植被作用下复式渠道的三维湍流数值模拟

针对浅水植被作用下的渠道流动特征,建立了三维标准的k-ε双方程湍流数学模型,模型考虑了植物拖曳力对水流的影响,植物阻力作为源项被加入到各方程中.曲线网格被应用模拟复杂边界的区域,变量采用部分交错网格布置,利用控制体积法离散控制方程,采用由二维深度平均方程演化而来的2D泊松方程计算三维自由水面,应用SIMPIEC程式求解离散的方程.通过实验室局部带有刚性植被的顺直矩形水槽和滩地种植植物的复式顺直水槽进行了数值模拟研究,给出了测量断面带有植被和未带有植被的速度对比结果及速度、湍流动能等值线图,计算结果和测量结果符合得较好.通过对比分析发现,未种植植被的水槽主流分布在整个渠道断面,种植植被后,由于植被拖曳力的影响,使得主流流速分布发生了改变,主槽流速增大,滩地流速降低,滩地上计算的纵向流速出现了S型的分布,在植物顶部和临近主槽一侧水流的交界面湍动能最大.     

城市冠层植被大气环境特性大涡模拟

 植被通过生物物理过程影响着周围微气候环境,对于城市植被环境流动的研究需要建立合理的植被模型。本研究发展了一套适于模拟植被边界层流动的大涡模拟数值方法,并通过水平均匀模型植被算例对其进行了验证。在此基础上,对空气流过三维非均匀分布钝体元阵列模型植被进行了大涡模拟,并将不同植被数值模型的计算结果与相应的风洞实验数据进行了比较。结果表明,树干部分采用刚性圆柱模拟、树冠用阻力模型的“阻力冠”方法相比于传统的“阻力元”方法能更好反映植被流动的影响。     

曲线坐标系下考虑植被影响的k-ε-A_p固液两相双流体湍流模型

该文建立了曲线坐标系下考虑植被影响的三维k-ε-Ap固液两相双流体湍流模型,模拟弯曲渠道内布置水生植被后水流和泥沙的运动结构以及弯道内的河床变形.通过模拟试验室60°弯道内流经植被的水流流速平面结构和断面分布,验证了模型中液相模块的准确性.通过模拟60°弯道内不同植被布置情况对水流泥沙运动和床面变形的影响,验证了模型中床面变形模块的准确性.数值结果较好地再现了试验规律.计算结果表明在弯道内布置植被改变了水流流速分布,植被覆盖区域的水流流速明显降低,泥沙运动减弱;非植被覆盖区域的水流流速增大,泥沙运动加剧;合理布置植被可以减缓弯道凹岸的泥沙侵蚀;数值计算结果和试验结果之间的比较表明三维k-ε-Ap固液两相双流体湍流模型处理推移质运动的方法比三维单流体模型更加合理.     

曲线坐标系下考虑植被影响的k-ε-Ap固液两相双流体湍流模型

该文建立了曲线坐标系下考虑植被影响的三维k-ε-Ap固液两相双流体湍流模型,模拟弯曲渠道内布置水生植被后水流和泥沙的运动结构以及弯道内的河床变形.通过模拟试验室60°弯道内流经植被的水流流速平面结构和断面分布,验证了模型中液相模块的准确性.通过模拟60°弯道内不同植被布置情况对水流泥沙运动和床面变形的影响,验证了模型中床面变形模块的准确性.数值结果较好地再现了试验规律.计算结果表明在弯道内布置植被改变了水流流速分布,植被覆盖区域的水流流速明显降低,泥沙运动减弱;非植被覆盖区域的水流流速增大,泥沙运动加剧;合理布置植被可以减缓弯道凹岸的泥沙侵蚀;数值计算结果和试验结果之间的比较表明三维k-ε-Ap固液两相双流体湍流模型处理推移质运动的方法比三维单流体模型更加合理.     

