区域尺度分布式水文模拟的时空分辨率

基于数据实验,就区域尺度分布式水文模拟中时空分辨率匹配问题进行讨论,就分布式水文建模中时空分辨率匹配问题提出建议。结果表明:低分辨率高程数据在区域水文要素空间离散过程中,导致边界错位、高程趋于集中、坡度变缓、河网稀疏失真等不良后果,在区域水文模拟研究中,应根据不同时间尺度对应的科学计算需求,选择适宜的空间分辨率数据进行模型平台构建。     

内蒙孪井灌区地下水补给及水资源优化配置研究

系统分析了内蒙孪井灌区的水文地质条件和包气带水文地质特征,对地下潜水深埋区降雨(灌溉)入渗补给的滞后性进行了分析,估算出了孪井灌区降雨(灌溉)入渗补给的滞后时间;建立水资源优化配置模型,利用GAMS软件优化种植结构,减小整个灌区的灌溉入渗量;最后利用VisualMODFLOW软件预报了现状灌溉和优化灌溉条件下的地下水水位。研究表明:深厚包气带对降雨(灌溉)入渗补给具有明显的滞后分配作用,孪井灌区岩性下的入渗补给滞后时间约为240-360d;实行水资源优化配置后,由于灌溉入渗量减小,水位上升幅度明显减小,减缓了土壤盐渍化的发展进度,但是仍然存在土壤次生盐渍化问题,必须改变现行灌水方式或者采取适宜工程措施加以防治。     

干旱区不同地下水埋深膜下滴灌灌溉制度模拟研究

通过在新疆巴州灌溉试验站进行的膜下滴灌棉花灌溉制度试验,得出了适合当地的常规滴灌制度。为进一步研究浅层地下水对灌溉的补偿效应,利用Hydrus软件对不同地下水埋深下膜下滴灌棉花生育期耗水量进行了模拟。通过引入关键点土壤含水率的概念,提出了膜下滴灌棉花受水分胁迫的标准。结果表明：地下水对棉花的耗水具有一定的补偿作用,地下水埋深越浅,则所需的灌溉定额越小。当地下水埋深小于1.5 m时,滴灌定额为3 300 m³·hm^-2;当地下水埋深为2.0 m时,滴灌定额为4 500 m³·hm^-2;当地下水埋深很大而对作物根区没有补给时,棉花完全依赖于灌溉所需的滴灌定额则为5 550 m³·hm^-2。考虑到干旱区内具有较高的潜在蒸发势,会导致土壤的次生盐渍化,从而危及作物的生长,1.5～3.0 m的地下水埋深是灌区内较理想的水位区间。     

玉米秸秆切割过程的非线性数值模拟与仿真试验

应用Solidworks软件建立玉米秸秆—切割刀片参数化模型,借助LS-DYNA971非线性有限元软件模拟切割刀片切割玉米秸秆的过程。玉米秸秆切割的有限元数值模拟能降低试验成本和缩短试验时间,可视化数值模拟过程可为玉米秸秆收获机械的设计提供理论参考。利用参数化模型特点,通过改变玉米秸秆直径大小、秸秆含水率、切割方式和刀片刀端线速度进行正交仿真试验。结果表明：对切割力来说,含水率对其影响最显著,其它影响依次为：秸秆直径、切割方式、刀片刀端线速度;对切割功耗来说,含水率影响最显著,其次分别为：秸秆直径、刀片刀端线速度、切割方式。经正交综合平衡法分析可知：当刀片刀端线速度为28 m·s^-1,采取滑切方式,玉米秸秆含水率、直径分别为45%、26 mm时为最优。玉米秸秆—切割刀片动力学可视化数值模拟仿真模型的构建和分析, 对玉米秸秆收获机械设计具有重要的参考价值。     

犁体耕作阻力模型仿真分析与试验研究

为进一步提高犁体耕作性能,分析影响犁体耕作阻力的因素,基于摩尔-库仑土壤剪切理论,建立了包含犁体结构参数、土壤物理特性和犁体工作参数的耕作阻力模型,耕作阻力表达式包含了犁铲尖和犁铧切削土壤阻力、土壤在犁壁上产生的摩擦力和翻垡过程土壤动量变化产生的阻力、犁壁翻垡使土壤势能增加产生的阻力、作用在犁铧和犁壁上的横向力产生的摩擦力、土壤横向运动对犁壁产生的阻力。基于新疆玉米地土壤物理特性,建立了两种高速犁体A和B的耕作阻力方程,在不同耕宽（0.35、0.42 m）、耕深（0.255、0.305 m）和耕速(2.22、2.5、2.78 m·s^-1)作业条件下对耕作阻力进行了理论、仿真和试验研究,分析了犁体耕作阻力的影响因素,结果表明,仿真值与计算值的平均误差为3.37%,试验值与计算值的平均误差为7.18%,试验值与仿真值的平均误差为3.71%。犁体耕作阻力与铧刃角呈非线性增长关系;与耕深呈三次函数增长关系;与耕速呈二次函数增长关系;犁体耕作过程的功率消耗与耕速呈三次函数的增长关系。提出设置合理的安全系数（s_f）,使拖拉机配套功率P_s     

