不同订正方法下CFSR再分析数据在天山西部山区径流模拟中的应用

以天山西部山区喀什河流域为典型研究区,基于1990-2000年的水文气象站点实测资料、2005年喀什河流域遥测降水数据及各时间段对应的CFSR(Climate Forecast System Reanalysis)再分析数据,通过实测站与其最近CFSR站多年月平均降水的比值,CFSR站点处2005年的年降水量与同期遥测年降水量的比值,以及基于实测站点降水数据和各CFSR站点与实测站点最近的CFSR站点的空间关系3种方法对CFSR降水数据进行订正。借助VIC模型,分析不同订正方法下研究区径流的模拟效果。降水时间序列分析结果表明,CFSR降水数据能够较好地在时间和空间上反应喀什河流域内月降水的变化情况。径流模拟结果表明,(1)CFSR降水数据的不同订正方法对径流结果影响较为明显;(2)基于实测站点降水数据以及各CFSR站点与实测站点最近的CFSR站点的空间关系订正的所有CFSR降水,在径流模拟中表现最好,模型率定期和验证期的模型效率系数均在0.80以上,多年径流相对误差在15.0%以内。该订正方法不仅考虑了降水在时间维度上的变化,还考虑其在地理空间维度的变化,较其它两种方法在径流模拟中具有更好的应用前景。     

实际地形下地表太阳总辐射的简化算法及应用

为快速准确估算实际地形下地表太阳总辐射,针对辐射观测资料不足现状,通过考虑天文、大气和地理地形等因子对地表太阳总辐射的影响,构建了融合起伏地形天文辐射模型、地表太阳总辐射气候学公式和日照百分率优化插值方案的太阳总辐射简化算法。并以安徽省为例,对简化算法实施参数化和应用,采用2个辐射站观测资料统计回归得到气候学公式参数,参数化后的公式计算相对误差为7.65%。利用80个站点的日照百分率数据分析了不同插值方法适用性,逐点交叉检验结果表明,薄盘样条法对安徽省日照百分率具有更好的插值效果。基于简化算法计算得到实际地形下安徽省地表太阳总辐射平均为4500MJ·m~(-2)·a~(-1),总体呈北部高、南部低,山区南坡高、北坡低的分布特征,部分开阔南坡的太阳辐射超过同纬度水平地面。季节特征上地形对太阳辐射的影响随月份而异,在冬半年影响幅度更为明显,夏半年地形影响相对较弱,并多以削减为主。安徽省太阳能资源以3级为主,大别山和皖南山区的北坡多为4级,而在皖北低山丘陵的南坡存在零星的2级资源区。近年来由于日照百分率的下降,导致全省地表太阳总辐射普遍减少。     

潮土小麦和玉米Olsen-P农学阈值及其差异分析

【目的】磷农学阈值是指导不同作物磷肥用量并获取最佳经济产量的重要依据,然而,不同地区不同的耕作制度、土壤类型、作物种类、pH、温湿度条件下,作物的磷农学阈值不同。明确小麦–玉米轮作体系下,典型潮土区小麦和玉米的磷农学阈值,并分析其差异。【方法】本研究基于“国家潮土土壤肥力与肥料效益长期监测站”25年的定位试验,选取氮、钾肥施用充足和磷肥用量不同的NK (不施磷肥)、NPK (施用氮磷钾化肥)、NPKM (氮磷钾化肥和有机肥配施)、1.5NPKM (高量氮磷钾化肥配施有机肥)、NPKS (氮磷钾化肥与玉米秸秆还田配施) 5个处理的试验数据,使用米切里西指数模型 (Mitscherlich exponential model) 拟合小麦和玉米的Olsen-P农学阈值,并通过对比不同土壤磷水平下两种作物的磷吸收利用特性,分析其阈值不同的原因。【结果】获得最大相对产量的95%时,潮土区小麦Olsen-P农学阈值为13.1 mg/kg,玉米Olsen-P农学阈值为7.5 mg/kg。玉米Olsen-P农学阈值低于小麦主要原因:1) 土壤磷水平较低时,小麦对磷缺乏更为敏感,而玉米可保持相对较强的吸磷能力,25年不施磷处理玉米吸磷量是小麦的1.4倍;2) 土壤Olsen-P含量达到玉米阈值,而未能达到小麦阈值时,可保障玉米籽粒、茎秆及小麦籽粒正常生长对磷的需求,但小麦茎秆磷浓度仅能达到相对最大磷浓度的68.9%,严重影响了小麦的正常生长和获取较高产量的能力;土壤Olsen-P含量提高到小麦阈值后,小麦茎秆磷浓度提高到相对最大磷浓度的80.5%以上,进而可保障小麦获得较高的产量;3) 土壤磷素养分充足时,小麦对磷的吸收量大于玉米,且主要是由于小麦茎秆磷浓度和吸磷量随土壤Olsen-P含量的增加而大幅度增加。【结论】小麦和玉米作为典型潮土区两种重要的粮食作物,Olsen-P农学阈值分别为13.1和7.5 mg/kg。由于两种作物的生理特性不同,小麦对磷素的吸收利用率较低,茎秆需要较高的土壤磷浓度维持正常生长,产量形成对磷养分需求更大。因此,小麦–玉米轮作体系下,小麦的磷农学阈值更高,小麦季所需土壤磷供应量大于玉米季。为增强磷肥利用效率,减少磷肥投入量和土壤中磷素的过量累积,玉米季磷肥使用量应适当小于小麦季。当土壤Olsen-P水平高于作物磷农学阈值后,减少或短时间停止施用磷肥并不会对作物产量有明显影响。     

