U形渠道圆头量水柱测流影响因素试验及模拟

为研究U形渠道圆头量水柱的测流规律及影响因素,基于绕流理论和RNG k-ε湍流模型,对18种体型圆头量水柱5种工况下的水力性能进行全流场数值计算,获得了时均流场、断面流速分布及柱后水流流态,并与实测值进行对比。同时,通过模型试验与数值仿真研究了V形尾翼对测流的影响。结果表明:水力参数的实测值与模拟值具有较好的一致性,渠道底坡为1/1 000,流量为45.01 L/s,收缩比及长宽比分别为0.50和2时,驻点处横断面最大流速模拟值与实测值相对误差为1.51%,水深15 cm位置剖面最大流速模拟值与实测值相对误差为0.45%。适宜长宽比的V形尾翼可以有效改善过槽水流:当收缩比为0.50~0.75时,建议长宽比为3/2~2;当收缩比0.50时,长宽比应相应增大,但不宜5/2。通过回归分析得到的圆头量水柱流量计算公式,在收缩比为0.63时最大测流误差为4.95%,平均误差仅为0.10%,该研究为圆头量水柱在中国北方灌区末级渠系的进一步应用提供参考。     

黑土区土壤侵蚀厚度对土地生产力的影响及其评价

为了研究黑土区土壤侵蚀厚度对土地生产力的影响,采用盆栽试验,人为剥离黑土表层0、5、10、15、20、25和30 cm土壤以模拟侵蚀厚度不同的耕层土壤,分析土壤侵蚀厚度对土壤理化性质、大豆生物性状和水分利用效率等指标的影响。并对TOPSIS(technique for order preference by similarity to ideal solution)模型进行改进,用于评价侵蚀厚度不同的土壤的土地生产力。结果表明:土壤全N、碱解N、全P、速效P、有机质含量和土壤田间持水率均随侵蚀厚度的增加而递减,土壤容重随侵蚀厚度的增加而递增。土壤侵蚀厚度对大豆生长有显著影响,随着侵蚀厚度的增加,大豆减产率呈"S型"曲线递增,产量、耗水量呈"Z型"曲线递减,水分利用效率呈指数曲线关系递减。改进的TOPSIS模型对不同侵蚀厚度下土地生产力的评价结果较为理想,计算的土地生产力指数随土壤侵蚀厚度的变化呈"Z型"曲线,与大豆产量的变化趋势相同,且二者呈指数函数关系,决定系数达0.996,均方根误差为0.65。研究结果可为黑土区土壤侵蚀防治提供理论依据。     

基于水功能区的湖北省农业非点源污染控制区划

农业非点源污染已成为区域水质恶化的主要原因,有针对性地按照国家和地区对不同水功能区的水环境质量标准的要求划分农业非点源污染控制区,可以使非点源污染的控制更有效率.以湖北省103个县域为对象,以水功能区要求为基础,采用ArcGIS分析法确定县域水环境质量标准,在此基础上,采用水质污染指数法及内梅罗指数法解析各县域单元的污染类型及敏感性,最终划定研究区农业非点源污染控制分区.结果表明：1）湖北省可划分为Ⅱ类水质保护区的县域单元29个,划分为Ⅲ类水质保护区的县域单元74个;2）Ⅱ类水质保护区污染类型可划分为3类,主要为单一污染源污染,敏感区可划分为3类,分别为不敏感、轻度敏感及中度敏感;3）Ⅲ类水质保护区污染类型可划分为7类,主要污染类型为单一污染源污染和混合污染,敏感区可划分为3类,分别为轻度、中度及重度敏感;4）农业非点源污染控制区可划分为3个级别,包括2个一级控制分区,6个二级控制分区,23个三级控制分区.区划结果可为湖北省农业非点源污染管理和防治提供参考.     

