基于混相模型的明渠高含沙流动底部边界条件适用性比较

由于高浓度悬浮泥沙会显著改变明渠底部的流动特征,明渠高含沙流动的数值模拟需要考虑泥沙对底部边界条件的影响。该研究基于水沙混相模型研究了不同底部边界条件对明渠高含沙流动数值模拟的影响,引入5种底部边界条件,包括给定流速的第一类边界条件、给定流速梯度的第二类边界条件、标准壁函数以及两种分别改进紊动能和紊动能耗散率的第二类边界条件,并研究了各底部边界条件对流速、紊动能、涡粘系数和泥沙浓度的计算结果的影响。结果表明,在多种含沙条件下采用第一类边界条件、标准壁函数和改进紊动能的第二类边界条件的计算结果能保持较高的准确性,流速和泥沙浓度的平均相对误差分别小于5%和10%;第二类边界条件和改进紊动能耗散率的第二类边界条件仅适用于低含沙条件,在高含沙条件下会造成较大的计算误差;第一类边界条件和改进紊动能的第二类边界条件需要根据试验数据校正模型系数,由于工程流动较为复杂,通常难以提供全面的试验数据用于系数校正,因此它们在工程计算中应用范围有限;标准壁函数无须校正系数并自动调整底部边界的流速和紊动能,能够适应多种含沙条件,适用于引黄灌溉工程中渠道输水、泵站淤积等问题的数值研究。     

三峡库区马尾松林穿透雨和树干茎流空间变异特征

【目的】探讨马尾松林下穿透雨和树干茎流空间分布特征及其影响因素,为准确量化马尾松林下降水分配过程以及水源涵养功能评价提供科学依据。【方法】2017年5—9月,在1个马尾松林下布设16个截面面积为3 000 cm~2的雨量收集器来观测穿透雨,选择27株马尾松标准木研究树干茎流的空间变异特征,应用Pearson相关分析研究冠层结构参数与穿透雨、树干茎流之间的关系,并用Monte Carlo抽样方法确定在一定误差范围内估测穿透雨所需雨量收集器的数量。【结果】研究期间林外总降雨量1 008. 4 mm,林下总穿透雨量和树干茎流量分别为829. 8和14. 4 mm,各占总降雨量的82. 3%和1. 4%;树干茎流量和茎流率均随降雨量的增加而增加,但茎流量变异系数随着降雨量增加而减小,且茎流量变异系数达到60%后趋于稳定,树干茎流量与树木的冠幅面积和胸径呈显著正相关(P0. 01);穿透雨率随降雨量增加而增加,穿透雨率达到87%后趋于稳定,用"S"曲线函数可较好地拟合穿透雨率与降雨量的关系(P0. 01);在测定样地中,穿透雨量存在较大的空间异质性,其变异系数随降雨量增加先显著降低而后稳定,两者用倒数函数拟合效果较好(P0. 01);冠层结构是影响穿透雨量空间变异的主要影响因子,但其作用因降雨量的大小而不同;叶面积指数、冠层厚度、测点距树干的距离以及冠层覆盖度均能影响穿透雨的空间分布,其中以叶面积指数对穿透雨量的影响最大;不同雨量级在相同置信区间达到相同的误差水平,所用穿透雨收集器数量不同,随着雨量级增大,用较少雨量收集器就可以达到相同的误差水平,当雨量级在0～10mm时,所用穿透雨收集器数量最多,即95%置信区间下,5%误差范围内,所需最少的穿透雨收集器数量为13个;雨量级在大于40 mm时,达到相同误差水平所用集水槽数量最少,即95%置信区间下,测的穿透雨值在5%误差范围内,所需最少的穿透雨收集器数量为6个。【结论】马尾松林下穿透雨量和树干茎流量空间变异特征同时受降雨特征和冠层结构特征的影响,且穿透雨量和树干茎流量的空间异质性均随着降雨量增大而减小,而后趋于稳定,但树干茎流量的空间变异系数稳定值大于穿透雨,冠层结构决定了林内穿透雨量空间分布的总格局,其中以叶面积指数与穿透雨率相关性最强,而胸径对树干茎流量的影响最为显著;本研究在参考降雨量级0～10 mm时,在95%或90%的置信区间下,若将穿透雨数值控制在5%误差范围内,在50 m×50 m样地内至少需布设13或11个3 000 cm~2收集器。     

