Fish‐Net: Probabilistic models for fishway planning,design and monitoring to support environmentally sustainable hydropower

The construction of fishways for upstream and downstream connectivity is the preferred mitigation measure for hydropower dams and other riverine barriers. Yet empirical evidence for effective design criteria for many species is missing. We therefore assembled a group of international fishway designers and combined their knowledge with available empirical data using a formal expert elicitation protocol and Bayesian networks. The expert elicitation method we use minimizes biases typically associated with such approaches. Demonstrating our application with a case‐study on the temperate Southern Hemisphere, we use the resulting probabilistic models to predict the following, given alternative design parameters: (i) the effectiveness of technical fishways for upstream movement of migratory fish; (ii) habitat quality in nature‐like bypasses for resident fish; and (iii) rates of mortality during downstream passage of all fish through turbines and spillways. The Fish Passage Network (Fish‐Net) predicts that fishways for native species could be near 0% or near 100% efficient depending on their design, suggesting great scope for adequate mitigation. Sensitivity analyses revealed the most important parameters as follows: (i) design of attraction and entrance features of technical fishways for upstream migration; (ii) habitat preferences of resident fish in nature‐like bypasses; and (iii) susceptibility of fish to barotrauma and blade strike during turbine passage. Numerical modelling predicted that mortality rates of small‐bodied fish (50–100 mm TL) due to blade strike may be higher for Kaplan than Francis turbines. Our findings can be used to support environmentally sustainable decisions in the planning, design and monitoring stages of hydropower development.     

气力式水稻芽种精量旱直播机的设计与试验

为满足水稻大田精量旱直播的农艺要求,设计一种气力式水稻芽种精量旱直播机,可一次完成平地、开肥沟、正下方深施底肥、开厢沟、开种沟、播种、覆土、镇压等工序。采用气力式水稻芽种精量穴直播排种器可同时吸附2~4粒芽种,不伤芽种;利用微型水平摆式开沟犁开厢沟,采用前后双螺旋叶片实现直播田块的平整,采用双圆盘开沟器与外槽轮式排肥器实现芽种正下方深施肥。为解决直播机纵向尺寸过大,拖拉机前进时左右、前后倾斜对播种深度产生的影响,设计了仿形单体式排种装置。田间性能试验表明,该气力式水稻芽种精量旱直播机的播种穴粒数合格率为86.7%,芽种破损率为0.8%,主要性能指标均达到了国家相关标准的规定。     

基于高光谱的橡胶单叶叶绿素含量研究

采用高光谱分析和线性回归技术分析了3个橡胶树品种单叶片的室内光谱反射数据和叶绿素含量,确定了橡胶单叶高光谱特征参数(三边面积、反射率和一阶微分值)与3个品种综合的不同物候期和物候期综合下的叶绿素含量的敏感波段。结果表明:三边面积均与叶绿素含量的相关达到1%的极显著检验水平;基于反射率和一阶微分值的变量与叶绿素主要呈负相关,敏感波段主要在蓝边范围;利用一阶微分值构建的线性回归模型对叶绿素含量估算较好。     

棉花秸秆无筛粉碎机的设计与试验

针对棉花秸秆因木质化程度较高、韧性强,还掺有棉絮,在有筛粉碎机粉碎过程中排料困难、筛片易堵塞等问题,设计了一种棉花秸秆无筛粉碎机,通过调整出料口面积来实现粉碎室内气体流量的改变,获得不同粉碎粒度的棉花秸秆成品;对粒度分级装置、粉碎刀辊等主要部件的结构进行了确定;阐述了粉碎过程中棉花秸秆的受力过程,确定了L改进型锤片的关键参数,对机具的L改进型锤片和抛送叶片进行了结构和排列设计。Fluent仿真分析结果表明：L改进型锤片相比直刀型锤片更有利于提高棉花秸秆在粉碎室内的流动性并在粉碎室内部形成更大的负压。以L改进型锤片数量、粉碎刀辊转速、出料口面积为试验因素,以棉花秸秆粉碎粒径合格率为试验指标,进行三因素三水平正交试验,确定影响棉花秸秆粉碎粒径合格率显著性的因素由大到小分别为：粉碎刀辊转速、出料口面积和L改进型锤片数量。确定较优参数组合为L改进型锤片数量140把,粉碎刀辊转速2 660 r·min^-1,出料口面积136 500 mm²。采用较优参数组合进行样机田间试验,测得棉花秸秆粉碎粒径合格率为93.7%,能够满足棉花秸秆粉碎机实际生产需要。     

