浸没式植被对异重流运动特性的影响

为研究异重流流经浸没式植被时的运动特性,以天然河道中的植被为原型,对植被环境中异重流的运动规律进行了试验研究,并采用异重流头部(最前缘)速度代表其运动速度.研究结果表明,异重流流经短植被群(长度30 cm、高度3 cm)时大部分异重流在植被顶部向前运动,流过植被后依然保持典型轮廓,呈现一个先加速、后匀速、然后迅速减速、最后缓慢线性减速的运动过程;流经长植被群(长度80 cm、高度6 cm)时大部分异重流被阻挡于植被后方,仅有少部分异重流流出植被后缓慢向前运动,呈现先加速、后匀速、然后迅速减速、最后缓慢运动的过程.异重流运动过程分为坍塌阶段和自相似阶段,植被的阻挡效应可以减小坍塌阶段向自相似阶段的转化点,并且转化点与植被阻挡效应呈负相关,但与异重流浓度关系不显著.异重流与环境水体掺混界面涡度值为正,与水平底床界面涡度值为负;当植被的阻挡效应较强时,异重流流出植被后掺混和卷吸作用较弱,且出流量与异重流浓度呈正相关.     

异重流在不同粗糙底床上运动特性的实验研究

进行一系列开闸式异重流水槽实验,考虑三种不同底床粗糙度对异重流运动特性的影响.通过高速摄像机拍摄异重流的运动过程,并利用粒子图像测速技术(PIV)记录局部流场结构.结果表明:异重流运动过程分为滑塌阶段和自相似阶段,底床粗糙度可以改变异重流的运动状态,尤其是通过底床附加阻力降低异重流头部速度并迫使其更早进入自相似阶段,但是对滑塌阶段速度影响不显著.异重流的弗劳德数在滑塌阶段变化不显著,而在自相似阶段呈现递减趋势;掺混系数随头部位置和理查德森数增大均呈现递减趋势,而粗糙底床可以加强掺混,增大掺混系数.异重流上界面与环境水体掺混形成正涡度带,下界面由于底床无滑移条件和底床流场结构的多方向性形成正负涡度带交错的现象,并且异重流剖面速度峰值会出现抬升现象.     

线性层结环境和浸没式植被对斜坡异重流运动的影响

开展一系列开闸式斜坡异重流水槽实验,分析线性层结和均匀水体中斜坡异重流遭遇刚性植被群的发展和演变特性.采用彩色数码相机记录异重流发展过程,并利用粒子图像测速技术(PIV)获取局部流场结构.结果表明:对于有植被工况,异重流的头部速度可分为加速、减速、二次加速及二次减速4个阶段.各阶段之间的转变位置随层结度增大而前移,但受植被密度影响不明显.在层结环境中,受植被群影响,异重流会出现"首次分离-前进-二次分离"现象.植被群削弱异重流涡度场的发展,随植被密度增大,该差异愈加显著.层结水体和植被群均会抑制异重流涡度场的发展,其中层结水体的抑制作用更强.     

开闸式异重流锋速转变的一个判据

异重流是两种流体因密度差异产生的流动,是自然和工业生产部门中常见的现象.开闸式异重流是异重流研究的常用和典型模型.本文利用时间解析粒子图像速度仪(TR-PIV)测量了水槽中的开闸式异重流流场.实验中观察到异重流传播过程中从锋速,即头部速度为常数的初始坍塌阶段进入到锋速按时间的-1/3次幂递减的自相似阶段时,水平流速的速度剖面会发生振荡现象.该振荡是由开闸时传至左端壁而反射的波动引起的.这种振荡现象可作为开闸式异重流锋速转变的一个判据.     

