Simulating soil erodibility in southeastern China using a sequential Gaussian algorithm

Soil erodibility(K) is a key factor of soil erosion, and its appropriate quantification and interpolation are vitally important for soil and water conservation.The traditional point-represent-polygon approaches and common kriging method for the estimation of K, however, do not sufficiently represent the original data. The objectives of this study were to simulate the spatial distribution of K using a sequential Gaussian algorithm and analyze the uncertainty in evaluating the risk of soil erodibility in southeastern China. We determined 101 sampling points in the area and collected disturbed soil samples from the 0–20 cm layer at each point. Soil properties were determined, and K was calculated using five common models: the EPIC(Erosion/Productivity Impact Calculator),approximate nomograph, Torri, Shirazi, and Wang models. Among the chosen models, the EPIC model performed the best at estimating K(KEPIC), which ranged from 0.019 to 0.060 t ha h(ha MJ mm)~(-1), with a mean of 0.043 t ha h(ha MJ mm)~(-1). The KEPICwas moderately spatially variable and had a limited spatial structure, increasing from south to north in our study area, and all spatial simulations using the cooperative kriging(CK) interpolation and the sequential Gaussian simulation(SGS) with 10, 25, 50, 100, 200, and 500 realizations had acceptable accuracies. The CK interpolation narrowed the range,and the SGS maintained the original characteristics of the calculated data. The proportions of the risk area were 38.0% and 10.1%, when the risk probability for K was 60% and 80%, respectively, and high risk areas were mostly located in the north. The results provide scientific guidance for managing the risk of soil erodibility in southeastern China.     

普通城门洞形隧洞正常水深的直接计算方法

普通城门洞形过水断面是泄洪隧洞和灌溉引水隧洞较常采用的断面形式之一,其水力计算中的正常水深求解无显函数形式的表达公式。传统的试算法或查图法不仅计算过程繁琐,而且计算精度不高。该文通过对城门洞形断面均匀流方程进行数学变换,并对引入的无量纲参数与相对正常水深的关系进行分析及计算,应用逐步优化拟合原理进行拟合,得到了普通城门洞形断面均匀流水深的直接计算表达式。实例计算及误差分析表明：在工程实用范围内（正常水深与拱顶半径之比在0.20到1.55之间）,直接计算公式最大相对误差不超过0.24%。且该式具有物理概念清晰明确、公式形式简捷等优点,可为工程设计及水工设计手册的编制提供有益的参考。     

基于GAM的长江口鱼类资源时空分布及影响因素

根据2006至2017年长江口及其邻近海域鱼类资源调查,运用广义加性模型研究长江口鱼类资源密度与环境因子之间的关系,并对2017年鱼类资源密度的时空分布进行预测。结果显示,春夏秋冬四个季节最佳GAM偏差解释率分别为69.6%、55.9%、51.4%和47.4%,交叉验证回归线斜率的平均效应为0.62～0.88。盐度、水温和溶解氧是影响长江口鱼类资源密度的主要环境影响因子且在不同季节对鱼类资源密度有不同的影响机制。总体上,在春、夏、秋季,盐度与鱼类资源密度之间存在正向相关性;在夏、秋、冬季,水温对鱼类资源密度有显著影响,在秋季与鱼类资源密度之间存在正向相关性;在春、秋、冬季,溶解氧对鱼类资源密度有显著影响,在冬季与鱼类资源密度之间存在正向线性相关。研究表明,2017年夏季鱼类资源密度较高;在长江口南支的自然延伸水域存在鱼类资源密度的相对低值,在崇明岛向海自然延伸方向水域存在鱼类资源密度的相对高值。后续研究将对长江口鱼类资源进行不同生态类型区分,以期更加准确地掌握影响各生态类型鱼类时空分布的环境因素及其时空分布信息。     