反向防浪胸墙的研究

本文通过模型试验获得了斜坡式防波堤堤顶胸墙两种不同布置型式的波压力分布,详细分析了斜坡堤反向防浪胸墙的稳定性,论述了反向防浪胸墙所具有的优越性及其使用价值.     

提高风力机性能的流动控制技术研究

为提高垂直轴直叶片风力机在低风速下的启动特性,在对5叶片的风力机大厚度、低雷诺数叶片的翼型尾缘加装Gurney襟翼进行数值模拟研究.并探讨了叶片在"外弯"与"内弯"两种布置形式下对启动扭矩和输出功率的影响.基于数值模拟结果,对5叶片H型风力机叶片尾缘加装不同高度的Gurney襟翼进行风洞试验研究,通过测量不同来流风速下风力机的转速及输出功率,验证Gurney襟翼提高风力机性能的可靠性.     

黄河下游滩区村台绕流特性研究

黄河下游滩区村台是滩区居民常用的避洪工程结构形式,不同的矩形村台结构、村台辅道布置及辅道坡度,在不同夹角洪水作用下村台周围流场的特性差异很大.本文采用数值模拟方法,对不同方向来水、长宽比、村台辅道布置及辅道坡度作用下的滩区村台三维绕流特性,进行了数值模拟研究;揭示了村台来流方向角、长宽比、村台辅道布置及辅道坡度对村台周围绕流特性的影响;研究发现:当村台长宽比K<1时,来流方向角α=0°时,村台阻力较大;而当村台长宽比K>1时,来流方向角α=0°时,村台阻力最小;村台建设的最佳长宽比为1.5—2.0;相同的辅道坡度下,垂直来流方向时村台的时均阻力明显大于平行于来流方向时村台的时均阻力;村台最佳辅道坡度为1∶10—1∶15.     

柔性淹没植被的排列方式对水流特性的影响

采用塑料草模拟河道中的柔性淹没植被,通过室内高精度水槽试验,用三维声学多普勒流速仪对同种淹没度、不同排列方式下柔性淹没植被的水流特性进行测量研究,得到柔性淹没植被时均纵向流速、垂向紊动强度、雷诺应力沿相对水深的分布特征.结果表明:在植被层外部,两种排列方式下时均纵向流速符合"J"形分布,垂向紊动强度、雷诺应力呈递增趋势,近似线性分布;在植被层内部,梅花形排列方式下阻水效应及雷诺应力较之矩形排列明显,矩形排列方式下垂向紊动强度较之梅花形排列剧烈.     

流动沸腾中加热面方向角对其换热影响的分析

在地面上模拟微重力下流动沸腾换热规律的试验中,加热面布置形式是极其重要的一个环节,方向的不同就意味着地球重力场对流动沸腾换热作用的变化．在浮力对不同方向角下流动沸腾换热影响分析的基础上,提出了采用立式上升流和下降流来作为地面模拟微重力下流动沸腾试验的加热面布置形式,通过对这两种工况的比较研究可以典型地说明重力场对流动沸腾换热的影响．     

核电站防波堤抗海啸漂浮物冲击数值模拟及分析

对海啸漂浮物冲击沿海防浪堤造成的结构安全问题,基于多物质ALE(Arbitrary Lagrangian-Eulerian)方法,利用带阻尼罚函数实现波浪、海啸漂浮物和防浪堤结构三者之间的耦合作用,建立三维数值冲击耦合模型,模拟了孤立波带动漂浮物冲击防浪堤结构的动态响应过程.首先通过物理模型试验验证所用数值方法的可靠性,在此基础上研究了防浪堤挡浪墙抗海上和陆上漂浮物的冲击能力,并且从漂浮物的质量、漂浮物距挡浪墙的距离等参数对冲击规律展开研究.结果表明,带漂浮物的海啸相比海啸波对结构更具破坏力;漂浮物质量和相对于防浪堤的初始位置对防浪堤的冲击响应有较大影响.     