双重障碍物对开闸式异重流运动特性的影响

异重流现象广泛存在于自然环境和水利工程中。现实工况中，底床设置障碍物是抑制异重流侵袭的有效手段，因此研究障碍物对异重流运动特性的影响具有实际工程价值。采用开闸式异重流实验，对比不同障碍物间距及高度对异重流最大扩散高度、头部速度等方面的影响，从而得到双重障碍物最优工程布置方案；分析异重流在障碍物上下游区域的速度剖面及其越过障碍物时的涡度场；对比无障、单一障碍物、双重障碍物工况对异重流掺混系数的影响。结果表明，双重障碍物最优布置方案为第一障碍物高于第二障碍物，障碍物间距要尽可能大，但应保证异重流遇到第二障碍物之前未恢复典型头部形态；在双重障碍物上游区域，异重流速度剖面出现畸变，畸变范围大致与障碍物等高，主流速度衰减明显，在障碍物下游区域，完成形态重塑的异重流，其速度剖面均存在明显的壁面区和射流区；相对于无障和单一障碍物工况，流经双重障碍物的异重流厚度明显变小；越障前后，异重流掺混系数呈现“M”型分布，越过第二障碍物后异重流的掺混速率明显大于第一障碍物。结果可为防治异重流灾害及保证水利工程安全等领域提供参考。     

障碍物对平坡异重流运动特性的影响

在水利工程中,底床地形突变对异重流的运动过程有十分重要的影响.利用高速相机和激光粒子图像测速技术(PIV),对开闸式盐水异重流在平坡定常速阶段遇到障碍物时的运动特性进行研究.实验结果表明,障碍物对异重流头部速度的作用范围约为5个闸室长,对异重流加速阶段头部速度最大值的减幅影响很小,仅为1%左右.当异重流厚度与障碍物高度相当时,异重流在环境水体中的最大作用高度值会增加近1倍,同等工况时,矩形断面下该值会比三角形断面下增大约20%.障碍物前、后和顶部3个特征断面处异重流能量和厚度达到最大值的时间不同步,厚度最大值的时刻比能量滞后1.5~2s.障碍物前、后特征断面处能量近似单峰分布,而顶部断面则为双峰分布.障碍物前断面最大厚度增大约20%,最大能量损失约40%.结果可为复杂地形水利环境下污染物的输移扩散、海底电缆保护、港池回淤等研究提供科学依据.     

粗糙底床对持续入流式异重流掺混和湍流特性的影响

在自然环境和水利工程中,异重流现象广泛存在.现实工况中,大多数底床覆盖砾石及不同粒径大小的泥沙颗粒,可视为粗糙底床,因此研究异重流流过粗糙底床的动力学特性具有实际科学意义及工程应用价值.本文利用持续入流式异重流水槽试验,综合考虑底床粗糙度和异重流初始质量分数,分析异重流头部位置、头部速度、掺混系数等扩散特性,不同断面的湍流强度及雷诺应力等湍流特性,结合雷诺应力法和湍动能法计算底床剪应力.结果表明:异重流头部速度与底床粗糙度呈负相关,与初始质量分数呈正相关;在高粗糙度、高初始质量分数工况时,底床粗糙度是控制其运动特性的主要因素;当粗糙度增加到一定程度时,异重流纵向时均流速剖面(沿水深分布)的峰值点出现"爬升现象";湍流强度剖面(沿水深分布)出现一个极小值及两个极大值,其中纵向湍流强度是异重流湍流结构的主导,粗糙底床上的垂向湍流强度相比于光滑底床增加幅度明显;靠近底床附近,雷诺切应力为正值,远离底床区域,雷诺切应力为负值;利用湍动能法计算的底床剪应力均小于同粗糙度下的雷诺应力法;在总体理查森数相同情况下,异重流掺混系数与底床粗糙度呈正相关.最后总结出粗糙底床对异重流的主要影响为:摩阻力增加、掺混作用强化、近底床区域密度重分布、湍流边界层变厚及纵向时均流速剖面峰值点"爬升现象"的出现.     

植被条件对近地表风速垂线分布的影响

本文对有无植被时近地表风速垂线分布进行了对比,定量地研究了植被条件对近地表风速垂线分布的影响,确定了不同植被条件与风速减小率之间的关系.通过研究发现:不同高度上的风速减小率随着植被模型行距或株距的增加均呈减小的趋势,高度为10cm和5cm的植被模型,其4cm高度的风速减小率均随行距和株距的变化均服从相似的指数函数形式,通过对比拟合曲线方程系数可知,株距的变化对风速的改变影响更大.不同高度上的风速减小率随植被侧影盖度均呈指数递增的趋势,通过两种高度的植被模型之间的对比可知,植株高度较高,密度较小植被的防风蚀效果可由植株高度较矮、种植密度大的植被达到.     