未来气候变化情景下我国主要粮食作物产量变化模拟

采用气候模式BCC-T63与作物模式WOFOST相结合的研究方法,在多年试验数据和模型适宜性验证的基础上,模拟分析了未来100 a(2000～2100年)气候变化情景下我国主要粮食作物发育和产量变化趋势.主要的粮食作物选取东北区域的玉米、华北区域的冬小麦和南方区域的双季稻.东北区域为东经120°～135°,北纬40°～50°,主要以黑龙江、吉林和辽宁三省区为研究对象;华北区域为东经111°～123°,北纬35°～41°,主要包括京、晋、冀和鲁等地;南方区域为东经109°～120°,北纬25°～30°,主要包括湖南、湖北以及江西等地.结果表明:东北地区玉米生育期会缩短,其中,中熟玉米平均缩短3.8 d,晚熟玉米平均缩短1.4 d,产量也会相应地下降,中热玉米平均减产3.3%,晚熟玉米平均减产2.7%;华北地区冬小麦的生育期平均缩短8.4 d;产量平均减产10.1%;南方早稻生育期平均缩短4.9 d,晚稻生育期平均缩短4.4 d,早稻的产量变化范围为1.9%～-9.5%,平均减产3.6%,晚稻的产量变化范围为2.2%～-7.3%,平均减产2.8%.     

玉米全膜双垄沟气动直插式穴播机设计与仿真

玉米全膜双垄沟播农艺技术抗旱、增产,实现其机械化膜上播种将是必然趋势。依据玉米全膜双垄沟农艺技术要求,设计了气动直插式穴播机,对作业机关键作业参数进行了设计计算,并结合STEP控制函数对其播种运动轨迹进行仿真分析。为揭示气动播种单体成穴器与种床土壤互作机理,借助ABAQUS有限元法构建了成穴器与种床土壤互作三维模型,分别获得了对应的Mises应力云图、空间位移云图和塑性应变云图。仿真结果分析表明:在相同的气动直插播种作用力下,锥形成穴器与种床土壤互作应力最大值约为1.541 MPa,是楔形成穴器与种床土壤最大值的1.39倍;在相同的载荷与分析步时间内,锥形成穴器对种床土壤作业下的最大塑性变形量约为19.35mm,楔形成穴器对种床土壤的最大塑性变形量约为12.35 mm。因此,锥形成穴器较楔形成穴器形成播种穴孔的能力及动土量效果更好。研究结果将为西北旱区玉米全膜双垄沟机械化播种装置的研发提供参考。     

天山地形对新疆大风和降温天气作用的数值模拟研究

2009年5月24日夜间～26日夜间,新疆地区自西向东出现了明显的降水、大风、降温天气过程。为研究此次天气过程中天山地形的作用,文中用WRFV3.1模式对其进行了数值模拟,并通过改变天山山脉的地形高度设计了一组敏感性试验,分析了天山地形对此次强天气过程中大风和降温的影响。结果表明,天山山脉地形对准格尔盆地西北部直至天山山脉北侧的气流有明显的阻挡与减缓作用,对三十里风区、百里风区、汗腾格里峰北坡强风带的形成有直接而重要的作用;地形高度越高,产生垂直运动的地形抬升机制越强,地形强迫抬升作用产生的垂直上升运动越剧烈;天山山脉明显地减轻了寒潮天气过程中南疆塔里木盆地的降温幅度,对准格尔盆地北部的寒潮降温幅度也有一定的减缓作用,对塔里木盆地的"保温"作用较准格尔盆地明显。     

甘肃省近30年平均降水空间模拟方法的研究

生态环境治理以及全球变化研究的需要强化了部分自然地理要素空间模拟研究的重要性。区域多年平均降水量是影响农业生产的主要气象因子,是合理规划种植制度的重要指标。降水资源的研究是有限的降水资源合理利用和配置的依据。本研究利用ArcMap地理信息系统,对国际主要的4种插值算法(距离权重法、趋势面法、样条函数法、普通Kriging法)进行分析,建立甘肃降水空间数据库,计算并比较分析了甘肃近30年平均降水量的时空变化。对各方法进行比较研究,然后根据插值精度选择其中精度最高的一种进行甘肃近30年的降水模拟。研究结果表明:在平均降水量模拟的4种算法中,普通Kriging的计算精度最高。利用最优的插值方法的栅格降水空间数据库,建立的多年平均降水资源信息系统,可快速计算研究区内任一地域单元中降水的总量及其空间变化,对降水资源模拟、工程规划、发展战略及决策管理,均具有重要的意义。     

叶顶间隙对多相混输泵内流动特性的影响

为了揭示叶顶间隙对多相混输泵内流动特性的影响规律,在进口含气率为10%时,利用ANSYS CFX软件对不同叶顶间隙下泵内气液两相流态进行模拟,同时分析和总结了叶顶间隙对流道内流动特性的影响.研究表明,当叶顶间隙增加时,叶轮叶片进口附近低压区占比明显减少,并且叶轮进出口的压差也在逐渐减小.另外,在靠近叶片顶端时,压力等值线存在偏折现象.随着叶顶间隙逐渐增加,偏折加剧.存在叶顶间隙时,叶轮轮毂附近气相聚集得到了明显的改善,并且随着叶顶间隙的增加,气相在叶顶间隙内靠近叶顶处的聚集现象更加明显,导叶轮毂气相聚集位置沿着流动方向向下游移动.研究结果可为多相混输泵水力优化、性能改善和结构设计等提供依据.同时,研究结果进一步揭示了多相混输泵叶顶间隙流对混输泵性能的影响规律.