运用生物能量学模型预测草鱼生长、饲料需求和污染排放

为预测不同生长阶段草鱼生长性能、饲料需求量和污染排放量,提高草鱼投喂管理水平,本研究运用特定增长率(SGR)、日增长率(DGC)、日均增重(ADG)和热积温系数(TGC)等生长模型计算草鱼在不同生长阶段的生长速率,并通过计算定期采样中实际观测值和预测值最小残差平方和法选出最优生长模型。饲料需求模型通过估算鱼类消化能需求量决定,根据能量收支原理,通过计算鱼体储积能(RE)、基础代谢能(He E)、摄食热增能(Hi E)以及尿液和鳃的代谢能(UE+ZE),来估算草鱼的消化能,再根据所用饲料的消化能含量来确定草鱼对饲料的需求量。草鱼污染物排放主要采用营养物质平衡法计算。在模型验证时,以粗蛋白分别为33%、28%、23%的饲料投喂不同生长阶段的草鱼,将草鱼体质量和饲料系数(FCR)的模型预测值与实际观测值进行比较。结果显示,与其他生长模型(SGR、ADG、DGC)相比,调整后的TGC模型能更精确预测草鱼的生长情况;草鱼体质量和FCR预测值与观测值之间显著相关;每生产1 t鱼(体质量为0.5~2 500 g),其消化能需求量约为1.55×107 k J,消耗1 t饲料或生产1 t鱼所排放的总固态污染物分别为440和623 kg。研究表明,该复合性营养模型可以有效地估计实际养殖中草鱼生长、饲料需求量和污染物排放量,有望为草鱼差异化上市、节省饲料成本、减少饲料浪费以及养殖场的污染评价提供有效的预判工具。     

两种模型拟合药材甲幼虫生长发育与环境温度的关系

为了比较两种常见数学模型拟合昆虫发育与环境温度之间的关系,以储藏期中药材甘遂为寄主食料,在人工气候实验室,研究了药材甲(Stegobium paniceum L.)幼虫的生长发育,计算分析昆虫发育速率与温度之间的数学关系。通过Logistic模型及"王-兰-丁"模型对温度与药材甲各龄期幼虫发育之间的数学关系进行拟合,分析温度对药材甲幼虫生长发育影响。结果表明,研究共优化拟合温度与药材甲幼虫发育关系的Logitsic方程5个,温度与药材甲幼虫发育关系的"王-兰-丁"方程5个。从两类数学模型拟合结果来看,"王-兰-丁"模型拟合对研究较宽温度幅度的昆虫发育与温度之间的关系拟合效果优于Logistic模型。     

北京市观光农业园发展类型的探讨

为探讨观光农业园的类型划分,通过对以往观光农业园分类方式的归纳、比较、总结,结合北京市观光农业园的全面调查和详细分析,对其发展类型进行了探讨。在前期研究的基础上,结合实地调研获得的北京市观光农业园基础数据,提出了观光农业园"二六五"类型划分方法——以形成原因及存在状态为基础的2种分类模式,综合发展阶段、占地规模、经营主体、地域模式、功能定位和产业结构6种分类方法,将都市农业园区分为5种典型类型,并结合案例分析不同类型的特点。结果表明:在观光农业园的形成原因和存在状态2种分类模式基础下,其形成原因可以分析园区的经营主体、地域模式和功能定位,其存在状态可以分析发展阶段、占地规模和产业结构,综合这6种分类方法对观光农业园进行类型划分,将北京市观光农业园划分为观光采摘园、农业科技园、市民农园、综合性休闲观光农园和农业公园5种典型类型。该研究可为观光农业园开发建设提供参考,为农业部门对不同类型园区进行分类管理提供决策依据。     