非浸没式刚性植被群分布对弯道水流的影响

为分析不同刚性非浸没式植被群分布对弯道水动力特性的影响,采用180°U形折叠往返式水槽模拟天然弯道河流,运用声学多普勒流速仪(ADV)进行测量,通过测量数据计算弯道水流水位、纵向流速分布、湍流动能(TKE)、环流强度以及弥散系数等.结果表明:植被存在情况下水位增高,在植被的"阻滞"作用下,植被区的流速远小于非植被区的流速,但在植被区域和非植被区域之间产生大的流速梯度;植被和弯道都会加剧水流紊动效应,植被区和非植被区交界处的湍流动能最大,且沿弯道出现湍流动能的重分布现象;由于植被对于弯道环流有阻碍作用,使得弯道环流在非植被区很强,而在植被区很弱;植被对横向弥散系数影响较小,非均匀植被对纵向弥散系数影响较大.     

明渠紊流中淹没柔性植被流固耦合大涡数值模拟

水生植被广泛存在于天然河道、湖泊及湿地,是河流生态系统的重要成分.它通过改变明渠水流时均及紊动结构来改变河道水流阻力,并在水流作用下发生弯曲和摆动,形成复杂的流固耦合作用.研究柔性植被在水流作用下的运动响应,能够更精确地解析植被的阻水效应.本文采用基于嵌入式迭代浸入边界法的高效能三维紊流计算程序CgLes,开展流固耦合数值模拟,研究柔性植被在水流作用下的弯曲及运动响应,分析植被涡激振动特性及水流阻力规律.模拟结果表明,植被运动以展向摆动为主导,植被刚度对植被运动轨迹和摆动周期有显著影响,进而影响植被的阻水规律.在水动力条件相同的情况下,植被的摆动周期与植被的弹性模量有关,且不受流场影响.随着刚度系数增大,植被运动模式从准周期性摆动变成周期性摆动,最终发展为刚性情况下的静止直立状态;植被刚度较大且间距较小时,植被存在逆流向弯折现象;在刚度较大时,柔性植被随着水流而摆动,抑制流速发展;但是当柔性植被刚度较小时,植被接近倒伏,明渠的平均流速对比刚性植被情况增大;本文算例中植被刚度对平均流速的影响最大约为2.47%.植被间距对植被的下弯幅度影响较小,但对展向摆幅作用显著;平均流速随植被间距增大...     

河口航道双丁坝影响下异重流运动特性

在河口地区，由密度梯度驱动而产生的异重流是影响航道内泥沙输移的重要因素之一。作为航道整治中常见的建筑物，丁坝群可以缓解航道的泥沙淤积问题、提高通航能力。为探究双丁坝对异重流运动特性的影响，运用粒子图像测速系统（PIV）开展了开闸式异重流实验，研究了在不同束窄系数情况下，航道异重流稳定阶段内的流场及湍流特性，并对比分析了异重流在两个丁坝位置特征断面处的单宽流量及总流量。结果表明，双丁坝改变了航道内的流场，异重流在经过束窄断面后会向第二个丁坝后部区域横向扩散，进而使得流速加大、高度降低；异重流在两个丁坝束窄断面的单宽流量近似相同，且与束窄系数无关；异重流在束窄断面的总流量与断面宽度成正比，在实际工程中可以通过适当调整丁坝长度来控制侵入航道的异重流总量。     

农田生态系统中生境与植被多样性对节肢动物群落的影响及其作用机制探讨

大多数的研究表明:增加系统内生境和植被多样性,能增加天敌的物种丰富度和种群数量,降低或抑制有害节肢动物的种群密度.也有研究认为:生境与植被多样性对天敌数量的影响,天敌本身的运动迁移能力有非常重要的作用.本文还对生境与植被多样性影响节肢动物群落的生态学机制进行了讨论.     

