有植被的河道水流紊动特性模型试验研究

通过物理模型试验,研究了有植被的河道水流紊动特性.试验结果表明,在复式断面河道滩地种植柔性植被后,滩地糙率增大,水流紊动更为剧烈,河道水流紊动强度峰值由原先的滩槽交界区转移到滩地区.滩地的水流紊动强度沿程递减;滩槽交界区的水流紊动强度沿程不断增大;主槽的水流紊动强度主要与床面糙率有关,滩地植被影响了滩地水流的归槽时间,使主槽水流流速沿程增大.     

海河流域河道外生态需水研究

水土流失是海河流域较为突出的生态环境问题之一。经对比研究发现，植被覆盖度的变化会通过影响洪充量，土壤侵蚀量等因子，进而改变水土流失的状况。从提高植被覆盖度尤其是低覆盖度草地植被的角度出发，定量研究了为改善流域水土流失状况河道外生态需水的具体数额，得出海河流域现状年河道外生态耗水（降水）385亿m^3。另外，为改善河道外生态环境状况将低覆盖度草地提高地提高至中等覆盖度水平，则需要增加生态需水12．5亿m^3。     

柔性植物阻流特性研究

河流中的植物不仅影响河流的泄洪能力而且在生态的修复中起重要作用,因此对含植物明渠水流的阻力特性及紊流特性的研究显得非常重要。将河道中含柔性植物的水流视为充分发展了的紊流,在实验室中用特定材料模拟柔性植物,通过水槽试验用三维ADV对淹没柔性植物段紊流特性进行了测量研究,分析了含淹没柔性植物明渠水流的水力学特性及阻力特性并得出其曼宁糙率n的变化规律。对试验结果分析表明,含淹没柔性植物的垂向流速分布不再符合指数分布;其紊流具有明显的各向异性特性;植物冠层交界处,水流紊动交换强烈,该处紊流强度及雷诺应力出现最大值。     

Valley floor landscape change following almost 100 years of flood embankment abandonment on a wandering gravel‐bed river

Critical to restoring the nature conservation value of many river corridors is an understanding of how alluvial landscapes will respond to cessation of river management and land use practices that have previously degraded the environment. This paper analyses changes in valley floor landforms and vegetation patch dynamics, in relation to fluvial disturbance, over a period of almost 100 years following flood embankment abandonment on a wandering gravel‐bed river, namely the River Tummel, Scotland. Such rivers were once typical of many draining upland areas of northern maritime Europe. Prior to abandonment the valley floor landscape was agriculturally dominated and the river for the most part was single thread confined between flood embankments. The pattern of landform change and vegetation patch development over time following a decision in 1903 not to maintain embankments was tracked by geomorphic and land cover mapping utilizing successive sets of aerial photography for the period 1946 to 1994. A historical context for these changes was also feasible because the channel planform in 1900 and earlier channel planform changes dating back to 1753 were known due to the availability of old maps and earlier geomorphic studies. The land cover mapping was validated by comparison of results produced from the interpretation work on the 1994 aerial photographs with the field‐based UK National Vegetation Classification protocol. The findings of the study illustrate that bordering the River Tummel fluvial landforms and vegetation patch mosaics, presumably resembling those that occurred before valley floor land use intensification, evolved in less than 50 years after flood embankment abandonment with a resultant increase in habitat diversity. The change relates primarily to flood‐induced channel planform change and moderate levels of fluvial disturbance. The general significance of this change to plant species diversity on the valley floor of the River Tummel and elsewhere is discussed as is possible implications of the upstream impoundment and scenarios for climatically induced changes in flood frequency and magnitude. The overall outcome is the strong possibility that simple changes in river management and land use practices could result in re‐establishment of the nature conservation value of similar river corridors in Europe over the medium term without active restoration efforts. Copyright © 2002 John Wiley & Sons, Ltd.     

拉萨河流域径流对土地利用和气候变化的响应分析

拉萨河流域处青藏高原中南部,因其独特的地理位置是对气候变化较为敏感的区域之一,同时也是青藏高原人口和耕地较为密集区域。在建立SWAT模型对拉萨河流域水循环过程进行模拟的基础上,通过设置不同气候情景与土地利用状况,分析近30 a来拉萨河流域径流变化的成因,并研究径流对气候因子变化的敏感性。结果表明:①气候变化与土地利用对径流影响占比分别约为82.95%和17.05%,主要原因在于近30 a拉萨河流域土地利用情况变化不大,而气温、降水则呈显著增加趋势;②降水每增加10%,流域径流约增加11.8%,且径流对降水变化敏感性的空间差异性较小;③气温每增加1 ℃,流域总径流约增加2.5%,但径流随气温变化的空间差异性较大,其中,中上游地区径流减小0.7%,下游地区径流约增加3.6%。     