小管出流灌溉技术的发展与应用

小管出流灌溉技术是一种现代节水灌溉技术。介绍小管出流灌溉技术的节水、抗堵塞能力强、节能、灌水均匀、适应性强等技术特点,综述其应用现状、研究进展和发展趋势。经分析表明,小管出流灌溉技术简单易行,运行费用低,实现节水的同时也提高了农业科技含量,其应用越来越广泛,并逐渐走向成熟。     

渠道系统神经网络控制运行研究

渠系运行中存在非线性、大滞后及时变性的特点。利用神经网络处理复杂非行线性、不确知系统的能力,设计基于PID神经网络的水位反馈控制器,它既具有常规PID控制器结构简单、可靠性高的优点,又具有神经网络自学习、自适应的能力,实现了控制器参数整定不依赖于渠道系统数学模型,且能依据渠系动态信息适时调整。结合渠道水力学特性建立渠道自动化运行数学模型,并进行了计算机数值仿真。结果表明,采用PID神经网络控制器的渠道运行系统,实现了控制参数自适应调整,且动、静态性能较常规PID控制有明显改善。     

层状土壤指流实验研究

为了解层状土条件下指流平均推进速度与上层土壤性状的关系,分别以西北地区三种典型土壤（西峰土、榆林土、新疆沙土）为上层土、粗沙为下层土,在室内进行充分供水条件下层状土壤指流实验。实验结果表明,上层土的饱和导水率决定了下层沙土中指流的平均推进速度,且上层土的饱和导水率与指流平均速度呈线性关系。该结论对指流特征预测具有重要参考意义。     

热平衡茎流计在荒漠灌木植物耗水研究中的应用

首先对茎流热平衡技术测定植株茎流的基本原理进行了介绍。在此基础上,探讨了4种干旱沙区常见造林灌木的日耗水变化规律。并通过对同时观测的气象因子的分析,揭示植物耗水与太阳辐射、气温和大气湿度等因子的相关关系,建立了在西北干旱沙区,预测这4种植物蒸腾耗水的方程。     

风和风沙流对植物的影响研究综述

风是一种重要的生态因子,直接影响着风沙地区植物资源的可持续利用与发展,研究风和风沙流胁迫对植物生长的影响十分必要。文中总结该领域的研究现状及特点,综述风速、吹袭时间、吹袭频率、吹袭间隔对植物表型结构、解剖结构、光合特性、生理特性等方面的作用机理,在此基础上分析目前研究存在的问题,提出今后有关风和风沙流对植物影响的研究应将不同环境中的不同植物从表型结构、解剖结构、分子及生理层面上进行跨学科综合研究。此外,风和风沙流不仅会对植物个体产生影响,对干旱、半干旱地区植被的生态功能也会产生影响,明确风沙胁迫在植物种群、群落、生态系统和景观格局等尺度上对植被的影响,可为探索生态脆弱区风沙对植被稳定性的影响提供理论参考。     

两相流水沙分离鳃流场的PIV测试及分析

利用粒子图像测速技术,测试了两种工况下垂向异重流式水沙分离鳃中水沙两相流的速度场,给出了分离鳃内泥沙运动的流速矢量分布图、流速云图及三维流场分布图.对测试结果的分析表明,分离鳃内部形成了泥沙沿鳃片上表面向下运动,清水沿鳃片下表面向上运动的垂向异重流现象,加速了泥沙的下沉.此分析结果与实际观察现象及理论分析一致,进一步探明了分离鳃的水沙分离机理.     

Penman-Monteith模型中主要参数推求及应用简化

通过数学分析得出修正后的Penman-Monteith模型中公式计算结果的准确性与消光系数k、叶面积指数LAI测量的准确性无关,k和LAI对于蒸腾速率的影响体现在林冠截留净辐射Rnl中;利用茎流计测量结果推算得出的冠层整体气孔阻力rst可以较好地模拟植物蒸腾,此时,rst的推算值中包含了Penman-Monteith模型所有其他参数值在测量或求解时产生的误差,同时它也是对其他参数误差的一个修正,对rst计算回归的准确性是影响模型计算结果准确性的最重要的因子。     

近似三对角Toeplitz方程组的并行化实现

近似三对角Toeplitz矩阵在时间序列分析、线性逼近、图论的特征值分析等多个领域经常出现。本文对近似三角Toeplitz矩阵求解算法的串、并行算法进行了分析,并在流处理器平台上实现了算法的并行化,实验结果说明并行算法在流处理器平台上获得较好的加速。