坡面土壤侵蚀已成为我国面临的主要环境问题,植被在减缓坡面土壤侵蚀方面发挥着不可替代的作用。由于坡面植被的分布模式及生长状态的不同,一定程度上改变了坡面水流内部结构,增加动能损失,对坡面流具有阻延、拦蓄作用,使坡面水流具有复杂多变的特性[1]。但就坡面植被分布模式而言,国内外研究者的研究方向及目的不同,对植被分布模式并没有统一界定,使得坡面植被模式对阻力作用影响研究不具代表性,导致研究混乱。本研究从相邻植被与单个植被两个方面对植被分布模式进行了整体概括,由于植被受种栽方式、地形等因素影响,使得植被的条带行列走向与相邻植被行列间距不同,从而主导整体植被分布格局。对于单个植被而言,由于植被的生长年限及种类的不同,导致植被茎秆粗度有所差异,所以本研究将植被行列走向、茎秆粗度、行列间距三个重要指标有机组合用于表征植被分布模式。坡面水流阻力是反映坡面状况阻延地表径流的参数,是模拟坡面产汇流过程中重要指标,在坡面水力侵蚀的治理及生态坡面保护有重要指导意义。水流流态的判别是分析水流属性、研究水流冲刷和泥沙输移的前提,也是流速计算、水流紊动强度等计算的重要先决条件,在生态、防洪、农业生产等工程中起到至关重要的作用。坡面流流态直接关系到坡面流的阻力特性,是表征坡面流水动力学特征的重要参数。因此有必要对坡面植被阻力作用及流态响应进行深度研究,建立分布式水文模型结合实际现状进行更加接近于现实状况的试验模拟,为优化坡面植被分布、防治坡面土壤水力侵蚀、流域防洪减灾等提供科学依据。为系统的研究坡面流植被阻力作用及流态响应研究,在坡度为1.0%的情况下试验设置3种植被行列走向与水流流向间所成夹角θ(15°、45°、90°)、3种植株直径d(3mm、4mm、5mm)、3 种行列间距a×a(40mm×40mm、50mm×50mm、60mm×60mm)模拟植被分布变化状况;并研究植被非淹没、过渡淹没、完全淹没状态的水力参数的变化,研究植被分布对坡面水流的影响作用,本课题所得结论主要有以下几点:(1)植被非淹没状态下,植被分布模式对坡面水流阻力及流态均有显著影响。随着植被行列走向与水流流向夹角θ的减小、植株直径d的增大、行列间距a×a的减小,水流达西-魏斯巴赫阻力系数f均随之增大,雷诺数Re和弗劳德数Fr逐渐减小;并通过线性差值分析计算出了达西-魏斯巴赫阻力系数f,雷诺数Re和弗劳德数Fr在3种植被分布模式下的变化率,对3种植被分布模式下的坡面水力参数进行量化研究。当θ每减小10°,f的平均增长率为6.6%,Re和Fr的平均减小率分别为2.0%和3.0%,当d每增大1mm,f的平均增长率为41.6%,Re和Fr的平均减小率分别为11.2%和12.2%;当a×a每减小1Omm,f的平均增长率为45.2%,Re和Fr的平均减小率分别为1 1.7%和10.7%;当水深h每增大1cm,f和Re的平均增长率分别为13.6%和25.2%,Fr的平均减小率为10.4%。(2)随着水深的不断增大,植被由非淹没状态向完全淹没状态过渡,水流阻力系数f及雷诺数Re随着水深的增加持续增大,弗劳德数Fr随着水深的增大而减小,植被的分布模式对坡面水流阻力及流态的影响逐渐减弱。从非淹没到完全淹没的过渡态,即淹没水深刚好达到植被自身高度时,达西-魏斯巴赫阻力系数f值达到最高峰值。(3)当植被处于完全淹没状态,随着水深的增大,达西-魏斯巴赫阻力系数f与水深h呈负相关关系,弗劳德数Fr随着水深的增大而减小,雷诺数Re随着水深的增加持续增大,其增长速率或减小速率较为平稳,且在植被完全淹没状态下,植被的分布模式对坡面水流阻力及流态的影响作用很小。