基于分形插值的三维路面重构与分析

原始精细的路面谱是研究车辆与路面耦合的重要基础,对车辆的通过性和噪声、振动及不平顺性NVH(noise,vibration and harshness)分析有重要的应用价值。为了构建与原始路面相同或相近的路面谱,利用非接触式激光路面不平度仪测量沥青路面、水泥路面、比利时路面和砂石路面的三维路面不平度;基于分形理论,采用迭代函数法重构这四种路面谱;结合路面不平度的统计特性评价指标和分形维数对四种路面的原始谱和重构谱进行评价。研究结果表明:重构前、后路面谱的平均值、标准差、峰度系数以及分形维数变化范围在±5%以内,除水泥路面的偏态系数变化范围均在±9%以内,重构路面谱与原始谱具有一致性;重构路面谱保持了原始路面的结构特性,并具有路面的细微结构。     

不同灌溉施肥模式下土壤湿胀干缩特征曲线及其滞后效应

采用淹灌、间歇灌2种灌溉模式与不施氮肥、含氮复合肥、缓控释氮肥、有机无机氮肥4种施肥模式配成8个处理开展水稻种植田间试验,研究了不同灌溉施肥模式下土壤湿胀干缩特征曲线及其滞后效应。结果表明:指数模型能较好地描述不同灌溉施肥模式下的土壤收缩过程与土壤膨胀过程;各模式下土壤干缩特征曲线与湿胀特征曲线指数模型中的a值(干土的比容积,即干土体积质量的倒数)和b值(单位含水量变化时土壤比容积变化的自然对数单位值)存在差异;土壤干缩曲线与湿胀曲线不完全重合,二者的b值及其差异也不同,存在滞后现象;土壤湿胀干缩效应受多种土壤性质的影响,其中主要通过土壤孔隙结构与持水性质的影响体现。     

民勤绿洲地下水埋深影响因素分析及其变化趋势预测

水是民勤绿洲环境保护和经济发展的关键,对影响民勤绿洲地下水资源变化的主要因素及其未来变化趋势进行预测,可为绿洲地下水资源合理开发和利用提供科学依据。利用相关性分析法,找出与民勤绿洲地下水埋深观测值相关性较好的影响因素,然后运用主成分线性回归法确定地下水埋深观测值与其主要影响因素的定量关系,并利用灰色预测法对影响绿洲地下水埋深变化的主要因素（包括人口、粮食产量和上游来水量）及地下水埋深进行趋势预测。结果表明：民勤绿洲的人口、粮食产量、上游来水量、GDP、蒸发量和大牲畜存栏量与地下水位变化密切相关;人口和粮食产量的增加会导致地下水埋深的下降,且人口增加对地下水埋深的影响远大于粮食产量增加对地下水埋深的影响;未来6年中,民勤绿洲人口和粮食产量总体呈增长趋势,上游来水量呈逐年减少趋势,地下水埋深呈下降趋势。     

基于改进生态足迹模型的市域主体功能区划

市域主体功能区的合理划分,有利于市域主体经济的形成和社会经济的可持续发展。生态足迹模型是一种评价人类对资源环境开发利用影响程度和区域可持续发展程度的方法。该文以改进的生态足迹模型作为市域主体功能区划的技术方法,设计主体功能区划评价指标体系,与GIS的空间分析功能相耦合,对以县为评价对象的评价单元进行赋值、加权求和测算主体功能指数,确定开发与保护的阈值,并与建设用地适宜性评价、自然保护区等叠置分析,修正主体功能区的空间布局。结果表明：1）生态压力和开发潜力有明显的空间分布规律,除长清区外,市区其他区域生态压力大,开发潜力小;商河县、章丘市开发潜力大,生态压力较小。2）各评价单元主体功能指数界限明显,以此作为除禁止开发区外的主体功能区初步划分的依据。3）将主体功能初划结果与济南市建设用地适宜性评价、自然保护区、重要生态功能区进行叠置分析,修正功能区初划结果,商河县由重点开发区调整为限制开发区。生态足迹法和地理信息系统空间分析功能耦合的技术方法在市域主体功能区划中取得较好应用。     

