柔性植物影响下水沙运动及物质输运研究进展

水生植物是河流、湖泊、滨海湿地环境中不可缺少的一部分,植物的存在使水动力条件发生了改变,进而影响了泥沙悬浮和污染物的输运。从恒定流和波浪两种水动力条件出发,针对柔性植物影响下的水流阻力、水流结构、紊动特性、特征流速、消波系数、泥沙运动、污染物输运等方面,综述了国内外的主要成果,并指出复杂水动力条件下的植物-水流-泥沙-污染物之间的相互作用规律是今后研究的重点和难点。

刚性沉水植物影响下波浪传播及泥沙悬浮数值模拟

由于植物引起的紊动作用,含刚性植物床面中悬浮泥沙浓度与无植物裸床相比显著增加,而通过平均流速计算底床切应力的传统泥沙模型无法模拟出该现象。因此,在含植物水流水沙运动物理模型试验的基础上,构建了基于Flow–3D的含刚性沉水植物条件下波浪传播的三维数学模型,模拟了植物影响下波浪动力特征和泥沙悬浮过程,同时从紊动能角度修正希尔兹数,对泥沙模块进行了改进。与实测数据相比,该模型可较精确地模拟出植物引起的整体水流流速减小和局部冠层顶部处的流速增大、水体紊动增强以及紊动能在波周期内出现两个峰值的现象。与原始泥沙模块相比,改进的模型考虑了植物尾流紊动对泥沙运动的影响,可提高含植物床面泥沙悬浮模拟的精度。

基于随机森林特征变量优化的湿地植物分类与密度反演

以长江口滨海湿地为研究区域,采用随机森林算法对滨海湿地植被进行分类。在提取Landsat-8 OLI影像植被指数和水体指数的基础上,提出利用植被指数季节差值对模型进行特征变量优化,分析了长江口滨海湿地植物群落分布的空间特征。以所占面积最大的互花米草(入侵物种)为例,采用多元线性回归模型结合实地测量数据,估算了秋季的互花米草植物密度的空间特征。提出的多时相遥感数据结合随机森林特征变量优化方法,可以较为便捷地提取长江口湿地3种优势物种的空间分布特征,与最大似然法相比,分类精度有较大提高,总体分类精度由78.35%提高至87.55%,Kappa系数由0.72提高至0.84。该方法适用于存在“异物同谱”问题的湿地植物群落研究。