竹纤维对植被水泥土抗崩解特性的影响研究

为提升植被水泥土生态护坡效果,对竹纤维掺量为土样质量的0、1‰、3‰、5‰、7‰5个水平和纤维长度为2、4、6、8、10mm 5个水平的植被水泥土试样进行了崩解试验,研究了不同纤维掺量和纤维长度对植被水泥土抗崩解性能的影响。结果表明,竹纤维的掺入能显著改善植被水泥土的抗崩解性,随着竹纤维掺量的提高,植被水泥土的抗崩解性能先提高后降低;当竹纤维的掺量在3‰~5‰时,植被水泥土具有最优的抗崩解性能;竹纤维长度在2~8mm时,对植被水泥土的抗崩解性能影响不大,当竹纤维长度>10mm时,植被水泥土的抗崩解性能降低。

利用MODIS数据进行植被水监测的应用研究

植被水的监测始于对森林、草原火险评估的需要 ,另一方面 ,植被水的丰富程度也间接反映了当地土壤含水量状况 ,是当地干旱状况的一个重要指示。水是生命之源 ,对作物生长的影响巨大。因而对于农业区作植被水的监测 ,可以了解到区域植被供水状况信息。本研究正是基于上述的想法 ,以黄淮海农业区作为试验样区 ,对新型MODIS传感器的数据 ,应用GVMI指数模型 ,反演出植被水含量信息。比较植被水含量与当地降水量之间的关系 ,初步分析了植被水含量与区域旱情状况之间的关联性。

植被水分遥感监测研究综述

植被水的监测对于森林火险预警、农业旱情评估、农作物生长监测都有着重要作用。本文通过跟踪国内外在这一领域所取得的主要成果,简要介绍基于叶绿素和植被状态的遥感监测模型、直接反演植被水法和微波遥感方法,并分析了这些方法的优缺点及适用情况。

不同植被水分指数对小麦水分状况监测效果对比

通过对比不同水分指数对冬小麦水分状况的监测效果,选择出不同时期的最优水分指数,为遥感监测作物水分提供理论依据。利用冬小麦一个完整生长季内不同时期的5次水分胁迫下光谱与水分状况实测数据,计算出NDVI、NDWI、GVMI(全球植被水分指数)、PWI(植被水分指数)及WI(水分指数)这5个常用水分指数的数值,并与EWT(等效水厚度)、FMC(相对水分含量)进行相关性分析。经过综合分析与比较,发现在小麦生长前期,FMC比EWT更适合反演水分状况,而小麦生长后期,则EWT比FMC更为适合。不同时期小麦水分监测的最优指数不同,而且随着小麦的生长,光谱指数对水分状况监测效果呈现先升后降的趋势。在实际应用中,应当根据小麦生长的不同时期,选择不同的指数来监测小麦的水分状况。

基于随机位移方法的植被水流纵向离散研究

在天然河道中,离散主要是由纵向流速在横断面分布的不均匀所引起,当河道中存在部分挺水植被时,流速分布的不均匀性更加明显。为了研究部分挺水植被水流中的纵向离散,假设各变量在垂向是不变的,模拟一个由流向和横向组成的二维域,引入了基于拉格朗日观点的随机位移模型,该方法直接使用独立运动的离散颗粒来描绘物质的输移,不再需要求解随流扩散方程。随机位移模型主要根据水深平均流速和横向紊动扩散系数的横向分布来确定污染物的分布。其中,流速横向分布公式采用了基于剪切涡的简化经验公式,该公式的优点在于不用对二次流系数进行率定,且物理意义明确;另外,利用量纲关系及遗传算法给出了剪切涡外层宽度的显性经验公式,分析可得剪切涡外层宽度主要由水深和河床阻力决定,植被的直径和密度对于涡旋外层结构影响较小;根据以往实测资料,提出了横向紊动扩散系数的横向分布模型,揭示了横向紊动扩散系数在交界处远大于稳定区的动力特性。为了验证随机位移模型预测的准确性,在长直部分植被水槽进行了室内试验,流场中不同点的浓度过程线的实测值与模拟值吻合良好,表明随机位移模型可以有效地模拟部分挺水植被水流纵向离散,为生态河道污染物混合输移的评估提供了新的方法。

