不同密度下相邻植被群的水流结构发展特性

植被群是河流动力系统的基本组成要素,通常成群存在于河道中,相邻植被群之间相互作用,对河道水流结构产生影响。本文采用均匀圆柱体木棍模拟刚性植株,交错排列组成疏密不同的圆形植被群,并排布置于水槽中,研究不同密度下相邻植被群的水流结构特性。试验结果表明:与单一植被群相比,水流流经并排植被群时,其结构呈现不一样的特点,据此提出相邻植被群的水流结构纵向发展分区:上游调整区、内部调整区、内外剪切层发展区、尾流融合区以及流速恢复区。流速自植被群上游某一断面开始减小,并一直持续至植被群前端,流速减幅随植被群密度增大而增大,此区域为上游调整区;植被群密度对上游调整区长度无显著影响。流经植被区时,单植中心线流速进一步减小,两植中心线流速迅速增加,此区域为内部调整区;该区域内植被群密度越大,单植中心线流速减幅越大。植被群下游,单植中心线流速自植被群末端沿程减小,直至产生流速最小值,此区域为内外剪切层发展区;单植中心线最小流速随植被群密度增大而减小并趋于0,内外剪切层发展长度L_(1)随植被群密度增大先减小后趋于稳定。两植中心线流速在植被群末端出现最大值,随后沿程减小,在距离植被群末端L_(m)处出现最小值,植被群密度越大,两植中心线最大流速越大,两植中心线最小流速及L_(m)越小。定义(L_(m)-L_(1))为尾流融合区,此区域内单植中心线流速沿程增加,在L_(m)处与两植中心线流速相等,此时两个外剪切层相遇,左右植被群尾流在横向掺混的作用下,融合成一个大的尾流结构。本文还提出了出流流速、最小尾流流速及两植中心线最小流速的计算公式。

植被群纵向间距对水流结构的影响研究

河道中植被群的空间布局对植被群的上下游水流特性和河床演变均会产生重要影响。为研究河道中植被群的不同布局对水流结构的影响规律,设计了定床水槽试验,试验采用PVC圆柱模拟两个相同的刚性非淹没植被群,设置4组不同的上下游植被群间距,通过研究水流的流速和紊动强度分布,分析在不同的上下游植被群间距下植被群上游水流调整长度和尾流的形成与发展过程,并与单个植被对水流结构的影响进行对比。试验结果表明:上游植被群的存在会使下游植被群前端调整区长度缩短,此长度与植被群间距无关;随上游植被群的出现下游植被群的溢出流速、尾流稳定区长度、稳定区流速均会减小,其大小均与植被群间距有关,间距越小各值越小;同时下游植被群尾流形成区长度变短,随间距增大呈现先减小后增大的趋势;且下游植被群的尾流恢复速度随上游植被的出现变的更加迅速;上游植被群的存在加剧了下游植被群尾流紊动,其变化趋势也与植被群间距有关;植被群对水流既有抑制作用也有促进作用,主要取决于植被群前端紊动强度大小。试验探究了植被群不同纵向间距对河道水流结构的影响,为河道中植被群空间布局对水流特性的影响提供了补充。

含刚性漂浮植被群河道水流特性试验研究

水生漂浮植被常见于天然河流中,降低河流的过流能力,改变了水流结构,使得水流形态更为复杂。为了探究漂浮植被群作用下的水流特性,使用直径为0.01m的圆形玻璃棒模拟刚性漂浮植被,利用高速粒子图像测速仪(PIV)和无线超声波水位测量系统分别对流速和水位进行测量,通过水槽试验探究植被根系入水深度、植被布置方式、植被群密度对水流特性的影响。试验结果表明,漂浮植被对水流结构的影响较大。在水槽中布置漂浮植被群后,植被区最大水流流速沿垂向出现在植被群根部与水槽床面中间位置;最大紊流强度出现在植被群根部及床面附近区域,而最小紊动强度出现在植被群根部与水槽床面中间位置;当植被群根系入水深度增大时,植被群上游水面壅高和水面纵比降越大、植被群底部以下水流流速相应增大,但紊动强度变化幅度减小;沿水流方向,植被群同侧布置流速产生“增强效应”,异侧布置流速产生“减弱效应”;最强紊动强度发生在植被区与无植被区交界处;随着植被密度的增加,流速的变化幅度增强,紊动强度变小。植被根部下方自由水流区的流速随植被密度增大而增大,植被根部上方区域流速随植被密度增大而减小,流速沿垂向呈“S”型分布。

