六圆弧蛋形断面正常水深直接计算方法

【目的】研究六圆弧蛋形断面正常水深的简单计算方法,为该断面的工程设计提供技术支持。【方法】根据面积分割法计算六圆弧蛋形断面的面积、湿周和水力半径,根据明渠均匀流理论计算不同流量时渠道的正常水深,通过优化拟合研究蛋形断面正常水深的简单计算方法。【结果】优化拟合得到了蛋形断面水深处于不同位置时相对断面面积、相对湿周、相对水力半径的计算公式,确定了正常水深与流量的关系及水深的迭代计算公式,通过优化拟合研究,最后给出了正常水深的简化计算公式。【结论】所建立的六圆弧蛋形断面正常水深的理论计算公式和近似计算公式计算过程简单、精度高,平均误差为0.204%,最大误差为1.129%。     

金龟子头部截面拟合曲线数学建模

利用蜣螂头部的激光三维扫描数据点云抽取蜣螂头部的截面线数据,用最小二乘法进行数据拟合, 求取以高斯函数类表示的曲线拟合方程。通过计算得出拟合曲线的曲率值和二阶导数值并绘制了曲率值图和 二阶导数值图。通过拟合曲线的曲率制图和二阶导数值图的变化,对应蜣螂头部截面线进行了分析,表明蜣螂 头部特定的几何外形对其挖土打洞具有重要的作用。     

土地整治项目灌溉渠道衬砌方案经济比选研究

灌溉渠道是农田重要的基础设施,而渠床渗漏是渠系水量损失的主要途径,渠道衬砌可减少渠床渗漏损失,提高灌溉效益。不同的衬砌方案效益各不相同,通过对相同流量、不同断面和不同衬砌方式的渠道进行单价分析,考察较适宜的衬砌方案。结果表明,3种断面中梯形断面渠道单价最低;矩形断面渠道单价次之,U型断面渠道单价最高。5种衬砌方式中,梯形断面边坡预制渠道单价最低,预制U型槽单价最高。     

黄土高原小流域出口断面水力几何模型

流域出口断面水力几何关系能够为流域水文模型参数获取、洪水过程演变及灾害预警提供辅助工具。以黄土高原丘陵沟壑区桥子西沟和桥子东沟2水土流失对比流域为研究对象,首先采用幂函数、自然对数函数和二阶对数函数模型分别拟合桥子西沟流域1987—2006年出口断面水文观测数据,应用模型决定系数(R2)和模拟残差平方和(RSS)评价3种模型拟合结果,优选平均流速-流量、水面宽-流量与平均水深-流量的水力几何模型。然后将桥子西沟流域观测数据随机分为2部分:1987—2002年共594组数据用于率定优选模型,2003—2006年共362组数据用于验证。采用均方根误差(RMSE)、模型效率系数(E)以及图形拟合等手段评价各优选模型的有效性。桥子西沟流域模型率定及验证结果表明:平均流速-流量和平均水深-流量关系适用于自然对数函数表达(RMSE值为19.89%和30.70%,E值为0.59和0.84),而水面宽-流量关系则适用于二阶对数函数表达(RMSE=3.84%,E=0.87)。进一步应用桥子东沟流域1987—2006年出口断面共1 006组观测数据验证各优选水力几何模型在相似流域的适用性,结果表明:平均水深-流量关系拟合效果优于桥子西沟流域,而平均流速-流量和水面宽-流量关系拟合优度稍逊于桥子西沟流域。该研究为黄土高原地区小流域洪水监测与预报提供基础。      

几种防渗渠道断面的比较分析

通过对防渗渠道的U形、梯形、矩形、半圆形、复合式、暗渠等断面组成及其水力学特性的对比分析,认为在防渗渠道的建设中,干、支渠应选用宽浅式梯形断面,而农渠中应选用U形断面.     