基于改进4-方程摩擦模型的输水管道水锤压力计算

摩擦耦合是流体与管壁之间相对运动产生粘性摩擦力而形成的边界接触耦合。在流体高频运动的范围内,摩擦耦合的特性变得相对更加复杂,将直接影响管道系统的水锤演化。为了研究在实际管道中水锤的变化情况,本文基于Zielke模型对流固耦合作用(fluid-structure interaction,FSI)4-方程模型(four-equation model,4EM)建立的4-方程摩擦模型(four-equation friction model,4EFM)结合广义不可逆热力学理论(extended irreversible thermodynamics,EIT)进行改进,建立改进4-方程摩擦模型。通过MATLAB软件利用波速调整(wave-speed adjustment,WSA)插值方法的特征线法(method of characteristics,MOC),对新疆生产建设兵团第十三师自压输水管道中的关阀水锤压力进行数值计算,结果表明改进4-方程摩擦模型的计算结果相比4-方程摩擦模型以及其他计算模型与实测值具有更好的一致性,WSA相比其他线性插值方法可以减小插值误差。该改进模型可以应用在计算机中进行长距离重力流输水过程的水锤压力计算。     

半解析法求解水柱分离与断流弥合水锤问题及机理分析

为了应对长距离输水工程的水锤防护问题,分析了空气阀作用于波状管线有压输水系统发生水力过渡时的瞬态响应过程,提出了空穴增长和溃灭时间、管线最大含气率、最大压力峰值等参数的半解析公式,并由此探讨和研究影响空气阀水锤防护效果的关键因素。半解析解表明,位于空气阀下游的管段相对长度和管线高点的相对高程对系统的断流弥合水锤起了主导作用。将半解析解与特征线法数值解进行了对比,发现两者随主变量的变化趋势一致;分析了半解析解与数值解产生偏差的原因与半解析公式推导过程中几个假设的关系。结果证明,该文提出的半解析公式能够反映空气阀作为水锤防护装置时,主导断流弥合水锤压力峰值的关键因素。该研究可为水锤防护的相关研究提供参考。     

不同降水年型黄土高原半干旱撂荒草地水分收支特征

以黄土高原六道沟流域半干旱撂荒草地为研究对象,根据2014—2017年连续观测得到的降水量(P)、蒸散量(ET)、土壤贮水量(S)和植被组成等数据,研究了不同降水年型下撂荒草地的水分收支特征。结果显示:(1)观测前期平水年下0—50cm土层土壤贮水量呈现缓慢下降趋势,以第三年的一场暴雨(109.60mm/d)为分界,后期土壤贮水量总体增加,但波动幅度大增,受蒸散量增加的影响,土壤水分消耗明显;(2)年总蒸散量呈逐年升高的趋势,在平水年下,地表蒸散年际变化主要受气候条件影响,丰水年下,地上生物量的作用明显;(3)水分收支呈现季节性,2—6月为撂荒草地的缺水期,7月—次年1月为丰水期,四年观测结果显示草地处于总体水分亏缺状态(总亏缺165.60mm),存在对深层土壤水(50cm以下)的大量消耗。研究结果表明:撂荒草地水分的持续损失是导致撂荒草地发生演替的重要原因,演替过程中植物深层土壤水的大量消耗可能会导致形成的次生草地土壤水分条件更差,需要加强人为干预措施,防止草地再次退化。     

近60年无为县降水变化趋势研究

为了揭示无为县降水的变化趋势和规律,服务于水资源管理、生态建设等方面,采用线性倾向性估计、MannKendall突变检测、小波分析等方法,对无为县1957—2016年降水资料进行了分析。结果表明:无为县年、夏季和冬季的降水量呈上升趋势,春季和秋季的降水量呈下降趋势;年降水日数呈下降趋势,四季降水日数与其降水量保持相同的变化趋势;年和四季的平均降水强度均呈上升趋势;年平均降水强度的上升主导了年降水量的上升趋势,春季和秋季的降水日数的下降主导了春、秋两季降水量的下降趋势,夏季和冬季的降水日数和平均降水强度的上升共同主导了夏、冬两季降水量的上升趋势;年降水量没有发生突变,春季、夏季、秋季和冬季的降水量分别在1993年、1979年、1985年、1987年发生突变;年和四季降水量存在丰枯交替的多周期变化规律,目前均处于偏多阶段并将持续较长时间;年、春季、夏季和秋季的降水量与相应时段的平均气温存在一定的负相关关系,而冬季的降水量与其平均气温则存在一定的正相关关系。     