植被群河道水流紊动特性研究

在自然界中植被广泛存在,植被群的存在对河道水流结构和冲淤都有较大影响。为探究植被群作用下紊动能分布特性,采用多排对称布置的方式设计2组密度工况,使用PVC圆杆模拟非淹没刚性植被群,通过水槽试验探究大小密度工况下植被群对于紊动能分布特性的影响。试验表明:植被群密度对其上游紊动能分布无明显影响,而下游影响较剧烈;紊动能垂线分布中大密度工况在植被群后方产生更强烈的波动,紊动能峰值较大;紊动能沿程分布中大密度紊动能峰值更大,位置提前;紊动能横断面分中在植被群两侧处紊动能增大,且第二排植被群两侧紊动能明显大于第一排植被群两侧紊动能,植被群下游紊动能断面分布大致呈“M”型分布,紊动能峰值大小与密度呈正相关。通过该试验紊动能研究可为在多排多株植被群相互作用下揭示一定现象以及变化特性并为相关研究提供一定依据。

荧光剂探测植被群尾流区长度

采用荧光剂指示植被群尾流漩涡的运动轨迹,通过拍摄荧光剂运动轨迹视频,运用Matlab工具将视频中的荧光剂运动轨迹转化为数值分布,确定植被群尾流区长度,构建一套尾流区长度荧光探测新技术。该技术得到的结果与传统测量方法结果两者吻合良好。较传统测量方法,采用新技术探测尾流区长度具有简单、快速且准确等特点,可以极大地提高实验效率。

植被群河道水流特性试验研究

为研究河道中植被群的存在及床面糙率对植被群上下游的水流特性产生的影响,分别设计动床与定床情况下的试验,试验中采用木质圆柱模拟植株组成疏密不同的非淹没圆形植被群。通过研究含植被群水流的流速和紊动动能的分布,分析植被群上游水流调整长度和尾流的形成与发展过程。试验研究表明:当植被群的直径不变时,植被群上游的水流调整长度与植被群的密度无关,在该试验条件下,床面糙率对其影响可以忽略;提出体积分数φ作为综合表征植被群密度与植被群直径的参数,比较床面糙率与体积分数φ对完整尾流长度的贡献,发现植被群后形成的完整尾流长度L的大小主要与体积分数φ值有关,且φ值越大L值就越小;植被群后的流速分布主要受床面糙率和体积分数φ值影响,稳定尾流长度L1的形成主要与φ值有关,并且在φ=6%附近,L1/D出现最大值;植被群后的尾流结构中一般会出现2个紊动动能的波峰,其位置主要受植被群的密度及床面糙率影响。由于植被群密度的不同,尾流结构中水体的能量交换和横向剪切层的发展也不相同,这是影响植被群后的流速恢复至正常流速的位置和稳定尾流形成的主要因素。本文所得结果可为进一步分析不同床面糙率下水流与植被的相互作用提供参考。

针对分层分类和多描述符空间的城镇植被群分类

针对城镇绿化植被受可用土地限制,具有分布零散、结构复杂、植被群类型繁多等特点,以及建筑物和其他设施的阴影遮挡等加剧了植被群分类的困难,经典分类方法常常难以适应需求的困境,该文提出了以分层分割/分类和多描述符空间分类对城镇绿化植被群分类的方法,即采用一次采样,多层分类,利用分类要素间的层次关系,从粗到精依次分类,以降低分类难度和提高精度。通过对这些图斑做层之间关系的逻辑分析,以精度较高的边界取代较低者,可以得到精度较好的目标类图斑。此种方法可用于改善草地、乔灌木、阔叶植被、针叶植被、落叶植被、常绿植被等植被群之间的可分性。仿真测试表明,该算法对于高分辨遥感图像城镇绿化植被群分类具有一定的普适性,划分植被群的总体精度高于85%,比经典单层分类方法提高了5%~10%。

不同淹没度下植被群尾部流速与紊动能纵向分布

水生植被群尾流受淹没度影响,与局部水流特性和营养物质的分布产生积极响应。借助圆形竹签进行交错排布,模拟不同淹没度下的刚性植被群,通过室内水槽实验,研究淹没度对植被群尾部水流纵向分布的作用机理。实验结果表明:淹没度较大时(植被群生长初期),植被群正后方水流变化平缓,流速与紊动能峰值均接近于上游平均值;不同淹没度下的植被群尾部受卡门涡流影响,均能产生含有两个峰值的紊动能,且分别对应流速极小值;淹没度较小时(植被群生长后期),尾部正后方紊动能变化幅度增大,卡门涡流影响作用逐步减小,不利于植被群的纵向扩展。

