滩涂水生植被对波浪能量衰减作用实验研究

发布时间：2020-10-15 01:23

　　 湿地植物对沿海生态环境的构建和保护都起到至关重要的作用,并为海洋生物和水生物提供栖息环境、美化生态景观以及通过对波浪的消减作用从而保护沿海硬质堤。海三棱藨草(Scirpus mariqueter)属于多年生盐沼植物,是长三角滨海区域重要的先锋物种,在该区域湿地生态系统修复中具有重要价值,同时,海三棱藨草群落在消减波浪能量进而保护沿海硬质堤坝等方面也起到重要作用。而相比于护花米草(Spatina alterniflora)和芦苇(Phragmites australis)等该地区其他物种对波浪衰减作用的效果,海三棱藨草对波浪的衰减作用较弱,且关于不同因素对海三棱藨草波浪能量衰减作用影响的研究尚缺少。因此,本研究将在不同的变量条件下对海三棱藨草的波浪衰减能力进行模拟实验研究。运用弗劳德相似率构建模型进行水理实验,通过对植物密度、波高、水深以及波浪类型四个因素进行变量设计,探究该物种对波浪能量的消减能力。实验研究结果如下:(1)不同植物密度对波浪能量衰减的实验研究中,通过控制其他变量研究不同海三棱藨草植物密度对波浪衰减作用的影响。结果表明,波浪能量衰减率随植物密度的改变而发生变化,呈正比关系,即植物密度越大,消浪效果越显著。(2)当其它变量均相同,波浪高度不同情况下,波高每增加0.03m,波浪能量衰减率呈非线性增加,表明海三棱藨草植物群落消浪效果随波高增加而增加且逐渐趋于恒定值。(3)当植物密度、波浪高度等其他变量均相同的情况下,随着水深的增加,植物对波浪能量消减作用明显减弱。水深在植物模型高度(16cm)以下,即植物未被完全淹没及刚好被淹没时,对波浪能量消减作用更强,当水深大于植物高度时,随水深的增加,植物对波浪有消减作用但消减作用幅度明显减小。(4)当其它变量均相同的情况下,相比于不规则波情况,规则波情况下海三棱藨草植物群落对波浪的消减作用显著,但无较大差异。综上所述,通过提高海三棱藨草植物种植密度、种植面积,且根据该地区实际潮汐情况综合分析、合理培养种植海三棱藨草植物群落,充分发挥其对波浪能量的消减作用,对保护沿海湿地生态环境与工程具有重要意义。
【学位单位】：上海海洋大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：Q948
【部分图文】：

1.3 研究背景1.3.1 区域特征本研究的背景区域为上海市南汇东滩湿地，该区域作为杭州湾和长江口的交汇带，是长江口区域面积最大的滨海湿地。该地区属于北亚热带季风气候，四季分明，气候湿润，日照充足，年平均气温为 15℃左右，降雨量十分充沛，年降水量约为 1020 mm，总面积约为 33100hm2[68,69]。然而，该区域在 2012 年完工的围垦工程的面积约为 150 km2，作为近十年来长江口区域规模最大的一次滩地围垦工程，由于城市经济化的快速发展导致围垦速率远大于滩涂淤涨速率，湿地生态受到严重影响，从而导致了该区域本土先锋物种海三棱藨草（Scirpus mariqueter）的面积大量减少，沿海湿地生态系统结构受到严重破坏，湿地生态系统服务功能也大幅度地衰退[68]。

图 1-2 南汇东滩湿地海三棱藨草群落ig.1-2 The community of Scirpus mariqueter in Nanhui Dongtan wetla棱藨草在湿地生态系统中的作用藨草具有重要的生态和景观价值。不仅作为该区域湿地生栖息生物的栖息地和觅食地，维持长江口生物的多样性[6湿地生态系统，促进底泥沉降、净化水体涵养水源等多个的作用[74-76]，海三棱藨草可以对沿海种植区域水体起到净体修复的作用。结合选取底栖经济贝类（四角蛤蜊、焦河蓝蟹、沙蚕等，构建滨海湿地生态系统，大面积的海三棱藨观恢复起到重要作用，进而构成景观群落，美化滨海湿地外，海三棱藨草群落在消减波浪能量进而保护沿海硬质工，通过大面积的海三棱藨草群落对波浪冲击力的击碎和缓保护沿海堤坝。

注：来自 H. Schlichting《边界层理论》图 2-1. 基于圆柱体模型的阻力系数 CD与雷诺数关系的变化Note：From Boundary Layer Theory of H. SchlichtingFig. 2-1 Variation of drag coefficient, CDwith Reynolds number . Re for a smooth circular cylinder.如表 2-2 所示，当 λ 为 1/8 时，原型和模型雷诺数不能同时满足 103～105范围，因此理论上不成立。λ 为 1/2～1/7 时，原型和模型雷诺数均满足 103～105范围，但当 λ 为 1/4～1/7 时，由于植被模型的直径太小难以找到最适模型材料，且考虑到实验水槽和植被模型的尺度大小，因此，最适模型和原型比 λ 为 1/3。表 2-2 不同比例下原型和模型的雷诺数Tab.2-2 Reynolds numbers of prototype and model under differents ratios模型与原型比λ原型雷诺数Re of prototype模型雷诺数Re of model1/2 2.24×1047.92×103
【参考文献】

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本文编号：2841479