基于像元二分法的白龙江流域植被覆盖度与滑坡时空格局分析

白龙江流域影响滑坡形成的主要因素包括地质构造、地形地貌、水文、气象、植被和人工干扰等,其中地表植被作为滑坡形成的主要外在因素对滑坡的形成和发展具有重要的作用,已引起学术界的广泛关注.以植被覆盖度为主要度量指标,选择2002,2005,2008,2011年4个时段的遥感NDV I值,在改进像元二分法的基础上,探讨了近10年来该流域地表植被覆盖度及其变化特征,并分析了其与滑坡点空间格局的关系.结果表明:该流域植被覆盖度总体变化微弱,但区域内部植被覆盖度变化具有明显的空间异质性,其中低覆盖区域覆盖度呈明显的增加趋势;而历年来,该流域植被覆盖度高的地区滑坡点密度均较低,滑坡点占总滑坡的20.6%,空间分布呈离散状态,而植被覆盖度低的地区滑坡密度较高,滑坡点占总滑坡的34.5%,空间分布主要呈聚集状态,说明白龙江流域植被覆盖度与滑坡点密度呈现负相关关系,植被覆盖度的高低是滑坡发生的一个主要影响因素.研究表明,近10年来,该流域低植被覆盖区域的植被覆盖度增加较快,说明在国家实施退耕还林还草政策后,该流域植被恢复较快,生态脆弱程度减轻,这将为地方防治滑坡灾害的发生起到积极的推动作用.本研究结论可为全流域制定宏观尺度上的滑坡生态防治策略提供科学依据.     

间伐强度对油松中龄人工林林下植被多样性的影响

从植物多样性角度探讨了不同间伐强度对人工油松中龄林的影响,分析了林下植被的生物多样性.结果表明:在相似地力条件下,随着间伐强度的增加,林下植被科、属、种的数量增加,植物多样性增加,尤其是草本层多样性指数、丰富度指数、均匀度指数均逐渐上升,层次结构更加明显;间伐强度的增加改变了林下植被的生活型谱,阳生、喜暖植物的比例增加,同时有利于林下植被生物量的增加.对相似立地条件下45年生初植密度为3500株/hm2的油松中龄林选择44%的间伐强度处理,3年后林下植被发育及乔木生长状况较好.     

降水条件下台风的定常运动和螺旋斑图

在牛顿第二运动定律的基础上,在垂直方向的运动方程中加入了扰动降水量一项,并讨论了加入这一项的合理性和物理意义.重点考虑了在降水条件下台风的运动特征,同时求得了三维定常流场中的水平速度,其中的三维流场构成了物理空间的一个非线性自治动力系统.研究表明:根据台风运动的定常解,台风的下层中心是低气压且是正垂直涡度(气旋式涡度)和水平辐合,上层中心是高气压(反气旋式涡度)和水平辐散.根据台风自治动力系统所获得的两个鞍-焦点很好地说明了台风的螺旋斑图,下层空气螺旋向内,引起台风中心附近的上升运动,上层空气螺旋向外引起台风外围的下沉运动,这些都与实际台风结构相似.文中阐明:在考虑降水量的影响后,台风仍然具有螺旋斑图的特征.     

河南山地植被的垂直分布规律

河南山地植被分布的垂直带谱是比较简单,但比较明显.植被的垂直分布规律是:植被垂直带谱基带的植被类型是该山地的纬度水平地带的植被类型;优势垂直带是分布幅最宽的基带,但过渡地带的优势垂直带是基带以上的一个带;植被的各垂直带分布高度的上限从南向北逐渐降低;从基带向上,各垂直带植被类型的变更,类似水平地带由低纬带至高纬带的植被类型的变更.     

