基于Archimedean Copula函数的洪水多要素联合概率分布研究

应用Archimedean Copula函数,探讨洪水多要素的联合概率分布和条件概率分布。以大渡河流域丹巴站49年的洪水资料为基础,根据图形分析法和AIC信息准则选择拟合效果好的Copula函数计算洪峰、洪量、历时的联合概率分布和条件概率分布,并绘制相应的条件重现期图。结果表明,Gumbel Copula可以较好的拟合洪峰与洪量,而Frank Copula对于洪峰与历时、洪量与历时及洪峰、洪量和历时的三维联合分布效果最好。通过情景设置分别计算不同条件下洪水特征变量的二维和三维条件概率分布和相应的条件重现期。Copula函数全面考虑了洪水特征量之间的相依性,可用于洪峰、洪量和历时联合概率分布的计算。     

水资源开发利用总量控制研究方法评述

水资源开发利用总量控制研究的核心是选择合适的总量控制指标体系,科学计算指标体系中各指标的控制阈值,并制定出切实可行的实施方案.水资源开发利用总量控制的研究方法即指标体系及其指标值的确定方法.本研究在大量文献调研基础上,对当前水资源开发利用总量控制的代表性方法进行了归纳和比较分析,主要包括分析计算法、模拟优化法和总量分解法.最后对总量控制研究亟须解决的问题进行了探讨.     

垂直线源灌土壤湿润体尺寸预测模型研究

基于HYDRUS-2D模型建立了垂直线源灌土壤水分运动数学模型,设置81种情景,模拟获得不同土壤质地、初始含水率以及线源长度、线源直径和埋深条件下的湿润体变化过程。湿润体尺寸主要受土壤质地影响,土壤质地越粗,湿润锋运移越快,线源长度、线源直径和埋深对其影响较小。土壤湿润锋运移过程符合幂函数关系,幂函数指数在水平和垂直向上方向上变化较小,而在垂直向下方向上随饱和导水率(Ks)的增大而增大;幂函数系数随Ks的增大而增大。提出了包含Ks在内的垂直线源灌土壤湿润体尺寸预测模型,试验验证了所建模型的可靠性,MAE和RMSE接近0,PBIAS在-4%~9%之间,NSE不小于0.929,说明预测效果良好。所建模型仅需Ks即可推求,试验设计简单,初步实现了由土壤物理参数预测垂直线源灌土壤湿润锋运移距离的可能。     

华北小麦-玉米轮作净灌溉需水量变化趋势——以大兴区为例

【目的】开展不同时间序列华北小麦-玉米轮作净灌溉需水量变化趋势研究,为未来农业用水规划提供决策参考。【方法】采用Mann-Kendall非参数检验法分析了近60 a(1961―2017年)与近30 a(1988―2017年)小麦-玉米轮作的作物需水量、有效降水量、净灌溉需水量的变化趋势。【结果】不同时间序列小麦-玉米轮作的作物需水量、有效降水量及净灌溉需水量的变化趋势存在较大差异,1961―2017年小麦-玉米轮作作物需水量与有效降水量整体呈显著增加趋势,变化倾向率分别为5.3、7.8 mm/10 a;而净灌溉需水量呈不显著减少趋势,变化倾向率为-2.5 mm/10 a。1988―2017年小麦-玉米轮作作物需水量整体呈显著增加趋势,变化倾向率为11.0 mm/10 a;有效降水量整体呈显著减少趋势,变化倾向率为-7.3 mm/10 a;净灌溉需水量整体呈显著增加趋势,变化倾向率为18.3 mm/10 a。【结论】1961―2017年小麦-玉米轮作的净灌溉需水量减少,主要是平均风速与日照时间减少所致;而1988―2017年小麦-玉米轮作净灌溉需水量增加,主要是气温升高与相对湿度减少所致,且序列越短其变化趋势越显著。因而在进行灌溉用水规划时,合理选择序列长度尤为重要。     

基于鱼类上溯行为的导鱼堰设计与效果评估

河道内鱼类上溯路径不唯一,聚集位置更是难以预测,对鱼类上溯行为进行有效引导有助于提升过鱼设施进口的效率。为此,该研究提出了一种导鱼堰的概念和设计方法,结合姚家坪水电站的过鱼设施,利用流场三维数值模拟、鱼类洄游（active fish migration,AFM）模型和实鱼试验对导鱼堰的效果进行评估。结果表明：姚家平水利枢纽工程的导鱼堰上下游水面落差为0.36～0.40 m,过堰水流流速可达1.5～2.8 m/s,形成阻鱼的屏障,并在导鱼堰下游侧形成了诱导鱼类向集鱼渠进鱼口游动的唯一低流速上溯通道,鱼类聚集点趋于唯一,验证了导鱼堰方案的合理性。利用鱼类洄游模型对导鱼堰的导鱼效果进行预测,结果表明,下游高水位和低水位2种工况下,90%以上的鱼类游动路径均表现出相似的规律,鱼类沿河道右岸和导鱼堰下游侧的低流速通道上溯,并最终聚集在集鱼渠的进鱼口处。放鱼试验中试验个体全部进入集鱼渠,结果进一步证实导鱼堰可以有效引导鱼类游动路线,并在集鱼渠进鱼口处形成唯一的聚集区。本文提出的导鱼堰丰富了生态水工建筑物的形式,可为过鱼设施进口的水力设计及下游河道的局部整治提供参考。     