基于地形校正的植被净初级生产力遥感模拟及分析

植被净初级生产力（NPP）模拟研究对碳平衡监测及深入理解碳循环具有重要意义。高空间分辨率、短重访周期的遥感数据和地形校正成为精准模拟山区植被NPP研究的必然选择。在利用DEM数据对太阳总辐射和气温进行地形校正的基础上,估算了研究区植被吸收光合有效辐射因子、温度胁迫因子、水分胁迫因子和典型植被类型的最大光能利用率,构建了改进的CASABTC估算模型,利用HJ-1CCD数据模拟了2009年大别山区植被的NPP,并探讨了其时空变化特征。结果表明：1）由该文模拟值与MOD17A3的精度验证结果分析,基于地形校正的CASABTC模型和HJ-1数据适合精确模拟山区植被的NPP;研究区NPP在冬季比在春、秋、夏季受地形起伏的影响大。2）该文模拟的年NPP平均值为413.7 g/(m2·a)比MOD17A3平均值偏小4.9%,在空间分布上前者更加详细,地表特征更明显。3）研究区2009年NPP模拟值范围为0～1143.6 g/(m2·a),研究区总面积66.1％的NPP值在200～600 g/(m2·a)之间;年总NPP为9.891×106t,约占全国年总NPP的3.2‰,整体上呈现高、低值区交错分布的不规则特点。4）月NPP值随季节而变化,所有植被类型的NPP季节变化曲线都呈典型的单峰分布,且不同植被类型NPP的季节变化幅度有差别。月NPP值的季节变化与气温、太阳总辐射及NDVI的季节变化基本吻合,而降水量年内分配不均与NPP无相关性特点。5）各植被类型的月NPP和总NPP随海拔高度上升而逐渐变大,对于后者当海拔高度上升至1100 m时达到最大值,继续上升,其保持在600 g/m2左右不变。该研究可为后续基于HJ-1数据的山区植被NPP模拟提供参考。     

稻草及其制备的生物质炭对土壤团聚体有机碳的影响

向土壤中添加生物质炭已被认为是改善土壤质量,增加碳吸存的有效措施。通过模拟实验,利用同位素δ13C标记技术,研究稻草及其制备的生物质炭添加对土壤团聚体有机碳的影响。结果表明：稻草和生物质炭对土壤团聚体中新形成碳和原有机碳的影响截然不同。培养112 d,来自稻草或生物质炭的新碳主要进入到中团聚体（50 ~ 250 μm）中,比例为70.3% ~ 75.3%。与对照土壤相比,稻草添加显著促进了大团聚体（250 ~ 2 000 μm）原有机碳的分解（p <0.05）,但对中团聚体和微团聚体（<50 μm）原有机碳的影响并不明显,而生物质炭添加（SB250和SB350）则对大团聚体和中团聚体原有机碳没有显著影响,但SB250处理（土壤中加入250℃热解制备的生物质炭）显著抑制了微团聚体原有机碳的分解（p <0.05）,而SB350处理（土壤中加入350℃热解制备的生物质炭）的则无影响。对于同一粒级团聚体,稻草与生物质炭处理的区别,主要体现在新碳分配上,而对原有机碳的影响并不显著。     

秸秆促腐还田对土壤养分及活性有机碳的影响

通过2年的小麦-玉米轮作田间定位试验,设置5个处理：不施肥（CK）、单施化肥（F）、化肥 秸秆（FS）、化肥 秸秆 腐秆剂（FSD）、磷钾肥减施20%（按P2O5和K2O计,与F比较） 秸秆 腐秆剂（F4/5SD）,通过分析作物收获后土壤耕层养分、活性有机碳和微生物生物量碳含量,计算土壤不同形态碳素有效率和碳库管理指数等,探讨秸秆促腐还田对沿淮砂姜黑土土壤养分和活性有机碳的影响。结果表明：1）与单施化肥处理相比,常规秸秆还田处理土壤碱解氮、有效磷和速效钾含量分别增加了13.0%、4.6%和10.7%,土壤活性有机碳有效率增加12.0%和11.1%,土壤碳库管理指数提高了30.6%;2）秸秆促腐还田处理土壤碱解氮、有效磷和速效钾含量分别增加了17.4%、40.5%和12.4%,土壤活性有机碳、活性有机碳有效率和可溶性有机碳分别增加了12.0%、9.5%和51.3%,土壤碳库管理指数提高了102.3%;3）土壤碳库管理指数与土壤养分含量、土壤碳素有效率等的相关性较土壤总有机碳含量有显著提高。可见,秸秆促腐还田较常规秸秆还田更利于提高沿淮砂姜黑土土壤养分含量、有机碳中活性组分含量及其有效率和土壤碳库管理指数;即使减施磷、钾肥20%,该措施的增肥和培土效果也不会明显下降。