明渠植被与水流之间的相互作用是河流生态修复、泥沙输移、行洪安全及水质净化研究领域的重要科学问题。基于水工实验、理论推导和数值模拟,本文研究了非均匀流条件下植被河道的水力学特性及曼宁公式,分析和解释了其沿程变化规律,并结合数值模拟结果加以验证,探讨了非均匀流条件下植被与水流的相互作用机理。一、构建室内植被河道水工实验研究系统,在流量70、80、90L/s及芦苇茎杆密度0、54、108、202株/m2的工况下,研究了非均匀流植被河道的水力学特性。1)在植被河道内,水流流态的整个变化过程为M1型——M2型——M1型；2)随着植被密度的增大,幂指数拟合垂向流速分布的结果越来越差,明渠均匀流对数流速公式不适用于非均匀流植被河道；3)湍流强度在进出植被段处显著增大,在总体上随着植被密度的增加而增加,随着流量的增加而减小；4)湍动能在植被段内整体呈增加趋势,但出植被段湍动能显著减小,水流变得平稳。二、基于植被河道水流的力学分析与室内植被河道水工实验,研究了非均匀流条件下植被河道的曼宁系数变化机制。1)对水力坡度进行了修正,推导出了非均匀条件下综合曼宁系数计算公式；2)对植被河道的受力进行分解,在理论上建立了植被曼宁系数、渠底边壁曼宁系数与综合曼宁系数之间存在的平方和关系,据此提出了植被曼宁系数的计算公式；3)在不同植被密度的水工实验中,植被段内综合曼宁系数和植被曼宁系数均沿程呈线性下降趋势；4)综合曼宁系数与实验植被密度呈线性函数关系,植被曼宁系数与实验植被密度呈幂指数函数关系。三、基于多孔介质模型模拟了植被河道的水面曲线和流速,对比分析了模拟结果与实验测量数据。研究表明,1)模拟的水面曲线与实验测量结果趋势一致,植被段内流态转变为M2型；2)在植被段内,曼宁系数沿程呈线性下降趋势,从另一个方面佐证了基于植被河道水流的力学分析推导的非均匀流曼宁公式的可靠性。生态河道的水力学研究是当代水资源工程、环境工程和生态工程研究的前沿领域。本项研究明确了植被对非均匀流流态的影响,增进了近自然河流中植被与水流之间相互作用机制的理解,提出了植被曼宁系数计算方法,为曼宁公式在植被河道水流中的应用提供了参考,对近自然河道生态恢复及人工湿地建设具有指导性意义。