基于智能体和元胞自动机的鱼道内鱼类行为模拟

为建立基于智能体和元胞自动机(Agent-CA)的鱼道内鱼类行为模型,该研究以计算流体力学软件得到的水流流场数据为基础,根据过鱼试验研究认识到的鱼上溯行为特征和规律,定义了不同场景下鱼的避开障碍、寻找主流、逆流向前、逆流后退、冲刺、随机6种行为和行为规则,将鱼道划分成多个二维元胞空间,将元胞空间中元胞状态为"鱼"的网格看作是一个智能体(Agent)。在3种体型的竖缝式鱼道中应用该模型对草鱼幼鱼的上溯行为进行模拟,并将模拟结果与实际过鱼轨迹进行对比。结果表明:该研究构建的模型能够较好地描述实际过鱼的主要上溯轨迹,针对3种体型竖缝式鱼道的模拟特征轨迹范围相对误差分别为23.5%、7.7%和2.3%。本研究提出的基于智能体和元胞自动机的鱼道内鱼类行为模型具有较好的适用性,可为鱼类行为模拟研究提供重要基础数据。     

悬帷段作用下暗管排水流量计算公式探讨

暗管排水在降低地下水位过程中普遍存在悬帷段,悬帷段的存在对于暗管排水理论计算提出了挑战。该研究考虑悬帷段对排水流量的影响,提出了悬帷段作用下的暗管排水流量计算公式,基于HYDRUS模型得到不同暗管间距、暗管埋深、不透水层深度以及土壤质地条件下的排水流量模拟值及理论计算公式中的作用水头参数,对比分析了不同土壤质地以及悬挂水头影响下排水流量理论公式的适用性。结果表明提出的考虑悬帷段的暗管排水流量公式计算值与模拟值具有很好的吻合性,提出的6种组合公式计算值与模拟值相关系数均大于0.99,平均绝对误差均小于11%,其中Hooghoudt-Ploeg-B.И.阿拉文公式以及Hooghoudt-Ploeg-Kirkham公式误差更小,此2个理论公式也通过了已有文献的验证,而不考虑悬帷段条件时采用Hooghoudt公式计算得到的理论值则普遍小于模拟值,误差可能超过50%;从不同土壤质地来看,提出的考虑悬帷段的暗管排水流量计算公式在粉土和壤土的适用性最高,其次是砂土;此外,该研究初步证实了悬挂水头和单长暗管排水流量与渗透系数比值之间成线性相关关系。该研究成果对丰富和发展农田排水理论及技术有重要意义。     

降雨量和水土保持对皇甫川输沙量变化的贡献率分析

为探究黄河支流输沙量减少与流域内降雨量变化及水土保持措施的定量关系。以黄河中游皇甫川流域为研究区域,基于1960—2015年准格尔气象站日降水量、皇甫水文站年径流量和年输沙量数据,分析对皇甫川流域年径流量与年输沙量有影响的降雨量参数。通过双累积曲线法和突变点检验法确定输沙量变化的3个典型时期：Per1(1960—1986年)、Per2(1987—1999年)和Per3(2000—2015年);计算了降雨量变化、植被恢复和工程措施对该流域不同时期输沙量变化的贡献率。结果表明：(1)1960—2015年皇甫川流域降雨强度超过25 mm/d的降雨减少,径流量和输沙量呈显著减少趋势(M—K检验Z<0,p<0.01);(2)因水土保持引起流域下垫面条件的改变,当Per3与Per1时期中有相似降雨量的年份,Per3时期这些年份的输沙量比Per1时期显著减少,减小范围为50.2%～98.6%;(3)1987—1999年植被恢复和工程措施的减沙贡献率分别为73.0%和38.4%,2000—2015年降雨量变化、植被恢复和工程措施的减沙贡献率分别为11.5%,69.8%和18.7%。研究结果...     

自然降雨对干化土壤水分恢复有效性分析

研究自然降雨对干化土壤水分恢复的有效性,有利于合理利用降水资源,加强干化土壤水分管理,促进土壤干层得到有效恢复。在陕北米脂试验站设置野外地下大型土柱,通过2014—2019年连续定位监测降雨、土壤含水率状况,分析自然降雨对干化土壤水分恢复的有效性。结果表明:(1)从深层干化土壤水分恢复角度考虑,黄土丘陵半干旱区降雨可以分为3种类型:表层入渗快速蒸发型、浅层入渗缓慢蒸发型和深层入渗补给型。其中深层入渗补给型降雨为有效降雨,该类型雨量>26 mm,能够对深层干化土壤产生有效水分补给。2014—2019年发生深层入渗补给型降雨仅16次,累积雨量791.8 mm,降雨次数、降雨量的有效率分别为4.64%和35.19%。(2)月尺度条件下,降雨量(P月)与逐月入渗深度(Z逐月)、月累积入渗深度(Z累积)均呈二次函数关系变化,Z逐月=-0.0102P月2+3.955P月-6.7335(R^2=0.9639),Z累积=-0.0003P月2-0.1331P月+191.71(R^2=0.9208)。(3)年尺度条件下,2014—2019年雨量分别为187.6,391.6,590.8,337.6,342.4,400.0 mm,降雨逐年引发的入渗深度依次为160,220,400,260,260,120 cm,累积入渗深度依次可达180,220,400,700,1000,1400 cm。研究结果对揭示自然降水恢复干化土壤机理,加强土壤干层人工蓄水保墒技术,合理选择保墒措施,以及促进当地生态环境建设具有积极的推动作用。     