考虑龙羊峡水库回水影响的羊曲水电站尾水疏挖研究

【目的】在考虑下游龙羊峡水库回水影响条件下,研究河床疏挖前后拟建的羊曲水电站中坝址厂房尾水特征断面的水位-流量关系,寻求提高有效发电水头的方法。【方法】采用预测-校正求解方法,应用一维河床冲淤变形计算模型,在不考虑龙羊峡水库回水时,对尾水河道2个开挖方案进行数值分析,分别考虑疏挖比降为0.0005,0.001,0.0015,疏挖宽度为50,80,140m时的疏挖效果。通过多方案比较,确定推荐方案后,在考虑下游龙羊峡水库不同回水影响时,采用推荐尾水疏挖方案,研究龙羊峡水库回水影响下的羊曲水电站尾水疏挖效果。【结果】从疏挖工程量和电站尾水断面所获得的水头综合考虑,推荐疏挖比降为0.0005,疏挖宽度为50m的开挖方案,该方案在平均流量625m3/s时,电站厂房尾水位比河道开挖前降低了5.15m。经多条水位-流量关系曲线套绘分析发现,龙羊峡水库坝前水位超过2596m时,河道疏挖后羊曲水电站尾水位没有降低;龙羊峡水位低于2596m时,平均流量625m3/s下,河道开挖后仍能获得不同程度的发电水头。【结论】羊曲水电站尾水河段具备河道疏挖疏浚的客观条件,在考虑龙羊峡水库回水影响下,推荐疏挖方案当河道平均流量625m3/s时,在不同的回水高程条件下,羊曲水电站尾水水位降幅为0.48～4.47m,所得计算结果可供水能规划部门参考应用。     

伊犁黄土湿陷变形特性研究

湿陷是黄土地区建筑物发生破坏的重要原因,伊犁黄土厚度大、湿陷性强烈,且天然密度小、含水率低极适合湿陷变形研究。通过单线法试验研究伊犁黄土的湿陷变形特性随含水率、干密度、深度及压力变化关系,通过双线法湿陷试验研究不同初始含水率对伊犁黄土湿陷特性的影响规律。结果表明:伊犁黄土湿陷强烈,浅层处湿陷性较严重,湿陷系数随着深度的增加而减小;一定深度下,伊犁黄土的湿陷系数随压力的增加呈增大的变化趋势,初始含水率小于8.6%时,湿陷系数与压力的关系近似呈S型曲线关系,初始含水率大于9.4%时,湿陷系数与压力的关系曲线出现峰值。伊犁黄土具有强烈的湿陷性,在不同深度、压力和初始含水率情况下表现出不同的湿陷性和湿陷敏感性,研究伊犁黄土湿陷变形特性,可为湿陷性黄土地区黄土研究和工程建设提供参考借鉴。     

伊犁黄土湿陷变形特性研究

湿陷是黄土地区建筑物发生破坏的重要原因,伊犁黄土厚度大、湿陷性强烈,且天然密度小、含水率低极适合湿陷变形研究。通过单线法试验研究伊犁黄土的湿陷变形特性随含水率、干密度、深度及压力变化关系,通过双线法湿陷试验研究不同初始含水率对伊犁黄土湿陷特性的影响规律。结果表明:伊犁黄土湿陷强烈,浅层处湿陷性较严重,湿陷系数随着深度的增加而减小;一定深度下,伊犁黄土的湿陷系数随压力的增加呈增大的变化趋势,初始含水率小于8.6%时,湿陷系数与压力的关系近似呈S型曲线关系,初始含水率大于9.4%时,湿陷系数与压力的关系曲线出现峰值。伊犁黄土具有强烈的湿陷性,在不同深度、压力和初始含水率情况下表现出不同的湿陷性和湿陷敏感性,研究伊犁黄土湿陷变形特性,可为湿陷性黄土地区黄土研究和工程建设提供参考借鉴。     