基于PROSPECT-VISIR模型构建新植被水分指数

利用PROSPECT-VISIR叶片模型,获得了不同叶片参数条件下可见光—中红外波谱区间的叶片反射率模拟数据,分析了植被叶片光谱特征波段,找到叶片反射率对含水量变化敏感的波段范围。在几种常见的可见光—近红外波段植被水分指数基础上,加入中红外波段反射率,提出了4种新型植被水分指数模型:中红外归一化差异红外指数(mid-infrared normalized difference infrared index,NDII_(M))、中红外归一化水分指数(mid-infrared normalized difference water index,NDWI_(M))、中红外归一化多波段干旱指数(mid-infrared normalized multi-band drought index,NMDI_(M))和中红外归一化植被指数(mid-infrared normalized difference vegetation index,NDVI_(M))。利用叶片反射率模拟数据,比较了4种新型植被水分指数与传统水分指数对叶片含水量的敏感性,建立了新植被水分指数与叶片含水量和干物质含量的定量关系模型,其中NMDI_(M)的关系式决定系数R^(2)达到0.972,表现最好。文章基于NMDI_(M)和NDII_(M)发展了一种双植被指数的叶片含水量估算模型,实现在干物质含量未知情况下对叶片含水量的准确估算(均方根误差为0.0021 g/cm^(2))。

基于正交试验设计的植被水泥土性能影响因素研究

为优化植被水泥土配合比,采用正交试验设计方法,选取水泥、酸碱调节剂和有机质3个因素,通过极差分析法和植物生长试验,研究了各因素水平对植被水泥土无侧限抗压强度和pH值的影响。结果表明,水泥是影响植被水泥土性能的最主要因素,水泥掺量越大,植被水泥土的无侧限抗压强度越高,但pH值也随之增大;酸碱调节剂和有机质是影响植被水泥土性能的次要因素,酸碱调节剂可明显降低植被水泥土的pH值,植被水泥土无侧限抗压强度随着有机质掺量增加而降低;适宜植物生长的植被水泥土最佳pH值范围为5.5~8.0。

河流中低淹没度下刚性沉水植被阻力系数改进研究

准确评估植被阻力对预测植被影响下的河流流速分布具有重要意义。采用已有研究数据,验证了6种挺水植被阻力系数公式在刚性沉水植被流计算中的适用性,并在已有研究基础上考虑淹没度影响,针对低淹没度情形,提出了改进的阻力系数公式。结果表明,各公式平均计算精度接近,计算流速与实测流速相对误差均在10.20%~15.19%之间;改进阻力系数公式计算精度良好,公式计算流速与实测流速相对误差为3.40%,可用于植被层流速估算,适用范围为淹没度1<H/h_(v)<2且固体体积分数0<ϕ≤0.02。

挺水植被影响下滞水区滞留时间预测模型

对于河道修复工程,为了增加河流地貌多样性,常会沿岸布置一些丁坝形成回流区(也称作滞水区)。滞水区的低速环流特点有利于泥沙落淤、营养质积累,为水生植物提供了适宜的生长环境,同时影响着河道内的物质输移扩散过程,对河流生态系统有着重要意义。采用量纲分析与遗传算法研究了挺水植被影响下滞水区滞留时间特性。对于植被化滞水区,影响水体滞留时间的因素可以归纳为三类,包括混合层流动特性、滞水区形貌特征以及植被拖曳作用。首先在前人工作基础上,应用π定理引入了能够反映植被阻滞效应的参数1+C_(D)ad_(c),对于无植被情形1+C_(D)ad_(c)=1,表明物质交换不受该因素影响,而对于有植被情形1+C_(D)ad_(c)>1,表明交换活动会受到影响。其次通过分析比较,筛选了其他影响滞留时间的主控因素,包括体现来流强度的主流傅汝德数Fr,以及体现滞水区形貌特征的三维形状因子(Wdc)0.5/L和宽长比W/L。然后以上述四种因素为自变量,构建了植被化滞水区滞留时间的一般性预测模型(即幂函数乘积模型)。最后基于收集的85组试验数据,采用遗传程序Eureqa对该幂函数乘积模型进行训练,拟合了植被化滞水区的滞留时间预测公式。对判定系数R2与平均绝对误差MAE的评价表明该公式具有较好的预测能力;对各因素变化区间的分析表明该公式具有较宽广的适用范围。此外,通过比较这4种因素对模型结果的作用程度,发现宽长比W/L是影响滞水区水体滞留特性的关键参数,在开展相关工程设计时应予以重点考虑。