若尔盖湿地潜在蒸散时空动态特征及影响因子

潜在蒸散(ET0)对水资源评价和气候变化均具有重要意义。利用若尔盖湿地及其周边19个气象站1960—2015年逐日气象资料,根据辐射修正的Penman-Monteith模型计算了湿地潜在蒸散量,采用累积距平、Mann-Kendall检验、Pettitt检验、Theil-Sen趋势度、Hurst指数等方法分析了蒸散变化规律,并对蒸散影响因子进行了主成分分析。结果表明:(1)若尔盖湿地年ET0均值为625.3mm,并以4.89mm/10a的速率显著上升(p<0.01),四季ET0表现为夏季>春季>秋季>冬季。年、秋、冬ET0分别在1968年(p<0.01),1997年(p<0.01),2003年(p<0.1)突变上升,春、夏两季未出现突变。(2)湿地年均ET0呈南部、东部边缘高、西北—东南一线较低的空间分布特征,且变化速率由东北向西南递减,其中西部班玛以北及南部马尔康、黑水之间地区ET0呈缓慢下降趋势。(3)湿地年ET0的Hurst指数在0.56～0.91间,主要呈四周高、中部低的空间分布规律。未来湿地ET0变化趋势以持续性增加为主,面积比例为96.88%。(4)气温上升是引起湿地ET0增加的最主要原因,其次是日照时数的增加和相对湿度的降低。净辐射、风速和降水量的减少引起的ET0减少被气温等其他因素作用所抵消。     

农户休耕意愿与不同模式的补偿标准——以太行山北麓平原、黑龙港地区为例

农户是耕地利用主体,研究其视角下的休耕意愿和不同模式的受偿标准,对政策推行有实际意义。以太行山北麓平原、黑龙港地区为例,调研走访农户分别得到81份和148份有效问卷,通过统计分析、机会成本法和受偿意愿法等,研究了农户休耕意愿和不同模式的补偿标准。结果表明:（1）超过50%受访农户休耕意愿依补偿而定,两区域调整种植结构模式的接受度均高于减少灌溉次数模式。考虑到粮食安全,黑龙港地区调整为种植春玉米,水资源补给性较好的太行山北麓平原实行减少灌溉次数方式;（2）不同模式下两区域农户受偿意愿值均高于机会成本值。建议种植春玉米时补偿标准为7 500元/hm²,减灌时太行山北麓平原、黑龙港地区补偿标准分别为灌溉1次下2 504.7元/hm²,2 126.4元/hm²,灌溉2次下1 252.35元/hm²,1 063.2元/hm²。本研究从农户视角对休耕政策进行了反馈,提出不同模式下的补偿标准,为休耕政策的具体制定和实施提供借鉴。     

基于GIS的华宁县滑坡灾害影响因子分析及易发性评价

为了明析区域滑坡灾害影响因子及其易发性,为滑坡地质灾害的防治提供借鉴。以云南省华宁县为研究对象,利用GIS空间分析技术,对华宁县滑坡空间分布及诱发因子进行了分析研究,依据区域地质灾害详细调查资料,建立GIS灾害数据库的同时选取海拔、坡度、坡向、距水系、道路、断层距离、岩性7个诱发因子,利用统计指数对滑坡在每个因子各类别中的占比进行了权重分析,最终确定滑坡灾害易发性分区并阐述其空间分布特征。结果表明:（1）在滑坡灾害分布特征上,具有空间集中分布特征,灾害点密度以中部地区最大,受灾影响人数最大的主要分布在海拔较低的宁州街道和通红甸乡。（2）从诱发因子上看,滑坡灾害大多分布在海拔1 600~2 300 m（占76.06%）,坡度10°~30°（占71.83%）,坡向为E,NE,NW,N等方向上（占71.82%）,距离河流、断层和道路越近,发生滑坡的可能性越大。（3）在滑坡灾害易发性上,高易发区主要分布在宁州街道、青龙镇、华溪镇;中易发区主要分布在青龙镇东北部、宁州街道西南部、通红甸彝族苗族乡中部和盘溪东部;低易发区主要分布在通红甸彝族苗族乡、盘溪镇。华宁县滑坡灾害呈现出东少西多,南少北多的特征,未来华宁县应重点关注中部和西部区域的滑坡灾害预防。