植被是河道渐变流形成和维持的重要基础,渐变流植被河道水动力学机制研究是当前生态水力学研究的前沿领域。本研究开展了渐变流植被河道水动力学模拟实验,在理论分析和实验结果的基础上,研究了刚性植被对河道流场结构、能量耗散、曼宁系数和湍流结构的影响,探索了渐变流植被河道的水动力学机制。主要结论如下：一、流场结构理论分析和实验研究表明：1)植被可使河道流态在M1和M2型之间发生转变,壅水水位差随植被密度、植被段长度和淹没植被高度增加而增加；2)利用相对淹没度可以概化刚性淹没植被对明渠流场结构的影响,尤其是对于雍水水位差的度量；3)渐变流植被河道的形成条件为：河道为正坡、缓坡明渠,水流处于缓流状态,渐变流水面曲线类型受植被斑块影响发生转变；4)植被可以削减局部流速,且削减力随植被密度、植被段长度和淹没植被高度增加而增加；5)垂向流速分布的不规则系数可以描述刚性植被作用下植被段内垂向流速分布的不规则性。二、能量耗散的实验结果表明：1)不同植被参数下,断面单位能量在一定水深范围内相互重叠,但总体上随植被密度、植被段长度、淹没植被高度的增加／相对淹没度的减小而增加；2)断面单位势能在水深较大时占绝对优势,断面单位能量曲线在水深较小时发生偏转和弯曲,断面单位动能所占比例快速增加；3)植被段前、中水流总能量的抬升随植被密度、植被段长度、淹没植被高度的增加／相对淹没度的减小而增加,渐变流植被河道总能量的沿程分布表现为：植被段前基本不变,段内逐渐下降,段后与无植被情况基本一致；4)植被密度、植被段长度和植被高度的增加／相对淹没度的减小会造成植被段内水流动能的削减。三、曼宁系数的理论分析与实验研究表明：1)含非淹没、淹没刚性植被的渐变流植被河道总曼宁系数与其植被和边界组分之间存在以植被参数为系数的平方和关系,利用植被参数修正渐变流植被河道曼宁系数的同时,可以得到植被曼宁系数的计算方法；2)不同植被参数下,总曼宁系数在进植被段时快速增长、段内逐渐下降、段后恢复至段前水平；3)植被段内总、植被曼宁系数的均值都与植被密度、淹没植被高度存在线性关系,与植被覆盖底面积比例、植被段长度、相对淹没度存在幂函数关系。四、湍流结构的实验结果表明：1)植被参数对渐变流植被河道相对湍流强度的沿程分布有较大影响,三个方向的相对湍流强度均值可判定为顺流方向>横切方向>垂直方向；2)在中、高植被密度下,植被段内相对湍流强度明显高于段外,其整体均值在低、中密度下较小；3)不同植被段长度下,植被段内的相对湍流强度均明显高于段外,其整体均值随植被段长度的增加而增加,但存在一定波动；4)较短的植被斑块对上游水流的扰动较大,该扰动随植被段长度的增加而逐渐削弱；5)随着淹没植被高度的增加／相对淹没度的减小,相对湍流强度的沿程变化趋于一致,基本表现为植被段前不变,段内先上升后下降的趋势,其整体均值随淹没植被高度的增加／相对淹没度的减小而轻微增加,但增量逐渐减小。五、本项研究基于理论与实验分析,得到了以下几个创新性成果1)提出利用相对淹没度概化淹没刚性植被对明渠水流的影响,与植被高度相比,更具普适性；2)总结了渐变流植被河道的形成条件,对明确植被河道流态转变机制具有理论意义；3)定义了垂向流速分布的不规则系数,可以判定传统垂向流速分布幂函数律在植被河道中的适用性；4)研究了植被参数对能量耗散和湍流结构的影响,可以增进对河流边壁、植被与水流之间相互作用机制的理解；5)提出了非淹没、淹没刚性植被曼宁系数计算方法,为曼宁公式在渐变流植被河道中的应用提供了参考。植被河道水力学机制研究是当代生态水力学和生态工程学的前沿领域。本文的研究成果对生态水力学的学科发展具有理论意义,对河道生态修复和湿地构建具有指导意义。