Hydrological and sediment connectivity under freeze–thaw meltwater compound erosion conditions on a loessal slope

Freeze-thaw processes can influence hydrology, soil erosion, and morphological development by altering the connectivity between active pathways of water and sediment transport. Concentrated flow experiments were conducted involving frozen, shallow thawed, and unfrozen soil slopes under 1, 2, and 4 L/min runoff rates at a temperature of approximately 5 °C. In this study, hydrological connectivity was analysed via the simplified hydrological curve and relative surface connection function. Sediment connectivity was analysed via the sediment structure connectivity and sediment functional connectivity. Results indicated that hydrological connectivity was greatest on frozen slopes (FS), followed by shallow thawed slopes (STS), and unfrozen slopes (UFS) given a constant flow rate. Hydrological connectivity increased with increasing runoff rate for each freeze-thaw condition. Freezing condition and runoff rate exhibited a positive response to the hydrological connectivity. Sediment structure connectivity increased with increasing runoff rate for each slope condition. The ordering of sediment structure connectivity across freeze-thaw condition was that FS was greater than STS while STS was greater than UFS independent of flow rate. Sediment functional connectivity included longitudinal, lateral, and vertical connectivity components. Sediment longitudinal and vertical connectivity indicated a trend of first increasing and then decreasing under the different runoff rates and freeze–thaw conditions. For a given runoff rate, the ordering of sediment longitudinal and vertical connectivity across freeze-thaw condition was that FS was greater than STS while STS was greater than UFS. Sediment lateral connectivity exhibited a trend of first decreasing and then stabilizing. The ordering of sediment lateral connectivity across freeze-thaw condition was that UFS was greater than STS while STS was greater than FS. FS could more easily reach longitudinal and vertical penetration. Sediment longitudinal and vertical connectivity rates demonstrated increasing trends with increasing runoff rate after runoff generation stabilization and gradually approached unity. This research further improves our understanding of the hydrological and erosional mechanisms of meltwater and the generation of flooding in frozen soil conditions.     

基于博弈论法确定灌区运行状况综合评价指标的权重

为了确定综合评价过程中的指标权重系数是否合理,考虑评价结果的合理性和科学性.通过运用博弈论思想将主观的层次分析法(analytic hierarchy process,AHP)和客观的变异系数法(variation coefficient method, CVM)确定的权重系数集成得到最终的权重结果,并以“驱动力-状态-响应”(DSR)模型为基础,建立了一套大型灌区运行状况综合评价指标体系,将得到的主观权重、客观权重和综合权重分别运用到灌区运行状况的综合评价中进行实证分析,研究结果表明:基于博弈论确定的综合权重对灌区进行评价的结果既能体现决策者的主观要求,又能符合灌区实际运行状况.该方法过程简洁,结果科学、客观,具有较好的通用性.     

基于灰色关联理论-密切值法的大型灌区运行状况综合评价

依据评价对象与目标最优点的灰色关联度越大,则表明评价对象与最优点的距离越近,在大型灌区运行状况综合评价时,将灰色关联法与密切值法相结合,既保存了密切值法客观性好的优点,又能合理利用灰色关联法克服密切值在贫信息情况下的缺陷。以陕西省大型自流渠灌区洛惠渠为实例进行验证,评价结果显示洛惠渠灌区在2007、2008、2009、2010、2011、2012年的密切值分别为5.1238、4.7421、3.8396、3.0147、2.4679、1.2868,运行状况级别分别为中等、中等、中等、良好、良好、良好。其评价结果与可拓评价法结果基本一致,都随着时间的推移,洛惠渠灌区评价级别从中等逐渐变为良好,运行状况越来越好,这也符合洛惠渠灌区的客观实际和发展规律,且该方法理解简单、可靠性高,为大型灌区运行状况综合评价提出了一种新方法。     

改进突变理论对大型灌区运行状况的综合评价

对比分析了对大型灌区的常用评价方法,指出这些方法存在的主要缺点是评价中各指标权重的确定易受人们主观因素的影响.改进突变理论避免了评价各指标权重的确定问题,从而相对减少了人们主观因素的影响.对突变理论综合评价方法进行了改进,通过调整突变理论评价综合值的方法,克服了综合评价值过高和过于接近的问题,提高了其评价结果的分辨水平.将改进突变理论综合评价方法运用于大型灌区运行状况综合评价中,以陕西省大型自流渠灌区洛惠渠为实例进行验证,洛惠渠灌区在2009,2010,2011,2012年的评价值分别为0.060 5,0.265 7,0.549 1,0.660 1,运行状况等级分别为中等,良好,良好,良好.其评价结果与改进TOPSIS法的结果基本一致,都随着时间的推移,洛惠渠灌区评价级别从中等逐渐变为良好,运行状况越来越好,这也符合洛惠渠灌区的客观实际和发展规律,且该方法计算简单、可靠性高,可为大型灌区运行状况综合评价提供一种新方法.     

