基于高光谱数据的水体叶绿素a指数反演模型的建立

水体叶绿素a含量是反映水体质量的重要指标之一,利用遥感技术监测其含量具有众多优势。该研究利用2012年7月在广西壮族自治区桂林市漓江流域实地采集的水体高光谱数据和实验室化验分析数据,借鉴陆表植被叶绿素a的遥感反演模型,发展了一种新的水体叶绿素a提取指数(water chlorophyll-a index,WCI)。通过与反射率敏感波段法、波段比值法和半分析方法对比分析发现,新提出的WCI指数使用650、685、696 nm波段,波段稳定,决定系数R2可达0.58,均方根误差最小为0.24,受水体悬浮物影响小,在天津海河区域的验证效果也表明了该模型可以有效地提取水体叶绿素a含量。该方法扩展了水体叶绿素a监测的建模思路,对水体叶绿素a监测建模有一定的指导作用。     

县域农业生态环境质量动态评价及预测

全面客观地评价和预测区域农业生态环境质量状况及发展趋势,对于维持农业可持续发展和生态平衡具有重要意义。基于2001-2010年临汾市尧都区农业生态环境质量相关数据,从农业自然环境状况、农业生产投入和农业生态环境响应3个方面构建农业生态环境评价指标体系,运用主成分分析法对评价指标进行了筛选,并采用灰色系统GM(1,1)模型对临汾市尧都区未来农业生态环境状况进行预测。研究结果表明:尧都区农业生态环境质量综合指数总体呈上升趋势,质量等级从2001年的"差"变为2015年的"优";尧都区农业生态环境质量状况空间差异明显,不同乡镇由于社会经济发展水平、农业发展方式、农业生态保护力度等因素不同,导致全区农业生态环境格局分布的差异性以及空间演化的异质性;农业生产投入子系统对农业生态环境质量的变化影响最大,表明了人类活动对农业生态环境质量变化的显著影响;针对农业生态环境质量不同影响因素的作用力度,尧都区应该开展植树造林活动以提高林地指数,根据区域水资源承载力状况合理加大水资源开发力度,改善农田排水系统,逐步加大生物农药施用量的比重。农业生态环境质量动态评价及预测研究能够有效地反映生态环境质量的演变趋势,为区域农业可持续发展和农业生态环境建设提供一定的决策参考。     

基于多源遥感数据的综合干旱监测模型构建

在全球气候变化越来越复杂的大背景下,准确监测华北粮食主产区的旱情对区域农业生产有重要的指导意义。以往的遥感干旱监测方法多侧重于监测土壤或植被等单一干旱响应因子,反映综合信息的能力较差,为此该研究使用中分辨率成像光谱仪(moderate-resolution imaging spectroradiometer,MODIS)、热带降水测量计划(tropical rainfall measuring mission,TRMM)卫星等多源遥感数据,在综合考虑干旱发生发展过程中的土壤水分胁迫、植被生长状态和气象降水盈亏等因素的基础上,利用空间数据挖掘技术,构建综合干旱监测模型,并以山东省为例进行了试验验证。结果表明,模型监测出山东省近年来所经历的重大干旱过程与实际旱情一致,模型输出的旱情指标-综合干旱指数(synthesized drought index,SDI)与小麦的标准化作物单产变量的相关系数均大于0.7(P0.05);在小麦和玉米的生长期,综合干旱指数与作物受灾面积的相关系数在-0.67～-0.85之间,与标准化降水指数(standardized precipitation index,SPI)的相关系数在0.44～0.67之间,且通过了P0.01的极显著检验(3月份除外)。研究结果为综合评估区域干旱提供了一种新的方法。     

隔板对汽车微穿孔管消声器声学特性的影响

为分析隔板对微穿孔管消声器声学特性的影响,该文首先通过试验验证微穿孔管消声器传递损失数值计算方法,然后建立带隔板微穿孔管消声器传递损失的理论模型并利用数值方法进行验证,最后基于理论模型分析了隔板对微穿孔管消声器传递损失的影响。分析发现,隔板位置影响主消声频带及传递损失大小,隔板越靠近中间位置,第一拱形衰减域向高频扩大,且传递损失越大;隔板数目增加,传递损失相应增大,但当隔板数目达到一定值时传递损失不再显著增大;在简单微穿孔管消声器内加隔板后,可以适当缩短膨胀腔长度,而不会明显降低该消声器消声性能,此方法可大大降低消声器的轴向长度,对微穿孔管消声器的优化设计具有指导意义。     

主动型配电网日前调度策略研究

相对于传统配电网,主动型配电网可以合理利用其双向调度功能,充分发挥分布式发电容量,在保护环境的同时还可以提高电力公司的效益。以电力公司效益最大为调度目标,针对主动型配电网调度问题,该文计及输电和高压配电网网损的影响,提出了一种配电网日前优化调度模型,通过该模型对微电网电源交互功率和分布式电源进行优化调度,同时确定最佳渗透率,不仅可以有效地削峰填谷,还可以根据最佳渗透率调整分布式电源的功率,使电力公司效益最大化。算例研究表明,电网中接在距离电源点较近的节点下的主动型配电网,通过该文提出的优化调度模型,得出渗透率为21.14%时,电力公司效益最高。该研究可为主动型配电网日前调度策略以及分布式电源最佳渗透率的制定提供参考。     