不同植被缓冲带对坡耕地地表径流中氮磷的拦截效果

植被缓冲带是一种控制非点源污染的新型生态工程措施,采用坡地小区试验方法,在构建等高植物篱的坡耕地低处进行了不同植被缓冲带对径流污染物的拦截试验,其处理分别为：（a）普通施肥结合紫穗槐和三叶草;（b）平衡施肥结合紫穗槐和三叶草;（c）普通施肥结合三叶草;（d）平衡施肥结合紫穗槐。结果表明,夏玉米生长期,植被缓冲带对径流量及侵蚀量的拦截作用显著,a、b、c和d处理缓冲带相对于植物篱处理,其径流量分别减少98.0%、97.5%、97.2%和97.5%,侵蚀量分别减少98.8%、98.7%、97.9%和98.0%;植被缓冲带对N、P的拦截效果不同,a、b、c和d处理缓冲带相对于植物篱处理,对NH4＋-N的平均拦截率分别为48.2%、86.2%、90.6%和95.1%,对TP的平均拦截率分别为49.2%、42.4%、41.3%和36.4%。试验结果对山区坡耕地面源污染的控制,重点水源地的水质保护提供了借鉴。     

畦灌撒施与液施硫酸铵地表水流和土壤中氮素时空分布特征

分析不同灌溉施肥方式下氮素时空分布特征可为改进畦灌施肥技术与方法提供科学依据。该研究基于冬小麦返青灌溉开展的不同入畦流量下撒施和液施硫酸铵时获得的畦灌试验观测结果,分析2种不同施肥方式下地表水流和土壤中氮素时空分布规律,讨论不同施肥方式下影响灌后土壤氮素空间分布均匀性的要素。结果表明,施肥方式对地表水流和土壤中氮素分布影响显著,入畦流量对其影响不显著。液施下地表水流中氮素时空分布差异不显著,撒施下具有明显时空变异性;液施能明显改善灌后土壤氮素空间分布均匀性,灌后1 d 1m土层内氮素空间变异系数为0.07,明显小于撒施。土壤氮素增量分布均匀性在液施下主要与灌水量分布有关,撒施下则与地表水流中氮素分布和灌水量分布有关。液施在提高施肥均匀性和减小灌溉期间肥的损失方面优于撒施,且更易于水肥联合管理。     

横垄耕作的面源污染截留效应研究

为了解横垄耕作的面源污染截留效应,选取吉林省长春市莫家沟小流域横垄耕作坡耕地为研究区,应用210Pbex核素示踪技术得到研究区土壤侵蚀模数为2 268 t/(km2.a),吸附态氮、磷流失负荷分别为4 889、2 022 kg/a;运用RU-SLE2.0模型,模拟在同等立地条件下顺坡耕作土壤侵蚀模数约为6 200 t/(km2.a)。对比结果表明:横垄耕作较顺坡耕作可减少约63%的土壤流失量及随土壤流失的吸附态氮磷负荷。     

黄土丘陵沟壑区地表过程响应单元划分及其地形特征提取

地表过程解析与调控是保障人与自然和谐相处的重要途径,高效、合理地划分地表过程响应单元则是开展地表过程研究的重要前提.针对黄土丘陵沟壑区土壤侵蚀的地形地貌分异特征,提出在小流域内以沟谷线、山脊线、分水线和沟缘线相互交叠,构成具有相对均一坡向、坡度与坡位的地表过程响应单元,在ArcGIS9.2中,以Hc-DEM为基础数据,通过确定沟谷线、山脊线、分水线和沟缘线的提取方法,以及响应单元平均坡度、整体坡向、面积与周长等地形特征的测算技术,实现地表过程响应单元的快速划分及其地形特征的高效提取.研究结果对促进黄土丘陵沟壑区以土壤侵蚀为代表的地表过程研究具有重要的基础意义.     

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.     

生产建设项目用地土壤风蚀量监测方法与预报模型分析

准确掌握生产建设项目用地土壤风蚀量是合理编制水土流失治理方案的必要前提和有效防控人为水土流失的重要基础;但目前对监测方法和预报模型的研究比较薄弱,一些研究中监测方法的适用性和模型参数的准确性还有待商榷。文章系统总结土壤风蚀的观测方法和预报模型,根据这些方法和模型的各自特点,分析它们在生产建设项目中的适用性。认为测扦法、调查法、扫描法、风蚀盘法、集沙仪法、核素示踪法以及Pasak模型和风蚀流失量公式都可以根据不同项目的实际情况和地区特征应用到生产实践中。在此基础上,讨论相关研究的发展方向。本文结果可为生产建设项目土壤风蚀量测算模型的构建提供参考。