陕西北部地区晚更新世的植被与气候

目的 探究黄土高原中部晚更新世的古气候演化特征,揭示其变化规律.方法 通过对陕西富县剖面的地质调查、密集采样和54个样品的孢粉分析进行综合研究.结果 将孢粉图式划分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ3个带,分别代表S1、L1和S03个形成时期的孢粉带:Ⅰ带为榛-菊-蒿组合带,以草本植物孢粉占多数,乔木植物花粉出现高峰为特征;Ⅱ带为菊、蒿优势带,以草本植物花粉占优势,乔木植物花粉显著减少为特征;Ⅲ带为松-藜-中华卷柏增长带,以松、藜、中华卷柏显著增加,乔木植物明显增长为特征.结论 S1形成时期植被为疏林草原,气候温暖较湿;L1形成时期植被为干草原,气候冷干;S0形成时期植被为森林草原,气候温凉干旱.     

高海拔原始暗针叶林采伐迹地次生植被结构与物种多样性比较

研究高海拔原始暗针叶林次生植被结构与物种多样性,用物种丰富度指数S、Shannon-Wiener指数H、Simpson生态优势度SN和Pielou均匀度指数JSW分析不同恢复时间序列次生植被各层次物种多样性的变化.结果表明:随着恢复时间的增加,次生植被在垂直结构上,灌木高度总体呈增加趋势,草本高度变化不明显;在水平结构上,灌木层盖度与草本层盖度变化一致,都呈增加趋势;次生植被物种出现了消长变化,灌、草层优势种发生了变化;灌木层Shannon-Wiener指数H随着恢复时间的增加而增大,草本正好相反.群落优势度指数与均匀度指数、Shannon指数以及物种丰富度呈相反的变化,原因可能是在恢复时间梯度上,优势种和亚优势种的变化改变了群落优势度.     

2001～2014年贵州省林草植被覆盖度时空变化及其与气温降水变化的关系

运用2001~2014年的MODIS-NDVI数据,结合同期气温与降水数据,研究贵州林草植被覆盖度在14年间的时空变化及其与气温降水变化的关系。结果表明:1)贵州林草植被覆盖度时空变化明显;空间上,植被覆盖度具有明显的经度带性分异,但无明显的纬度带性分异;时间上,植被覆盖度呈曲线上升趋势,由0.73提高到0.82;林草植被覆盖度变化主要发生在高植被覆盖度和极高植被覆盖度之间。2)伴随气温和降水的波动变化,贵州省林草植被覆盖度变化与降水改变有较明显的正相关性,但与气温变化没有明显相关性。3)就植被覆盖度变化与降水相关性的经向分异,可看出,在104.5°E以西地区,越往西,降水变化对植被覆盖度变化的影响越大;在104.5~109°E,越往东,降水变化对植被覆盖度变化的影响越大;在109°E以东地区,越往东,降水变化对植被覆盖度变化的影响越小。4)就植被覆盖度变化与降水相关性的纬向分异,可看出,在25°N以南地区,越往南,降水变化对植被覆盖度变化的影响越大;在25~26°N,降水变化对植被覆盖度变化基本没有影响;在26~27.5°N,越往北,降水变化对植被覆盖度变化的影响越大;在27.5°N以北地区,越往北,降水变化对植被覆盖度变化的影响越小。     

基于涡流发生器的Ahmed模型分离流被动控制实验

能源危机和环境恶化使人们意识到提高车辆燃油经济性的必要性,从而推动了车辆气动减阻技术的研究。选择具有尾部典型特征的30°倾角Ahmed模型为研究对象,通过在模型尾部安装涡流发生器控制装置,利用七孔探针测试技术研究了涡流发生器不同排列方式对尾流场的控制特性。结果表明,在实验状态下,Ahmed模型尾部存在大范围低压分离区,该分离区长度约为模型总长度的50%,是形成压差阻力的主要原因;涡流发生器排列方式对模型的尾流结构影响较大,当涡流发生器产生的流向涡与模型尾部分离涡运动方向相同时,分离流动控制效果明显,流向涡使得沿车身底层的动量掺混作用增强,模型尾流区的相对压差恢复系数可增加6.94%,尾流区长度降低40%;与之运动方向相反的流向涡会对模型尾部的分离涡运动产生阻碍作用,导致模型尾部流场中的压力降低。