梯形渠道分流量及其影响因素初探

【目的】研究梯形主渠分水口水流形态，分析分水口附近水面变化规律以及分水口水头损失，建立矩形支渠分流量公式，为灌区量水技术的精确化提供支持。【方法】对灌区广泛应用的梯形渠道90°分水口进行分流试验研究，采用分流模型试验设置了5种梯形主渠来流量Q₁，每种Q₁下又设置5种分流比，共进行25组试验，通过9个控制断面的水深变化分析其水面线变化,规律以及矩形支渠分流量系数（m）与断面Ⅰ傅汝德数（F_r1）的关系;根据矩形支渠分流量Q₂与主渠水深和傅汝德数的相关性，建立Q₂的计算公式，并对上游傅汝德数和分水口水头损失进行了探讨。【结果】当Q₁为26.40和33.17 L/s时，5种分流比下梯形渠道水深的变化规律基本一致，即水深在分水口附近变化很大，水位在分水口口门处有所下降，接近分水口下唇时略有壅水，最大相对壅水高度为上游水深的0.18倍。在同一Q₁下，F_r1与m之间呈较为明显的负相关关系。随着分流比的增大，相对水头损失减小，最大相对水头损失为26%；当分流比大于0.6时，相对水头损失保持在较低水平，有利于支渠引水。【结论】最终建立的Q₂与水位关系式的决定系数大于0.9，操作简便。梯形渠道90°分水口的分流比控制在0.6左右时相对水头损失最小，该分流比为利用分水口实现流量一体化测控提供了参考。     

推荐二种配水衬砌最优横断面

以湿周最小为目标函数,均匀流公式为约束条件,应用拉格朗日乘子法求解,推导配水衬砌渠道横断面的非线性规划模型。并对常用渠道横断面的湿周和过水断面进行定量分析、比较,结合工程实践,推荐梯形和Ｕ形２种最优衬砌横断面型式。这一方法可克服目前配水衬砌渠道设计中的经验性和随意性,并可节省大量投资。     

膜沟灌溉入渗规律试验初报

膜沟灌溉是与地膜覆盖技术相结合的沟灌,它将带有渗水孔的地膜敷贴在灌水沟内形成膜沟,灌溉时水在沟内的膜上流动,并通过膜孔渗入土壤。针对膜沟灌溉的累积入渗量、湿润深度随入渗历时变化规律进行了研究。研制了膜沟灌溉入渗试验装置,针对2排3列膜孔布置方案进行了膜沟灌溉入渗试验,观测得到了不同入渗历时的累积入渗量和湿润深度。结果表明,累积入渗量与入渗历时之间的关系符合Kostiakov-Lewis模型,湿润深度随入渗历时的变化符合幂函数关系,因此可用该2个模型描述膜沟灌溉的入渗规律。     

样带法在测定草地植物群落最小面积中的应用

利用样带法对内蒙古草甸草原不同放牧强度的植物群落最小面积进行了研究,采用2种模型对种-面积曲线进行了拟合,应用3个标准确定了群落的最小面积和样带的最短长度及临界样方数量。研究结果表明,通过剩余标准差(RSE)、相关指数(CRI)、偏差绝对值的平均值(AAD)和相对偏差绝对值的平均值(AARD)4个指标的检验,对数模型的拟合效果最佳。样带上样方的取样间隔为1m时,轻度放牧区的群落最小面积为3.36m2,中度放牧区的群落最小面积为3.69m2,重度放牧区的群落最小面积为3.15m2,重度放牧区的群落最小面积显著低于其他放牧梯度(P0.05)。因此,对于整个放牧系列应采用最大的群落最小面积(3.69m2),则取样样带的最短长度为36.9m,每条样带的临界样方数量为37个。     