植被叶片含水量反演的精度及敏感性

针对利用多源遥感数据监测旱情变化需要研究波段宽差异对指数的影响,而目前缺乏相关对比研究这一问题,该文基于叶片辐射传输模型,选用已广泛应用的光谱指数(包括植被指数与植被水分指数),通过对比研究筛选出反演精度高、对叶片含水量变化敏感、受波段宽变化影响小(适合应用于多源遥感数据)的指数。结果显示,植被指数与植被水分指数反演叶片含水量精度均较高(确定系数:0.983,0.917)。但植被水分指数对叶片含水量变化敏感而对波段宽的变化不敏感,植被指数对叶片含水量变化不敏感且受波段宽变化的影响大。因此,在利用多源传感器数据估算叶片含水量时应选用植被水分指数。在所选植被水分指数中,对叶片含水量变化最敏感同时对波段宽的变化最不敏感指数为归一化差异红外指数(Normalized Difference Infrared Index,NDII)与全球植被湿度指数(Global Vegetation Water Moisture Index,GVMI)。

挺水植被布局对矩形浅池水体流态的影响

研究浅池水体流态水力学特性有助于优化景观池塘、湖泊和湿地等设计,提高水体连通性,改善流态。挺水植被与景观水体结合不仅能提高景观美学性,而且具有改善水体连通性的作用。本文采用2维浅水数值模拟,探索了植被覆盖变化下的水流沿中轴线槽道进入和推出矩形浅池的水体流态特性,并进行了基于水力特性的定量分析。研究发现:植被具有均化浅池水体流速和稳定流动的作用,非对称流态转变为对称流态;当植被密度≥5m^(–1)时,两侧分离回流区完全消失,水体连通性最佳,形成平推流。基于场景模拟后发现,紧邻入口植被局部覆盖能达到浅池植被全覆盖的改善流态的效果;进一步分析表明,浅池流态与中轴线流速及流速梯度分布相关。表征水体流通性的流通水体占比与表征水流调整的无量纲平均流速梯度存在显著的对数相关,提出的预测模型可用于矩形浅池类景观的水力设计。

连续分布均匀沉水植被明渠水流流速分布比较

植被影响下的河道流速分布是评价河道行洪能力的重要指标,关系到河床稳定与河道安全。以连续均匀分布的沉水植被为研究对象,系统评述了国内外对河道植被水流流速分布的研究进展,从紊动特性阐述了流速分布剖面形成机理,剖析了分区流速解析模型和平均流速模型研究现状和存在不足,基于文献数据,评价了现有平均流速模型适用性及准确度,认为目前对于植被水流流速求解多集中于均匀流条件顺直型河道、植被类型及形态单一的连续均匀分布植被,未来流速模型应针对沉水植被阻力系数、植被影响下的河床应力、非均匀流状态及有限尺寸内柔性植被斑块等方向作进一步研究。

湖泊水位变动对水生植被的影响机理及其调控方法

水位的高低及其变动范围、频率、发生的时间、持续的时长和规律性等是影响湖泊水生植被的核心因子。水位变动有短期、年内季节性和年际变动3种,对湖泊水生植被有不同的影响机理。水位短期变动通过对水体中的悬浮物、透明度、光衰减系数等的影响而对水生植被产生作用;周期性的年内季节性和年际水位变动可对水生植被的生态适宜性产生影响,并进而改变其时空分布;长期的高水位和低水位以及非周期性的水位季节变动会破坏水生植被长期以来对水位周期性变化所产生的适应性,从而影响了植被的正常生长、繁衍和演替。植被的极端深度和物种多样性是水位调控的核心表征指标,可通过经验数据分析法、生态模型法和参照法等方法来确定湖泊的适宜水位变动范围和时间。研究对象选择、研究方法、管理中的应用以及重要环境变化所产生的影响等是今后相关研究的核心问题。