迷宫流道滴头内流场和颗粒运动的不同湍流模型数值模拟

为更好研究迷宫流道滴头的内流场水力性能和颗粒运动特性,该文采用k-ε模型和Eulerian-Lagrangian两相流模型进行了一系列数值研究。首先,通过3种湍流模型(标准k-ε、RNG k-ε与Realizable k-ε)预测迷宫流道滴头水力特性并与喻黎明等(2009)的试验结果对比分析,标准k-ε模型更适合于模拟迷宫流道滴头的内流场,与PIV试验数据相比,水力性能曲线平均模拟误差仅为2.32%。然后,基于Lagrangian的颗粒离散相模型,数值研究了齿形迷宫流道内不同密度和直径的单个颗粒运动轨迹及运动特性,并与喻黎明等(2009)的相关试验数据比较,结果表明,考虑了重力、浮力、虚拟质量力和曳力的随机轨道模型能够更加准确地模拟颗粒在迷宫流道内的运动,与PIV试验数据相比,颗粒运动速度后平均模拟误差仅为2.34%。颗粒直径变化较密度变化对颗粒运动影响大,随着颗粒直径或密度增大,颗粒运动速度减小,颗粒速度变化幅值大小依次为:速度极小值、平均速度、速度极大值,随着颗粒粒径增大,流经漩涡区时颗粒速度减小较大,颗粒的运动跟随性变差,颗粒在惯性力的作用下沉积在流道拐角内侧的漩涡区,由此可能造成迷宫流道堵塞。同时,以上对比分析表明,相关两相流模型和数值方法可很好预测滴头内部固液两相流动,可为滴头抗堵塞设计提供参考。     

基于Logistic-GTWR模型的武汉城市圈城镇用地扩展驱动力分析

该文以武汉城市圈为例,利用1995年、2000年、2005年、2010年、2015年5期土地利用数据、社会经济因子、邻域因子和自然因子,构建耦合空间异质性和时间非平稳性的Logistic-GTWR(逻辑斯蒂-时空地理加权回归)模型,挖掘武汉城市圈城镇用地扩展驱动力及其时空分异格局。结果表明:1)耦合空间异质性和时间非平稳性的Logistic-GTWR模型比全局Logistic回归模型和Logistic-GWR(逻辑斯蒂-地理加权回归)模型具有更好的拟合效果,验证了Logistic-GTWR模型在城镇用地扩展驱动力分析研究中的适用性。2)武汉城市圈城镇用地扩展的不同影响因子系数时空分异格局各不相同,人口因子高值分布区围绕武汉市先收缩后扩散并逐渐稳定,最终形成绕武汉城市圈中部沿线周边环状分布格局;地均GDP因子高值分布区先向西部转移,后逐渐趋于均衡,最终形成绕武汉、麻城和崇阳县周边集聚分布的空间格局。武汉市极化作用占据主导地位,且影响范围不断扩大。3)人口和经济是20年间武汉城市圈城镇扩展的核心驱动因子,且影响力呈逐年上升趋势;国道、高速和省道影响力整体呈略微升高态势。4)武汉城市圈中部及东部城市多为人口、经济核心驱动型城市,高程影响在武汉市发展中逐渐凸显;西部城市主要受高程限制,并以交通及经济驱动为主,东西差异显著;但西部城市1995年以来人口和经济的作用强度逐步增加。人口因子作用强度在咸宁和黄冈呈逐渐上升趋势,经济因子作用强度在武汉、孝感、仙桃、天门、潜江和黄冈逐年上升。     

喀斯特峰丛坡地灌木林地与梯田旱地土壤水分入渗特征

为明确喀斯特峰丛坡地土壤的入渗特性,该文测定了灌木林地和梯田旱地不同土层的入渗过程,同时分析了影响入渗的因素,并用不同入渗模型对其过程进行拟合。结果表明:(1)梯田旱地的入渗性能低于灌木林地,其平均入渗系数约是灌木林地的78.6%,尤其在土层30~60 cm的平均初渗率、稳渗率仅为灌木林地的4.3%和4.4%,存在明显的入渗隔层,其原因是梯田旱地本身的土壤黏粒含量充足,加上人为翻耕促使较细颗粒向下移动后堆积。(2)灌木林地土壤中的砂粒含量和有机质含量较高,孔隙度较大,不同土层间的性质差异较小,而梯田旱地0~30 cm与30~60 cm土层的土壤性质差异明显,表现为下层土壤容重大、土壤孔隙度小。两者入渗性能均与土壤容重、孔隙度的相关性极显著(P0.01)。(3)Horton模型对灌木林地和梯田旱地的拟合效果较好(R20.9),且对梯田旱地表层和深层的拟合度比对灌木林地的拟合度更好。Kostiakov模型和Philip模型的拟合效果较差。该文为喀斯特土壤水分管理及土壤入渗模拟提供了理论依据。