臂坡对堰槽组合设施测流影响分析

针对堰槽组合设施在遭遇洪水、水位较高时引发的坡脚掏蚀、岸坡冲刷崩塌等问题，将设施两侧堰顶设置一定坡度，形成向槽内倾斜的臂坡，使水流向设施中部集中，减少对两岸边坡的冲蚀。采用水力性能试验的方法，对3种臂坡(0，1/16和1/8)在12种流量(6~61 L/s)条件下的中垂面水深、弗汝德数沿程变化规律、臂坡对设施泄流能力的影响及流量公式进行研究。结果表明:1)3种臂坡下的堰槽组合设施水深沿程变化相似，随着臂坡的增大，中垂线上游水位壅高增大，两侧堰靠近岸坡一侧的堰上水深减小，明显减少了水流对两岸边坡的冲蚀；2)臂坡对临界流断面位置影响较小，集中出现在排淤量水槽梯形窄段的后半段；同一流量下，堰槽组合设施的流量系数随臂坡的增大而减小；同一臂坡下，堰槽组合设施的流量系数随着流量的增大而减小；3)相对水头较小时，流量系数变化明显，相对水头较大时，流量系数相对稳定，将流量系数分为变动流量系数和稳定流量系数2个区，并分别拟合出不同臂坡条件下的流量计算公式，与实测流量相比，臂坡为0、1/16和1/8时，相对误差绝对值的最大值分别为2.22%、2.37%和2.21%，平均相对误差分别为0.88%、0.95%和1.15%。此外，在流量为11 和21 L/s时，臂坡的增大使得流量公式计算值的相对误差由-2.22%降至-0.44%和由2.35%降至-0.24%。综上，臂坡的存在能够减少水流对两岸边坡的冲蚀，对临界流断面的影响较小，增大臂坡还可有效提高堰槽组合设施在小流量情况下的测量精度。     

Study on parameterisation of plant tissue microstructure by confocal microscopy for finite elements modelling

This paper reviews three different methods for parameterisation of plant tissues which can be applied to images obtained with a confocal scanning laser microscope to create models for the simulation of the mechanical behaviour of biological cellular structures. Vectorisation, Voronoi tessellation and ellipse tessellation were tested. Potato tuber and carrot parenchyma were chosen as examples. For each method tested, five geometrical parameters were analysed: area, perimeter, orientation, elongation and a local indicator of spatial association of all individual regions which represented cells. The reconstruction accuracy of the original tissue microstructure by each parameterisation method was investigated by the comparison of the geometrical properties of the cells from the segmentation with their virtual equivalents. Linear regression models between the reference and modelled parameters were built. The model performance was expressed in terms of the coefficient of determination (R²), the slope of the regression line and the root mean square errors for prediction (RMSEP). Based on the results, Voronoi tessellation was considered to be inaccurate for tissue modelling. The vectorisation procedure only allowed for reproduction of the general shapes of cells, and the curvature of cell walls was neglected in this method. For both the Voronoi tessellation as well as vectorisation, created cells completely filled the space with no additional gaps and possessed sharp, angular shapes. The best overall reconstruction accuracy was obtained with ellipse tessellation. Models created with this method can be considered as representative equivalents of real tissues in terms of cell area, orientation, perimeter, shape and spatial arrangement.     

Relationship Between Six Years of Corn Yields and Terrain Attributes

Crop yield, soil properties, and erosion are strongly related to terrain attributes. The objectives of our study were to examine the relationship between six years of corn (Zea mays L.) yield data and relative elevation, slope, and curvature, and to develop a linear regression model to describe the spatial patterns of corn yield for a 16 ha field in central Iowa, USA. Corn grain yield was measured in six crop years, and relative elevation was measured using a kinematic global positioning system. Slope and curvature were then determined using digital terrain analysis. Our data showed that in the four years with less than normal growing season precipitation, corn yield was negatively correlated with relative elevation, slope, and curvature. In the two years with greater than normal precipitation, yield was positively correlated with relative elevation and slope. A multiple linear regression model based on relative elevation, slope, and curvature was developed that predicted 78% of the spatial variability of the average yield of the transect plots for the four dry years. This model also adequately identified the spatial patterns within the entire field for yield monitor data from 1997, which was one of the dry years. The relationship between terrain attributes and corn yield spatial patterns may provide opportunities for implementing site-specific management.     

不同立地侧柏林下植被与水源涵养能力的关系

森林林下植被是森林生态系统的重要组成部分,林下土壤和枯落物是森林保持水土、涵养水源的主体,同时,林下植被的生长可以指示林地涵养水源的能力。设置了3种立地类型12块侧柏人工林样地,研究了林下植被生物量及其与林地土壤和枯落物涵养水源能力的关系。结果表明,不同立地条件林下植被生物量差异显著,其中阴坡厚土立地下灌草生物量最大(6671.66kg/hm2),阳坡厚土次之(6099.70kg/hm2),阳坡薄土最小(4998.73kg/hm2);不同立地条件土壤特征差异显著,阳坡薄土平均土壤容重最小(1.267g/cm3),平均非毛管孔隙度最大(13.766%),阳坡厚土情况与之相反;阳坡薄土立地条件土壤持水量最大,枯落物持水量最小,阴坡厚土居中,阳坡厚土与之相反;林下植被可以指示侧柏人工林林地水源涵养能力,林下植被生物量越大说明其林地水源涵养能力越弱,决定系数r2=0.99。     