阿尔泰山河谷林封育研究

通过对新疆阿尔泰山河谷林封育区与非封育区天然林进行植被调查,从林分结构、林下草本重要值特征和物种多样性等方面对封育效果进行了分析。结果表明：（1）在5 a的封育期内,对于阿尔泰山河谷天然林的整体状况没有明显影响;（2）封育区林下草本种类比非封育区多了10种,相对增加了77.5 %,草本层盖度提高了36.4 %,相对增加了124.8 %;（3）封育区林下草本层Patrick丰富度指数和Shannon Wiener多样性指数均高于非封育区,而Simpson优势度指数和Pielou均匀度指数则没有明显的差异。可以看出,通过封育措施阿尔泰山河谷天然林林下植被得到了明显恢复,同时要加强封育区的管理,并延长封育年限。     

亚热带天然混交林森林生态系统经营的决策模型

根据生态系统经营的目的,提出了森林生态系统经营决策的6个空间结构因子,并建立了以顶极群落为目标,以维持生态系统健康和功能持续为目的,形成林木空间均匀分布为特征的森林生态系经营决策模型。结果表明,所建决策模型可以极大地改善系统的空间结构,有利于系统功能的完整和健康。     

Stability of forest biodiversity

Two hypotheses to explain potentially high forest biodiversity have different implications for the number and kinds of species that can coexist and the potential loss of biodiversity in the absence of speciation. The first hypothesis involves stabilizing mechanisms, which include tradeoffs between species in terms of their capacities to disperse to sites where competition is weak, to exploit abundant resources effectively and to compete for scarce resources. Stabilization results because competitors thrive at different times and places. An alternative, 'neutral model' suggests that stabilizing mechanisms may be superfluous. This explanation emphasizes 'equalizing' mechanisms, because competitive exclusion of similar species is slow. Lack of ecologically relevant differences means that abundances experience random 'neutral drift', with slow extinction. The relative importance of these two mechanisms is unknown, because assumptions and predictions involve broad temporal and spatial scales. Here we demonstrate that predictions of neutral drift are testable using palaeodata. The results demonstrate strong stabilizing forces. By contrast with the neutral prediction of increasing variance among sites over time, we show that variances in post-Glacial tree abundances among sites stabilize rapidly, and abundances remain coherent over broad geographical scales.     

Valuation of consumption and sale of forest goods from a Central American rain forest

Researchers recognize that society needs accurate and comprehensive estimates of the economic value of rain forests to assess conservation and management options. Valuation of forests can help us to decide whether to implement policies that reconcile the value different groups attach to forests. Here we have measured the value of the rain forest to local populations by monitoring the foods, construction and craft materials, and medicines consumed or sold from the forest by 32 Indian households in two villages in Honduras over 2.5 years. We have directly measured the detailed, comprehensive consumption patterns of rain forest products by an indigenous population and the value of that consumption in local markets. The combined value of consumption and sale of forest goods ranged from US$17.79 to US$23.72 per hectare per year, at the lower end of previous estimates (between US$49 and US$1,089 (mean US$347) per hectare per year). Although outsiders value the rain forest for its high-use and non-use values, local people receive a small share of the total value. Unless rural people are paid for the non-local values of rain forests, they may be easily persuaded to deforest.     

林权主体及林权的物权属性分析

对林权主体和林权的物权属性这两个林权制度改革中的基本问题进行分析。首先,以林地的归属为标准将林权主体划分为林地所有者和林地使用者两个不同类型,并对二者间的关系进行阐述;其次,将狭义的林权与土地承包经营权进行比较,分析二者间的相同与不同之处,进而对林权的占有、使用、收益、处分这4项用益物权权能进行分析,提出林权人合理的权利和义务。     

基于面向对象的热带林分类方法研究

【目的】为了加强热带林资源的保护,采用遥感技术对热带林植被进行分类研究。【方法】基于SPOT6高分辨率遥感影像,采用ESP多尺度分割评价模型与专家知识结合的方法确定最优分割尺度参数,在分割的基础上充分挖掘目标地物的光谱、形状及纹理信息,合理选择分类特征组合,建立分类规则,构建了一套基于面向对象的热带林多尺度分类方法。【结果】与单一尺度的分类方法相比,该方法分类精度有明显提高,分类总体精度达到84.46%,并且缩短了传统目视确定最优分割参数的时间,提高了分割效率和精度。【结论】基于面向对象的多尺度分类方法能够实现高精度的热带林植被信息提取,可为遥感分类技术在热带林的应用提供参考。     