不同植被类型对堆积体坡面径流特性的影响

针对植被防护堆积体侵蚀动力机制的问题,通过野外模拟降雨试验,分析直根系和须根系植被对堆积体径流流速、水力和水动力参数的影响。结果表明:植被削减堆积体平均侵蚀速率达88.34%~92.88%,直根系消减平均流速效益为50.51%,须根系为21.32%~35.61%;裸坡和植被堆积体径流流型均属于层流(雷诺数<40),裸坡径流在降雨强度≤1.2 mm/min时处于急流态,直根系堆积体均处于缓流态,须根系堆积体在急流态和缓流态间变化。直根系对坡面径流的阻滞作用大于须根系;植被防护下堆积体侵蚀速率、水力和水动力参数与裸坡呈显著性差异(P<0.05),径流剪切力和径流功率可用于较好地刻画坡面侵蚀动态过程,呈显著线性关系(R²为0.63~0.96)。研究成果可为生产建设项目工程堆积体水土流失量预测模型的植被因子修订提供科学依据。     

基于时序特征的黄河三角洲土地覆盖动态及驱动力分析

综合不同土地利用类型的Landsat影像时序特征和面向对象分割方法,分析1985-2018年现代黄河三角洲土地覆盖时空特征,探讨土地覆盖变化的驱动机制。结果表明:1985-2018年间研究区天然湿地面积大幅减少,共减少9.9847×104 hm²,其中沼泽和草甸湿地面积减少尤为明显,而人工湿地面积则逐年增加,年平均增加率达54.66%,主要是盐田养殖场和水稻种植面积的增大;社会经济因素对研究区土地覆盖的影响程度高于水文因素;输沙量是影响研究区土地覆盖变化的主要水文因素,实测径流量的减少进一步导致天然湿地向旱地类型转化;人口和GDP变化对人工湿地面积增加的正相关作用比较显著,而天然湿地面积的减少则与该两个指标的负相关关系比较明显。     

滦河上游植被指数NDVI及EVI对SPEI的响应差异

在全球气候变化和人类活动的双重影响下,干旱呈广发、频发态势,使植被生长受到限制,进而影响生态系统结构,威胁区域生态安全。以滦河上游为研究区,基于2000-2019年归一化植被指数NDVI和增强型植被指数EVI,并结合标准化降水蒸散指数SPEI,分析滦河上游气象干旱和植被生长状况的变化趋势及空间分布特征,探讨植被变化对多时间尺度SPEI指数的响应差异。结果表明：近20年滦河上游SPEI呈波动式增大趋势,年尺度SPEI增大速率为0.040 1/a;干旱面积总体减少,减少速率为-1.430 4％/a;NDVI和EVI空间分布特征和变化趋势大体一致,植被覆盖度呈东南高西北低的特征,NDVI和EVI增大速率分别达0.027/a和0.026/a;大部分区域SPEI与植被指数呈正相关,其中NDVI对SPEI-3的响应最强,EVI对SPEI-6的响应最强,总体上EVI与SPEI的相关性强于NDVI;草地对气象干旱最敏感,农田次之,林地最弱。     

2000—2014年辽宁省植被动态演变特征分析

基于MODIS － NDVI 数据,辅以线性回归法与分段线性回归法,并借助ArcGIS 软件,对辽宁 省2000—2014 年植被覆盖的动态演变过程进行分析。结果表明: ( 1) 时间上,辽宁省植被NDVI 在年 际尺度上呈现出明显的增大趋势,2005 年出现突变,多年平均NDVI 值为0. 496; 春季、夏季、秋季 以及植被生长季NDVI 突变年份分别为2006 年、2005 年、2009 年和2004 年,秋季波动变化的突变点 明显滞后; 植被生长最旺盛的季节为夏季,且集中于8 月。( 2) 空间上,辽宁省植被覆盖具有明显的 地域性差异,呈现出东部高、中西部低的分布特征; 辽宁省植被覆盖优良区与辽东山地的界限基本吻 合,植被覆盖贫乏区主要集中在朝阳市和阜新市的东北部地区。( 3) 辽宁省植被覆盖程度呈山地阴坡 高于阳坡的形态,并且植被覆盖程度最好的坡向为北偏西方向。( 4) 2000—2014 年辽宁省植被覆盖度 整体以维持现状和轻微改善为主,保持不变的区域集中于中东部地区,辽阳市与沈阳市一带有轻微退 化现象,辽西北地区改善情况较为明显。     

陕北无定河流域土壤侵蚀与植被覆盖和降雨关系研究

基于2000—2014年陕北无定河流域日降水、DEM、土壤类型、MODIS NDVI等数据,利用修正通用土壤流失方程(RUSLE)估算了流域土壤侵蚀情况,定量分析了植被覆盖和降雨在土壤侵蚀中的作用,结果表明:(1)无定河流域土壤侵蚀以微度侵蚀为主,平均占流域面积的88.35%,各土壤侵蚀等级面积比例随等级的升高而降低。2000—2014年微度侵蚀面积比例为下降趋势,轻度及以上等级面积比例均为上升趋势。(2)不考虑降雨因子影响时,无定河流域仍以微度侵蚀为主,且为增加趋势,而其他土壤侵蚀等级均为下降趋势。不考虑植被覆盖因子时,流域土壤侵蚀与模型计算结果的变化趋势基本一致。(3)植被覆盖对土壤侵蚀面积比例和变化速率的贡献率分别为13.67%和24.55%,而降雨作用达到86.33%和75.44%,表明降雨是流域土壤侵蚀的主要动力和控制因子,降雨变化主导着流域土壤侵蚀变化过程。