一个光合作用光响应新模型与传统模型的比较

为了解决传统光合作用光响应模型(如直角双曲线和非直角双曲线模型)中光合速率虽沿着渐进曲线响应光照强度的增加,但拟合植物叶片的最大光合速率却远大于实测值,且无法给出光饱和点等问题。在对传统的光合作用光响应模型进行认真分析,发现其关键在于未考虑光呼吸的基础上,提出了一个新的光合作用光响应模型,详细讨论了该模型的主要特性,并与传统直角双曲线和非直角双曲线模型进行比较分析。用这3个模型拟合了不同试验条件下冬小麦光合作用光响应,结果表明:新模型较传统的模型更好地模拟不同温度及CO2浓度条件下冬小麦光合作用光响应,包括低光强条件下和光抑制条件下的光响应问题,且可求得最大光合速率、饱和光照强度、光补偿点和暗呼吸速率等。此外,新模型可以合理地描述植物叶片的光抑制,因此新模型具有普遍性。     

海底管道正向预热时机分析

输送高凝点原油的海底管道在预热投产或停输再启动过程中,预热时机作为管道温度场预热充分的“显性”标志,具有重要意义。针对海底掩埋保温管道,建立了正向预热一投油计算模型,以某海底管道为对象,研究其在预热一投油过程中沿线温度的瞬变过程,并对预热时机的选取及影响因素进行探讨。结果表明：在管道投油一稳定瞬变过程中,最低油温出现在管道终点,故只要管道出口温度满足安全流动的需要,即可确保整条管道的油温处于流动安全允许范围内;预热时机取“终点水温=凝点”时,可以满足原油安全流动的温度要求,并且适用于不同热水流量和投油流量工况,推荐工程采用。（图6,参11）     

基于分段曲率的玉米植株三维结构的重建

摘要 （目的）在模拟玉米三维结构的过程中,需要描述和表征其各器官的变化。叶片是其重要的器官之一,而叶片造型的主要任务是叶片中脉曲线的设计。（方法）本文采用对中脉分段的方法,根据各分段曲率参数计算出每段变形之后的端点,递推得到若干可用于描述叶脉特征的点列。为了获得玉米植株叶片中脉的三维形态,作者采用三维数字化仪测量了36株玉米群体中脉的空间坐标。（结果）基于测定的三维坐标数据提取了各叶片中脉分段的曲率参数值,并对曲率值按叶位进行了统计分析,得出用于描述完整植株的五类叶型和各种叶型的位置分布规律。并采用VC++与OpenGL库相结合的可视化技术,实现了玉米群体的三维真实感重构,并将该方法模拟出的叶面积与实际测量的叶面积进行了验证,得到R2为0.9975。（结论）采用叶片分段并且逐段计算叶脉弯曲的方法,在对玉米的三维结构的构建中获得了较好的效果,将为与形态结构相关的研究提供基础数据。     

渠道下游常水深运行非恒定流数值模拟研究

为了研究闸门调控下的梯形渠段非恒定流过渡过程,在下游常水深运行条件下,采用矩形网格特征线法,对渠段上游来水量变化和渠段上游闸门在不同线性调节方式下引起的非恒定流过渡过程进行了数值模拟,研究了渠段上游来水量变化时下游流量、上游水深变化过程,探讨了渠段上游闸门在不同线性调节方式下上、下游流量和上游水深的变化过程。结果表明,当上游来水量变化时,下游流量和上游水深经历一段时间都趋于稳定,且流量变幅越大,趋于稳定的时间也越长。闸门按线性函数式调节开度后,闸门过流流量、上游水深基本按线性规律变化,而后基本维持稳定不变。