农作物空间格局变化模拟模型的MATLAB实现及应用

Agent模型是研究农业土地系统复杂性与动态性的有效工具。在农作物空间格局变化模拟模型(CroPaDy,an agent-based model for simulating crop pattern dynamics)概念化设计的基础上,借助MATLAB平台开放性、矩阵运算能力强等特点,实现CroPaDy模型的数值模拟,并以黑龙江省宾县调查数据为依据,完成模型的区域实证研究。基于MATLAB的模型实现过程充分考虑了CroPaDy模型的多层次性(土地流转行为与作物选择行为)成功实现了3个子模块的动态嵌套模拟:1)Agent生成模块。基于已有的多源GIS数据、统计数据、典型调查数据、以及个体的通用规则,利用蒙特卡洛方法生成每一个个体Agent的属性信息;2)Agent分类模块。基于调查数据对受访农户进行态度聚类分析,然后借助人工神经网络方法确定所有生成的Agent所在的类型;3)Agent决策模块。利用概率方法,计算特定周期内每个Agent的决策行为。区域实证研究中,直接将空间耕地网格作为个体Agent,实现区域全覆盖(网格大小设置为114 m×114 m,约等于户均耕地面积),模拟结果表明,研究区2010年玉米、大豆、水稻、烤烟的模拟结果分别为2 6055.9、5 192.2、3 506.8、3 983.9 hm2,利用宾县统计年鉴(2010)进行验证,模型总体模拟精度达90%以上。CroPaDy模型的设计与实现科学合理,具有较强的理论性与可操作性,能够用以表达特定区域内的农作物空间格局及其动态变化过程。     

U形渠道圆头量水柱测流影响因素试验及模拟

为研究U形渠道圆头量水柱的测流规律及影响因素,基于绕流理论和RNG k-ε湍流模型,对18种体型圆头量水柱5种工况下的水力性能进行全流场数值计算,获得了时均流场、断面流速分布及柱后水流流态,并与实测值进行对比。同时,通过模型试验与数值仿真研究了V形尾翼对测流的影响。结果表明:水力参数的实测值与模拟值具有较好的一致性,渠道底坡为1/1 000,流量为45.01 L/s,收缩比及长宽比分别为0.50和2时,驻点处横断面最大流速模拟值与实测值相对误差为1.51%,水深15 cm位置剖面最大流速模拟值与实测值相对误差为0.45%。适宜长宽比的V形尾翼可以有效改善过槽水流:当收缩比为0.50~0.75时,建议长宽比为3/2~2;当收缩比0.50时,长宽比应相应增大,但不宜5/2。通过回归分析得到的圆头量水柱流量计算公式,在收缩比为0.63时最大测流误差为4.95%,平均误差仅为0.10%,该研究为圆头量水柱在中国北方灌区末级渠系的进一步应用提供参考。     

基于水流模型的串联式水平潜流湿地除磷效果分析

为了探究串联式水平潜流湿地内部水流规律及其对水禽污水的处理效果,对三级串联式水平潜流湿地运行效果进行了连续监测,分析了单位面积总磷(total phosphorus,TP)去除率月变化,进水流量和水力停留时间(hydraulic retention time,HRT)对出水TP质量浓度的影响,并通过推流式反应器模型(plug-flow,PF)、扩散流模型(dispersed-flow,DF)和串联反应器模型(tanks-in-series,TIS)对水流形态进行了描述。结果表明:单位面积磷去除率随处理单元(P1,P2,P3)增加而降低(P1:(0.11±0.09)g/(m2·d)、P2:(0.08±0.03)g/(m2·d)、P3:(0.05±0.01)g/(m2·d));进水流量小于55 m3/d时,增加进水流量可提高P1单位面积去除率,但会降低P2和P3单位面积去除率,P2和P3在HRT85 d时对HRT具有较强敏感性,各处理单元最佳进水流量和HRT分别为P1:55 m3/d,166 d;P2:3.4 m3/d,151 d;P3:9.5 m3/d,176 d;P1在6月单位面积TP去除量大于释放量,P2和P3在7月-9月均存在TP净释放过程;P1(k:0.663~0.751 cm/d)理化环境较P2(k:0.641~0.722 cm/d)和P3(k:0.429~0.458 cm/d)更有利于除磷;TIS模型(R2:0.567~0.883,P0.05)对出水质量浓度的拟合大于DF(R2:0.510~0.723,P0.05)和PF模型(R2:0.465~0.626,P0.05),表明实际水流形态更接近混合流。该研究对于深化水平潜流湿地内部水流规律认识,全面了解不同运作下磷迁移转化机制提供参考。     

基于SWAT模型的衢江流域土地利用变化径流模拟研究

以衢江流域作为研究对象,收集流域植被、气候、土壤、水文和地图资料,基于ArcGIS 10.3平台建立了衢江流域SWAT(Soil and Water Assessment Tool)模型。结果表明:率定期和验证期模拟月径流与实测值的相关系数(R2)大于0.83,纳什系数(Ens)大于0.69,模型可以较好地模拟衢江流域径流过程。2000—2015年衢江流域土地利用类型均以林地和农地为主,二者约占流域总面积的98%,其他土地利用类型面积合计不足2%;研究时段内,建设用地面积大幅增加,其他土地利用类型变幅较小。2000年、2005年、2010年、2015年四期土地利用情景下月径流过程变化趋势基本一致,2015年径流量比2000年增加0.27%,水量平衡各分量在四期土地利用情景下差值为1.1～3.8mm。不同情景模拟分析发现,流域内草地面积较小,草地转化为林地对地表径流和水量平衡的影响较小,而农地全部转化为林地,地表径流比当前土地利用模式减少15.0%,同时深层水分渗漏增加5.7%。因此,2000—2015年土地利用方式的微小变化不会显著影响衢江流域径流和水量平衡,研究区林地面积持续增加,将进一步减少地表径流,增加深层水分渗漏,补给地下水。     

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。