植被在固结土壤、降低水土流失及净化水体方面发挥着积极作用,能够有效的缓解土地荒漠化等自然环境问题。但是,植被在对生态环境产生保护及修复作用的同时,也会对地表径流产生一定的阻延作用。这将使得地表的下渗及雨水涵蓄能力增强、河道的行洪及航运能力削弱,从而对坡面流形成及汇流过程产生剧烈影响,降雨与坡面径流的响应关系变得异常,对流域水文过程造成显著影响。然而,自然流域中随着时间的推移,同一流域植被类型也在发生改变。自然界的植被在一定程度上呈现出高低有别的层次化分布状态。如果能够了解层次化植被与坡面水流之间的相互关系,掌握层次化植被对坡面流水力特性影响,将会使坡面产汇流模拟更加精确,为自然流域坡面水土治理问题提供理论依据。为此本研究通过在实验室建立水力模型,通过调节植株高度、高、低株分布形式与底坡坡度来进行层次化植被水流阻力模拟试验。试验植被高度组合分别为7 cm和9 cm、6cm和8 cm、5 cm和7 cm,高、低植株分布形式共为两种:线性排列和交错排列,地坡坡度设置为5个坡度:0.0%、0.5%、1.0%、1.5%、2.0%,每一种坡度下进行14组试验,总计进行70组试验。通过对其试验数据分析,本研究得出以下主要结论:(1)层次化植被与均一化高度植被相比,水流流速v随着水深h的增加,同一水深条件下,均一化高度植被流速大于层次化植被流速;沿程能量损失hf在水深淹没层次化植被低植株时,二者差值最大,之后随着水深的增加差值慢慢缩小,最后趋于一致。层次化植被低植被被淹没时,Darcy-Weisbach阻力系数f值会突然发生降低现象;所有植株均未淹时f的增长率大于低矮植株淹没较高植株未淹没时f的增长率,表明所有植株处于水流面以上时阻水效果明显,对地表径流冲刷有及时的抑制效应,同时也验证了植被分布密度及比表面积也对f值产生影响作用;植被处于部分淹没、全部淹没时,水流面以下植株高度越大,对应Darcy-Weisbach阻力系数f值越大,f的增长率与减小率越大。(2)层次化植被植株分布模式对水流流速流态具有影响作用,同一水深条件下,层次化植被植株线性排列水流流速大于植株交错排列水流流速;水流流态变化规律也满足同样规律,线性排列雷诺数值与弗洛德数值均大于交错排列雷诺数值与弗洛德数值;在两种分布模式下沿程能量损失hf在水深淹没层次化植被低植株时,二者差值最大,之后随着水深的增加差值慢慢缩小,最后趋于一致;层次化植被植株分布模式对Darcy-Weisbach阻力系数具有影响作用,总体上,同一水深下植株交错排列对应阻力系数f值要大于植株线性排列对应阻力系数f值。(3)地表坡度越大,水流速度越大,随着水深的增加,坡度影响作用逐渐减小;坡度越大,对应雷诺数Re值越大;坡度对弗洛德数Fr及沿程能量损失hf的影响,存在一分界水深,水深小于0.05 m时,同一水深条件下,坡度越大对应弗劳德数Fr值越大,水流越急,对应沿程能量损失hf值越大,水深大于0.05m时,各个坡度对应的Fr值差异较小,并趋于稳定,表明地表坡度变化对弗劳德数的影响作用会随着水深的增加而减小,对应的沿程能量损失hf值逐渐趋于一致并保持平缓;随着坡度的增加,尤其在大坡度情况下,水深淹没低植株时,阻力系数f值突降现象越来越不明显,由此表明,水深对阻力系数的影响作用要大于坡度对其的影响作用。