干旱区滴灌均匀系数对土壤水氮分布影响模拟

基于HYDRUS-2D软件建立了棉花膜下滴灌水氮运移模型,利用干旱区棉花膜下滴灌试验数据对模型进行了参数率定和验证。将灌水器流量沿毛管的变化离散为依次逐段减小,并假设土壤水分在各段之间不存在交换,利用验证后的数学模型研究了干旱区不同滴灌均匀系数时土壤水氮分布特征,评估了土壤空间变异对水氮分布均匀性的影响。模拟结果表明,随着灌水的进行,滴灌均匀系数Cu为0.60和0.80时,土壤含水率和NO-3-N质量浓度均匀系数均呈下降趋势,而Cu=0.95时变化较平稳;滴灌均匀系数越低,灌水后土壤含水率和NO-3-N质量浓度均匀系数降低的幅度越大;土壤NO-3-N质量浓度均匀系数的变化范围为0.35~1.00,低于土壤含水率均匀系数。田间试验存在的土壤空间变异在一定程度上增加了土壤水氮分布不均匀性。     

干旱区棉花水分胁迫指数对滴灌均匀系数和灌水量的响应

为了修订和完善滴灌均匀系数的设计与评价标准,在新疆干旱区研究了滴灌均匀系数和灌水量对作物水分胁迫指数（CWSI）的影响。供试作物为棉花,试验中滴灌均匀系数（C_u）设置0.65（C1）、0.78（C2）和0.94（C3）三个水平,灌水量设置充分灌水量的50%、75%和100%三个水平。结果表明：棉花冠层温度和CWSI表现出随灌水量增加而降低的趋势;冠层温度和CWSI均匀系数的变化范围分别为0.91～0.98和0.65～0.91,均随滴灌均匀系数增加而增大;灌水量对冠层温度和CWSI均值的影响达到极显著水平（α=0.01）,滴灌均匀系数对冠层温度和CWSI均匀系数的影响达到显著水平（α=0.05）或极显著水平。CWSI与皮棉产量呈显著或极显著的负相关关系;滴灌均匀系数越低,水分亏缺引起的减产幅度越小。     

艾丁湖流域绿洲变化与地下水开发利用关系分析

由于长期以来水资源开发活动日益增强,艾丁湖生态区入湖水量不断减少,湖面萎缩;区域土地沙化、沙漠化趋势未根本扭转;地下水位不断下降,生态、生活用水风险增大;陆生、水生物种消亡趋势加剧;干热风等灾害性天气呈不断增加趋势;沙尘、盐尘天气爆发风险不断累积增大,使得艾丁湖生态区生态压力不断增大,生态恶化趋势明显.基于高分辨率遥感影像、地理信息技术以及现场取样调查,分析了艾丁湖流域土地利用与植被覆盖度时空变化特征,探明了自然植被盖度退化情况.结果表明,天然植被的平均覆盖度在1976—1995年呈减小趋势,在1995—2010年呈增大趋势,在2010—2019年转为减小趋势;高盖度植被由南向北发生迁移;天然植被退化的主要原因是地下水埋深逐渐加大,且受不到山区的地表水补充,以及由于城乡工矿用地的扩张导致天然植被减少.     

涡度相关技术实测农田的通量贡献区范围分析

基于涡度相关系统实测的北京地区2013—2014年冬小麦通量数据,采用FSAM和KL模型,分析了不同大气条件、不同风向、不同生育期通量源区范围的分布情况。结果表明,(1)整个小麦生育季,大气层结稳定和不稳定条件下,270°~360°方向风频所占比例最大,分别为42%和37%,为主风方向。(2)不同生育期、不同大气层结的主风向源区存在一定差异,大气层结稳定时,上风方向通量源区范围在16.07~167.05 m之间变化;大气层结不稳定时,上风方向通量源区范围在13.73~153.66 m之间变化。且大气层结稳定时的源区面积均比不稳定层结的大,源区面积随生育期呈先减小后增大的趋势;(3)从解析FSAM模型和拉格朗日KL模型的对比分析看,FSAM和KL模型估算距离观测点的最远距离分别为215.8和291.8 m,不同生育期2种模型估算结果也有差异。     

淮河流域干旱的时空分布特征

淮河流域是我国农作物主要种植区,为了深入认识淮河流域干旱现状及其特征、探究干旱发生规律,减少干旱对农作物造成的不利影响.以淮河流域为研究区域,选取土壤相对湿度作为干旱评价指标,以2010-2019年MODIS数据为数据源,计算出表观热惯量指数(ATI)和植被供水指数(VSWI),根据地表植被覆盖度的不同,筛选出合适的A...