洱海近50a来沉水植被演替及其主要驱动要素

依据文献报道的洱海水质、水文(水位)和沉水植被(物种组成、生物量及分布面积)数据,分析了近50年来洱海的水质变化、水位波动情况以及沉水植被的演替过程,探讨了驱动洱海沉水植被演替的主要环境因子.分析表明,洱海沉水植被群落经历了原生、过渡、顶级和衰退等主要阶段;自1980s以来,流域入湖营养盐增加、水质持续下降、藻类生物量逐年升高、沉水植被群落结构简单化和抑藻功能退化等因素是驱动洱海沉水植被演替与分布的原动力,水位大幅波动加速了洱海水生态系统由清水态向浊水态转变,并导致沉水植物大量衰退和某些特有物种消失.因此,在洱海水生态系统的治理以及沉水植被的恢复过程中,应优先考虑降低外源营养盐输入和优化水位调控.

沉水植被降低水体浊度的机理研究

水体浊度的变化影响着水生态系统的健康,而沉水植被对降低水体浊度具有显著效果.为明确沉水植物对泥沙的作用机理,以苦草为试验用草,开展室内水槽试验.结果表明,苦草斑块降低了水流的输沙能力,根据试验资料估算,斑块区水流的输沙能力仅约为无草时的10%.利用象限分析法分析了实测的紊动流场,解释了植物对泥沙作用的物理过程.在苦草斑块区,植物冠顶以下区域(相对高度小于1.00)为下扫流态,紊动漩涡形成的下扫流将泥沙带入水底,而近底层的喷射流抵消了下扫流的能量,抑制下扫流对泥沙的冲击起动,并使下扫流挟带的泥沙顺利淤积;在植物冠顶以上区域除高密度(172株m2)工况为下扫流态外,中、低密度(86、43株m2)工况均为喷射流态,不利于泥沙沉降.由于泥沙主要存在于下层水体,因此沉水植被有利于减小水体浊度.

基于MODIS图像的植被叶面水反演与农业干旱监测

研究了应用MODIS数据,采用与植被物种无关的GVMI指数模型反演出植被水含量指标EWT,并以气象局发布的实际温度降雨数据和旱灾报告验证了植被水含量与旱灾的相关性。

沉水植被的重建与消失对原生动物群落结构和生物多样性的影响

利用建在武汉东湖的中型围隔来研究沉水植被的重建与消失对原生动物群落的影响。结果表明 :沉水植被重建后 ,一些原已消失的种类重又出现 ,原生动物种类增加 ,密度降低 ,多样性指数增高 ,优势种类由固着种类取代浮游种类。沉水植被的消失引起原生动物优势种类的明显变化 ,周丛种类大量丧失 。

黄土高原植被耗水特征研究进展

黄土高原植被耗水特征是确定植物空间配置及植被恢复目标的重要依据。通过对有关研究成果的分析认为,黄土高原植被耗水特征主要有:①干旱区植被耗水量明显低于其他区域,其他区域间植被耗水量差异不明显;②供水量是影响植被耗水量的重要因素,干旱区丰水年植被耗水量可达欠水年的3倍以上;③黄土区林地总耗水量与植被生物量无关,蒸腾耗水量与植被生物量呈正相关关系;④植被建设应以降雨量为主要依据,以植被蒸腾耗水量达到降雨量的60%以上为宜。

冬春季富营养化滆湖中沉水植被重建及净化效果

秋末冬初在富营养化滆湖的围隔中引种沉水植物,分别构建5种植被区、菹草-伊乐藻区、菹草区、伊乐藻区,调查4种区域内植被恢复及对水质的净化效果。结果发现菹草-伊乐藻区不仅能在冬春季节保持对营养盐较高的去除效果,并能在冬季有效缓解苦草等植物死亡(5种植被区)给水质带来的不利影响;菹草-伊乐藻区对比湖面敞开区域内TP,TN,NH3-N,Chl.a的去除率可达62.9%,31.5%,53.9%,46.1%,对CODMn的去除率仅为9.7%;比较各单种区:伊乐藻对TN的去除效果要好于菹草,菹草对TP的去除效果要好于伊乐藻。

上海城区中小河道沉水植被恢复的瓶颈问题及可行性分析

针对上海城区中小河道沉水植被严重退化的现实,阐明了恢复沉水植被的重要性,初步分析了城区中小河道沉水植被恢复的瓶颈问题及可行性,以丽娃河和曹杨环浜生态治理为例进行个案介绍,为上海城区河道水质持续改善与生态恢复提供科学依据。