合層區(qū)流速分布的特征尺度，他們認(rèn)為可以使用動量厚度θ（通過混合層上下邊界的流速計算得到）作為長度尺度，混合層上下邊界的速度差ΔUml作為速度尺度，流速可以用雙曲正切函數(shù)來描述。將Tang［40］由局部紊流結(jié)構(gòu)確定的植物局部阻力系數(shù)cd分布結(jié)果，與Nepf［37］的KH渦滲透深度位置進行對比，發(fā)現(xiàn)Hv-δe處正是cd由近似常數(shù)區(qū)變?yōu)樵龃髤^(qū)的拐點。在低冠層區(qū)，cd和雷諾應(yīng)力近似保持為一常數(shù)，說明低冠層區(qū)流動和非淹沒流動類似，不存在KH渦的擾動。

Nezu等人［41-43］利用象限分析和時空相關(guān)分析等紊流結(jié)構(gòu)研究方法和水槽實驗，將整個水深沿垂向劃分為3個區(qū)域：類非淹沒區(qū)（0≤y＜hp），混合層區(qū)（hp≤y＜hlog）和對數(shù)層區(qū)（hlog≤y≤H，類邊界層流動），其中hp是植物層內(nèi)雷諾應(yīng)力為最大值10%時對應(yīng)的高度，hlog約為1.7 Hv，混合層區(qū)的厚度hloghp與淹沒度相關(guān)。他們也認(rèn)為混合層區(qū)流速可以用雙曲正切函數(shù)進行描述?；谖闪鹘Y(jié)構(gòu)的流動分區(qū)見圖2。

圖2 基于紊流結(jié)構(gòu)的三區(qū)劃分

閆靜等［39］將Poggi、Nepf、Nezu的研究成果進行了對比分析，總結(jié)了植物密度變化下紊流結(jié)構(gòu)變化的過程：植物很稀疏條件下，植物對水流結(jié)構(gòu)擾動較小，流動類型仍為壁面邊界層流動，隨著植物密度增大，植物影響增大，流動類型完成了從邊界層到混合層的過渡，而植物密度再增大到一定程度時，極密的植物層形成了新的壁面邊界，新的邊界層流動形成。

戴坤等［44］利用流動顯示技術(shù)，對含植物條件下明渠紊流擬序結(jié)構(gòu)進行了觀察和分析，將流動分為三個特征區(qū)域：植物內(nèi)層區(qū)，主要表現(xiàn)為弱猝發(fā)現(xiàn)象并形成類卡門渦街，渦結(jié)構(gòu)受植物直徑和植物排列方式影響較大；植物頂部附近區(qū)，紊流結(jié)構(gòu)復(fù)雜，表現(xiàn)為猝發(fā)現(xiàn)象和自由混合層中大渦配對現(xiàn)象的疊加；植物外層區(qū)，類似于傳統(tǒng)壁面邊界層外區(qū)中所表現(xiàn)出的順?biāo)鞣较蛩w拉伸以及紊流的間歇性。

4 結(jié)論與展望

綜上，目前各種長度和速度尺度的確定主要基于流速分布和紊流結(jié)構(gòu)?；诹魉俜植歼x取特征尺度的研究相對成熟，但具有較強的特定性，使用這些特征尺度和建立的流速與高階紊流統(tǒng)計特性參數(shù)分布公式只適用特定的植物或者水流條件?；谖闪鹘Y(jié)構(gòu)的流動分區(qū)，更具理論性，但目前分區(qū)界限值、各區(qū)流動類型和流動特征尺度，以及影響因素的具體影響并不是很清楚。對含植物明渠流動分區(qū)和特征尺度的研究，提出如下建議：（1）從紊流機理出發(fā)，結(jié)合流動結(jié)構(gòu)的內(nèi)在本質(zhì)特點，綜合考慮渦結(jié)構(gòu)（如KH渦）沿程發(fā)展變化和流動特性參數(shù)分布規(guī)律對流動進行分區(qū)，判斷各區(qū)流動類型。這是確定能綜合涵蓋植物和水流因素的長度和速度尺度的基礎(chǔ)。（2）探究植物條件（植物種類、剛?cè)嵝?、密度、排列方式、幾何特性）和水流條件（水流強度、淹沒度）等影響因素對流動分區(qū)界限的具體影響。通過綜合比較分析，確定其影響權(quán)重的大小，找出主要的影響因素。（3）借鑒各區(qū)流動類型相應(yīng)的尺度理論，在各區(qū)探求流速、紊動強度、雷諾應(yīng)力等紊流統(tǒng)計特性的特征尺度，以獲得普適表達式。

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Advances in research on sub-division and characteristic scales of open channel flows with vegetation

YAN Jing1，2，CHEN Yang2，TANG Hongwu1，2，DAI Kun2，ZHANG Ming2
（1.State Key Laboratory of Hydrology-Water Resources and Hydraulic Engineering，Nanjing 210098，China；2.College of Water Conservancy and Hydropower，Hohai University，Nanjing 210098，China）

Vegetation is an essential element in most natural ecological rivers.Its biological characteristics change turbulent structures of the river significantly.Due to the strong inhomogeneity of flow in the vertical direction，there still are no universal expressions of the turbulent statistical properties along water depth in vegetated open-channel flows.Therefore，flow sub-division and corresponding characteristic scales of these regions have gained more focuses.In this paper，the research achievements of sub-division and characteristic scales are reviewed in terms of traditional and vegetated open-channel flows.The results based on the velocity distribution and turbulent structures are analyzed and summarized respectively.The paper proposes that to partition the flow into different sub-regions by combining the vortex structure with the distribution of flow characteristic parameters，determine the appropriate characteristic scales of each sub-regions and investigate the influence factors of sub-division and characteristic scales are the main research contents and tendencies.

open channel flow with vegetation； turbulence structure； flow sub-division； flow regime；characteristic scales of flow

TV131.2；G353.11

A

10.13244/j.cnki.jiwhr.2015.06.005

1672-3031（2015）06-0428-08

（責(zé)任編輯：韓 昆）

2015-05-19

國家自然科學(xué)基金資助項目（51125034，51579079，51239003，51109066）；重大科學(xué)儀器設(shè)備開發(fā)專項（2011YQ070055）

閆靜（1980-），女，新疆石河子人，博士，副教授，主要從事明渠紊流力學(xué)及河流動力學(xué)研究。E-mail：yanjing@hhu.edu.cn

唐洪武（1966-），男，江蘇鹽城人，博士，教授，主要從事水力學(xué)及河流動力學(xué)研究。E-mail：thwhongwu@163.com