浸没及非浸没刚性短植被群对异重流运动特性的影响

利用一系列开闸式异重流水槽实验,研究不同刚性植被密度和高度的短植被群对异重流运动的影响.通过高速摄像机拍摄异重流的运动过程,利用粒子图像测速技术得到局部流场结构.结果表明:异重流在流经短植被群时,存在半椭圆形和三角形两类轮廓;运动过程分为坍塌阶段和自相似阶段,并且植被可以显著促进异重流从坍塌阶段向自相似阶段的转换,但对坍塌阶段的头部速度影响不显著.当无量纲植被高度(植被高度与水深比值)为0.21,植被密度为18.0%时,异重流会同时沿着植被上方及植被间运动,植被上方的异重流密度较植被内大,因此会产生瑞利-泰勒不稳定性.此外,异重流在植被区域流动的掺混系数随头部位置而递减,且较无植被情况小.在流入浸没式植被后,异重流会以植被顶部为新的"底部边界",形成负涡度带,但植被顶端的异重流仍与环境水体发生掺混形成正涡度带.植被会减缓异重流运动速度,进而降低正涡度带的强度,并且植被密度与正涡度的抑制程度成正相关.

在层结和非层结环境下植被群对异重流运动的影响

异重流在自然环境界及工程应用中广泛存在。本文于线性层结及非层结盐水中开展了一系列实验,对开闸式异重流通过植被群的发展和演变特性进行了研究。采用高速相机对异重流头部位置、头部速度和掺混系数等进行了分析,结果表明:异重流在层结水体中头部速度明显减小;层结水体和植被对异重流掺混均有抑制作用;当层结水体和植被同时存在时,异重流的掺混程度与植被高度和水深之比α相关,当α=0.43时,异重流的掺混最为剧烈。本研究也利用粒子图像测速仪(particle image velocimetry,PIV)对异重流局部区域的速度场和涡度场进行研究,结果显示,层结环境抑制异重流正负涡度场发展,但当α=0.20时,即一部分异重流爬上植被顶部时,层结水体与植被的协同效应对跃上植被顶端的异重流下界面涡度有强化作用。

淹没植被群周围泥沙冲淤特性研究

受自然条件影响和上下游来输沙限制,河道中被淹没植被群周围床面一般呈两侧冲刷、尾部淤积的状态。通过水槽试验模拟分析了河道中植被群周围地形变化特征,研究了不同淹没度下植被群周围泥沙冲淤机理。结果表明,植被群高度不影响其内部与两侧侵蚀变化过程,但较高植被群加速了冲刷速率,促使两侧侵蚀区域向植被群后方延伸;同时在上游无来沙条件下,植被群高度的增大有效抑制了尾流区泥沙沉积。

南京市主要植被群系毒蛾科昆虫群落结构及其多样性

[目的]明确南京市主要植被群系毒蛾科昆虫群落结构及其多样性,以更好地保护南京市森林生态及植树造林成果。[方法]研究了南京市主要植被群系植物种类及毒蛾科昆虫种类、种群密度、分布及发生规律,并进行了多样性分析。[结果]南京市5种主要植被群系共有毒蛾科昆虫15属32种,优势种为枫毒蛾、条毒蛾、绿点足毒蛾、鹅点足毒蛾、华竹毒蛾;昆虫本身的生物学特征、气候条件、生态环境是影响蛾类群落结构及动态的主要因素;毒蛾科昆虫种群动态有明显的时序变化,这种变化在很大程度上与季节性的温度变化有关。[结论]研究结果为有害生物的预测预报和防治提供了理论依据。

内蒙古大兴安岭北部原始林区植物区系组成及主要植被群系特征分析

大兴安岭北部原始林区位于中国版图“雄鸡之冠”,野生植物物种多样性丰富,植被类型繁多,是我国寒温带针叶林区重要的植物物种基因库。文章介绍了大兴安岭北部原始林区的地质地貌、气候、水文等,分析了本区域植物区系组成及主要植被群系特征。

弯道对植被群河道水流结构影响的试验研究

为了解弯道对含植被群河道水流结构的影响,本文在180°U型弯道水槽中进行试验,采用圆形竹筷模拟低密度植被群,圆柱体模拟高密度植被群,运用声学多普勒流速仪测量三维流速,不同密度植被群放置于水槽相同位置,对比分析弯道的影响。试验结果发现,植被群上游调整长度及其稳定尾流区长度受弯道影响发生了明显调整,植被群密度的影响仅作用于植被群尾流结构,包括其中垂向湍动能的差异。植被群后出现植被群直径尺度的涡,使纵向湍动能分布出现波峰,峰值大小受弯道影响;植被群在弯道中所处位置越后,峰值越小。湍流谱分析中验证了此现象,并发现弯道作用使得植被群后小尺度涡增多,从而使得植被群后较小湍动能峰值的大小不随植被群放置位置改变。

植被群影响下动床洪水数值模拟研究

基于水深平均挟沙水流浅水控制方程,引入透水密度系数和阻力项考虑植被群对水流和泥沙运动的影响,建立了充分考虑水流-泥沙-障碍物之间相互作用的耦合数值模型.基于有限体积法离散控制方程,采用Godunov-type中心迎风格式求解单元界面通量.该模型通过水槽洪水实测数据验证,用于研究植被群对溃决洪水和泥沙运动的影响.结果表明:本模型能够模拟溃决洪水演进及底床冲淤变形问题,植被群的存在使得底床冲淤复杂多变,导致植被上游区水位抬升,植被下游区水位明显降低,有助于洪水风险管理.