西葫芦株型性状主基因-多基因混合遗传分析

选用蔓生和矮生的西葫芦自交系配制q-1×23-4G(组合1)和q-1×A-7(组合2)2个组合,构建P1、F1、P2、B1、B2和F26个家系世代群体,应用植物数量性状主基因-多基因混合遗传模型对6个世代群体株型性状进行多世代联合分析。结果表明:2个组合的西葫芦株高与叶片数性状遗传均为加性-显性-上位性两对主基因(B-1)遗传模型;2个组合的株高以基因的加性效应为主,而叶片数以加性和显性效应为主;F2的主基因遗传率较高,环境影响相对较小,表明西葫芦株型育种宜早代选择;对西葫芦株型性状的遗传改良,可选择株型紧凑的亲本材料,通过杂交、回交转移主基因,选育株型紧凑的材料。     

油菜茎秆切割力影响因素试验

为了减少油菜联合收割机割台切割力,降低油菜切割损失,该文针对切割油菜茎秆切割力的主要影响因素切割方式、茎秆切割位置、切割刀片形式和切割速度在自制切割试验台上进行了单因素和多因素切割力测试试验。单因素试验结果表明：锯齿形刀的切割力比光刀的切割力要小;切割方式以滑切最省力;切割速度和切割位置对切割力影响最大,表现为切割速度越大,茎秆位置离地面高度越高,其切割力越小。多因素试验表明：在油菜茎秆离地高度400 mm处,采用锯齿形刀片滑切时切割力最小。研究结果为设计工作效益高、性能可靠的切割机构提供了理论依据。     

基于EEMD的含噪叶尖定时脉冲信号提取方法

为了解决噪声干扰条件下叶尖定时脉冲信号难以准确提取的问题,提出了一种基于集合经验模态分解(Ensemble Empirical Mode Decomposition, EEMD)的含噪叶尖定时脉冲信号提取方法。采用EEMD对非平稳、非线性的原始含噪信号进行自适应分解,构建多尺度低通滤波器进行降噪,再对降噪后的脉冲信号进行方波整形处理,并提出融合相似度和相关度的最优降噪整形评价指标,用于含噪信号处理效果的评价。基于含噪叶尖定时脉冲信号特点建立数学模型,验证方法的可靠性和适用性。对比降噪整形处理后含噪叶尖定时脉冲信号与原始无噪信号,其相关度、相似度及综合评价指标分别超过97%、89%及92%,结果表明:该方法能够准确提取噪声干扰下叶尖定时脉冲信号,有利于叶尖定时技术的发展与推广应用。     

基于多键相的变转速下旋转叶片振动监测方法

为了解决传统的叶尖定时技术在变转速条件下难以有效监测到叶片振动信息的问题,提出了一种基于多参考键相的变转速下叶片振动监测方法,即在转轴上均匀布置多个键相参考点,实现转速的精确估计,同时在参考键相间按照所囊括叶片数量插入虚拟参考点,以虚拟参考点为标记实现变转速下叶片振动的测量,该方法同样适用于恒转速下叶片振动的测量。基于所提方法推导了变转速状态下叶片振动测量的表达方程,并通过数值建模和实验仿真验证了该方法的可行性和适用性,分析结果表明:基于多键相的变转速下旋转叶片振动监测方法与传统方法相比,平均相对测量误差从200%以上降至7%以下,突破了叶尖定时技术在变转速下难以测量的技术瓶颈。     

红树属植物叶片的解剖学研究

研究了红树科(Rhizophoraceae)红树属(Rhizophora)植物的红海榄(Rhizophora stylosa)和红树(R.apicu-lata Blume)的叶片解剖结构,分析了二者叶片在结构上的差异以及其功能,并研究了不同地理环境因素对其自身的生长和发育的影响。结果表明:两种植物叶片的结构与一般的被子植物叶片的结构有较大的差异,表皮结构都是复表层,角质层均比一般植物叶片的角质层厚,叶片中单宁的含量高;主脉维管束形状,分泌腔数量,表皮下薄壁细胞之间也存在差异。     

面向风力机叶片的平板超声微振动除冰

为了利用超声波产生的微振动研究叶片除冰,采用仿真和试验的手段对平板超声除冰进行研究.基于ANSYS仿真分析了铝板结冰体1阶振型固有频率随冰层厚度的变化规律.谐响应分析了在不同冰层厚度条件下冰层黏着面最大剪应力随激励频率的变化情况,分析了激励电压对冰层黏着面剪应力和除冰面积的影响规律.在此基础上,设计并搭建了超声振动除冰试验系统,测量了在超声振动作用下的冰层黏着力.仿真结果表明,当冰层黏着面剪应力呈均匀且正负交替分布规律时,除冰面积比最大,适用于超声波振动除冰.试验结果表明,超声振动可以显著减小冰层黏着力,最小黏着力仅为无超声振动条件下的23.7%.研究可为超声微振动技术在风力机除冰领域的应用提供理论与试验基础.