森林土壤温室气体通量对森林管理和全球大气变化的响应

森林土壤是温室气体重要的源和汇。探讨不同森林管理和全球大气变化下土壤温室气体通量特征,为有效减少温室气体排放及森林可持续管理等提供参考。笔者从森林土壤温室气体(forest soil green house gases)、森林管理(forest mangement)和全球大气变化(global atmospheric change)3个关键研究点,查阅近年来相关研究成果,归纳森林管理和全球大气变化下土壤温室气体通量的一般性模式。CO₂、CH₄和N₂O是3种重要温室气体,其通量间存在协同、消长和随机型耦合关系。森林管理如火烧、采伐和造林等显著影响土壤温室气体通量。一般情况下,火烧导致土壤N₂O通量降低,CH₄吸收量增加,CO₂通量因火烧类型、火烧强度、生态系统类型不同出现增加、减低和无影响3种结果; 采伐通常导致土壤CO₂、CH₄和N₂O排放增加; 造林可使土壤CO₂排放减少,对N₂O和CH₄通量的影响随生态系统类型、造林树种等而改变。全球大气变化如CO₂浓度升高、氮沉降和气温升高影响森林土壤温室气体通量。通常,CO₂浓度升高导致土壤CO₂和N₂O排放量增加,CH₄吸收量降低; 氮沉降促进土壤N₂O排放、抑制CH₄吸收。气温升高导致土壤CO₂和N₂O排放增加。森林管理和全球大气变化对土壤温室气体通量的综合影响是非叠加的,有效的森林管理可能改变土壤温室气体通量对全球大气变化的响应。     

喀斯特原生乔木林和次生林土壤氮矿化特征

【目的】探究喀斯特森林土壤氮矿化特征及供氮能力。【方法】以贵州喀斯特原生乔木林和次生林为研究对象,采用树脂芯法,原位连续培养测定土壤氮矿化/硝化动态特征。【结果】①喀斯特原生乔木林和次生林土壤无机氮含量随培养时间延长存在明显的变化,NH⁺₄-N含量呈先增加后减少再增加趋势,NO^-₃-N含量表现为总体增加趋势。NH⁺₄-N是土壤有效氮的主要存在形式,其含量占土壤无机氮的84.57%～94.31%。②两演替群落土壤氮矿化速率呈“V”形变化,范围分别为-0.43～0.97 mg/(kg·d)和-0.91～1.43 mg/(kg·d); 硝化速率呈波动上升趋势,范围分别为0.21～0.49 mg/(kg·d)和0.03～0.31 mg/(kg·d)。③原生乔木林土壤无机氮含量、矿化速率、氨化速率和硝化速率均高于次生林。④原生乔木林土壤氮全年净矿化总量170.82 kg/(hm²·a),是次生林的2.48倍,两种林分土壤净硝化氮分别占净矿化氮的95%和100%。【结论】喀斯特森林土壤供氮能力较强,但土壤氮矿化过程中氮硝化占主导,表明土壤中植物可利用的氮素易于淋溶或挥发损失。     

改进的扫描森林测试结构

为了降低可测试性设计的面积开销和布线难度,提出了扫描森林结构的重组策略;为了避免故障屏蔽,提出了基于电路结构信息的异或树构造策略。将以上策略应用于ISCA S89和ITC 99基准电路,其中电路s38584的叶结点数由1 318降低到120,被屏蔽故障数由1 376降低到0。实验结果表明:改进的扫描森林测试结构保持了原结构在降低测试时间、测试功耗和测试数据量方面的优势,同时降低了面积开销和布线难度,避免了故障屏蔽。