植被群密度对河道水流紊动特性影响的试验研究

为探讨植被群密度对河道水流紊动特性的影响,试验设置了8组不同密度的植被群,用均匀圆柱形竹签模拟非淹没的刚性植被,采用ADV测量三维瞬时流速。通过对比分析,发现植被群下游紊流结构分布有较大变化。在植被群末端,紊动能横向分布随着植被群密度的增大表现为两种形式,低密度时趋向于波峰状,高密度时则在植被群左右两端各有一个波峰;在植被群后紊动能的纵向分布中,沿程表现为"波峰-波谷-波峰"状分布,随着密度的增加,紊动峰值之间的距离缩短,且两个波峰表现出不同的变化趋势。植被群末端紊动增强,在紊动强度的垂向沿程分布中,植被群越密,下游紊动强度的波动越大,并在尾部出现翘曲的现象,当密度达到一定程度时,弯曲度趋于稳定。

并排对称植被群密度对河道水流流速分布的影响

生长在天然河道中的植被群落是河流动力系统的基本组成要素,对河流水流特性产生影响。该文利用均匀玻璃纤维杆模拟刚性植株,并排对称地布置在水槽中心,并设置不同密度工况,研究并排对称植被群不同密度下河道水流流速分布特性。结果表明:流速的沿程和横向变化均受到并排对称植被群落密度不同程度的影响,流速沿程变化规律受密度影响尤为明显;植被中心流速沿程分布规律类似于单一植被群落中心,但小密度工况下存在明显的定常尾流区,大密度时不存在定常尾流区;水槽中心线和相邻植被群中线上流速沿程分布规律相似,流速因为水流经两侧植被群间隙时发生矢量叠加在植被群末端达到最大,随后逐渐减小到最小值又恢复至稳定,但大密度时加速更剧烈,流速最大值大于小密度工况。

石羊河国家湿地公园乔木群落及林下植被多样性分析

研究了石羊河国家湿地公园乔木群落及其林下植被组成特征和物种多样性,为该区域的植被管理提供理论依据。采用分层样方抽样法调查石羊河国家湿地公园的乔木群落及林下植被,分析湿地公园植被组成特征和物种多样性。结果表明:共调查到21科、38属、51种植物,其中乔木层共4科、6属、13种,灌木层共5科、8属、9种,草本层共14科、24属、29种;以乔木层优势树种对调查林分进行划分和命名,可分为7个植被群系,分别为旱柳群系、线叶柳群系、沙枣群系、小叶杨群系、二白杨群系、新疆杨群系和胡杨群系,每个群系中植被组成存在一定的差异;7个植被群系乔木层和灌木层的Simpson指数和Shannon-Weiner指数整体小于草本层,但乔木层的Pielou均匀度指数整体大于灌木层和草本层。综上,石羊河国家湿地公园乔木群落及林下植被林分结构比较简单,树种单一,物种多样性较小,林分稳定性较差。

柴达木盆地南缘荒漠生态系统主要建群植被土壤水分动态特征

通过在柴达木盆地南缘开展白刺、合头草、梭梭以及合头草＋梭梭群系等建群植被的土壤水分观测，分析该地区主要建群植被的土壤水分季节变化和垂直变化，研究土壤一植被一水分的关系，揭示柴达木盆地主要建群植被土壤水分动态特征，合头草＋梭梭群系根系生长集中而且发达，植被在吸收水分时，植被水势高于土壤水土，植被根系周边的土壤水分向植被的根系附近运动，土壤含水率较高，使得梭梭＋合头草群系获得较好的生长条件而分布较广，白刺、梭梭、合头草等由于生长单一，根系相对稀疏，根区水势较小，其土壤含水量较小，对干旱荒漠条件的适应能力较梭梭＋合头草群系弱。

广东省自然植被分类纲要 Ⅱ.竹林、灌丛与草丛

在前文的基础上,介绍了广东省植被的后3个植被型组,即竹林、灌丛与草丛,包括7个植被型、16 个植被亚型,并列出了代表性的29个群系。