基于改进熵权-G1-博弈论法的灌区运行状况综合评价

为了体现各指标对灌区评估的重要性,对各指标赋予不同的权重来体现其重要性的差别,而且综合评价结果的准确性也取决于指标权重赋值的合理性.运用G1法对评估指标进行主观赋权,采用改进熵权法对指标进行客观赋权,这样既满足所得权重的客观性,也能保证评估结果具有一定的解释性,然后采用博弈论的综合赋权法综合主观和客观权重,从而得到各指标的综合权重.运用确定的综合权重以改进线性模型对陕西省大型自流渠灌区洛惠渠进行实例验证,计算结果与可拓评价法结果基本一致,随着时间的推移,洛惠渠灌区评价级别从中等逐渐变为良好,运行状况越来越好,这符合洛惠渠灌区的发展实际.     

南小河沟流域干旱特征

黄土高原地区生态环境脆弱,干旱的发生严重影响该地区农业生产和经济发展。选用1970—2012年南小河沟流域的降雨资料,使用标准化降雨指数(SPI)对干旱进行描述。对该流域内年及季节尺度SPI序列进行Mann-Kendall检验,并对所建立的不同时间尺度的季节性交乘趋势模型进行验证。结果表明:流域内出现干旱的频率为48.84%,年际SPI变化剧烈,整体向干旱化方向发展。春季干旱有明显的分阶段特征;夏季干旱变化趋势不显著;除1975年以外,秋季干旱变化趋势也不显著;冬季的干旱程度变化比较稳定,主要集中在无旱和轻旱等级之间。季节性交乘趋势模型在年干旱以及秋、冬季干旱评估中效果良好,干旱等级预测合格率均达到71.43%,模型在对干旱等级的分析出现错估时,有向中旱水平辐射的强烈趋势。     

土壤容重对一维垂直浑水肥液入渗水氮运移特性影响

为了揭示土壤容重对浑水肥液入渗水氮运移特性的影响,通过室内土柱试验,研究不同土壤容重(1.30,1.35,1.40,1.45 g/cm³)累积入渗量、湿润锋运移距离、土壤含水率分布规律以及土壤硝态氮运移特性,采用Philip入渗模型和电容充电经验模型对累积入渗量进行了拟合,建立了累积入渗量、湿润锋运移距离与土壤容重之间的关系.结果表明:在同一入渗时间下,浑水肥液累积入渗量随土壤容重的增大而减小;土壤容重越大,湿润体体积、湿润体内水分及硝态氮分布范围均越小.浑水肥液累积入渗量符合Philip入渗模型和电容充电经验模型;湿润锋运移距离与入渗时间呈显著幂函数关系;供水结束后土壤含水率及硝态氮含量均随着入渗深度的增加而减小;随着土壤水分再分布上层土壤硝态氮逐渐减小,下层逐渐增大,再分布2 d后硝态氮含量在湿润锋附近出现峰值,整个湿润体硝态氮含量分布趋于均匀.研究成果为进一步研究浑水肥液入渗氮素运移提供基础参考.     

城市绿化树种银杏的蒸散特征和土壤水分状况

[目的]研究关中地区城市园林绿地0—300 cm土壤含水量的变化特征,探究园林绿地的蒸散发及其组分的变化特征,为城市园林绿化的高效水分管理提供科学依据。[方法]以常见的绿化树种银杏为例,通过中子仪测定以银杏为主景树的园林绿地的土壤水分,2020年采用热扩散探针法(TDP)分别对24 a和29 a银杏树干液流速率进行定位监测,结合微型蒸发皿测定银杏棵间土壤蒸发量,计算银杏园林的蒸散发及其组分占比。[结果]两处绿地0—300 cm土壤含水量的变异程度为中度变异。24 a银杏蒸散量的变化范围为0.24～9.06 mm/d,蒸腾所占比例变化范围为51.77%～71.92%;29 a银杏蒸散量的变化范围为0.46～19.76 mm/d,蒸腾占比的变化范围为64.45%～79.24%。[结论]城市生态系统中,不同树龄银杏园林蒸散发最大的组分均为蒸腾,且7—8月蒸腾比例最大。土壤水分变化与银杏树龄之间无明显规律,且与银杏蒸散发的相关性较弱。     

旁通阀对长距离重力流输水管线水力过渡过程的影响

为研究旁通阀在长距离重力流输水管路检修过程中的作用,基于特征线法,建立了旁通阀计算模型.结合某大型重力流输水工程,对设置旁通阀与否的管路水力过渡过程进行了分析.结果表明,不设置旁通阀时,检修阀关闭会引起系统较大升压;设置旁通阀后,系统压力波动明显变缓,最高压力包络线与设计压力线在检修阀下游几乎重合,在检修阀上游稍有升高,相应地,最低压力包络线在检修阀上游与设计压力线稍有下降,在检修阀下游几乎重合.通过调试检修阀与旁通阀的关闭规律可以发现,检修阀关闭时间一定时,旁通阀关闭时间越长,最大压力越小,压力波动越平缓;而旁通阀关闭时间一定时,检修阀关闭时间的变化对压力波动形状影响不大,但会影响压力波动的开始时刻.同时,对不同管段检修工况压力极值统计发现,旁通阀对系统不同位置管段的防护程度不同,对起点和末端管段的压力防护作用最大.