气候和土地利用变化对潮白河流域径流变化的定量影响

为量化气候和土地利用变化对流域径流的影响,该文以华北土石山区潮白河流域为研究对象,利用AWY(annual water yield)模型及分离评判法定量分析了1956-2010年气候和土地利用变化对流域年径流的影响。结果表明:研究时段内,潮白河流域年降水量和年径流量呈显著下降趋势;流域年径流量在1979年发生减少突变;气候变化是潮河、白河流域年径流减少的主要原因,贡献率分别为59.3%和93.5%;土地利用变化贡献率相对较小,分别为40.7%和6.5%;不同土地利用类型对流域年径流变化的影响差异较大:林地对径流变化贡献率平均达到67%,耕地和草地分别为18%和15%,水域、未利用地因所占面积比例小,与流域年径流变化相关性并不显著。研究结果可为流域内水土资源规划及管理提供参考。     

气候变化对黄河中上游地区潜在蒸散影响的估算

采用Penman—Monteith公式计算潜在蒸散,分析1961-2010年黄河中上游地区气候因子的变化趋势,并用偏微分方法定量分析各气候因子变化对潜在蒸散的影响。结果显示：1）近50年来黄河中上游地区气温显著升高（α〈0．01）,风速和日照时间显著减少（α〈0．01）。半干旱区面积不断扩大,气候总体呈暖干变化趋势。2）潜在蒸散对实际水汽压变化最敏感,其次为最高气温、风速和日照时间,对最低气温变化最不敏感。夏季潜在蒸散对日最高气温最敏感,其他季节对实际水汽压最敏感。3）风速对年潜在蒸散变化贡献最大,其次为气温和日照时间,实际水汽压贡献最小。春夏秋冬对潜在蒸散变化贡献最大的气候因子依次为风速、日照时间、气温。温度升高、湿度减少埘潜在蒸散的正影响已被风速、辐射下降的负影响所抵消。综合考虑各气候因子对潜在蒸散的作用有助于加深对气候变化影响机制的认识,并为气候变化适应对策研究提供科学依据。     

砚瓦川流域水沙演变特征及其驱动因素分析

为了探究降水变化和水土保持措施对黄土高原地区产流产沙的影响,选择我国水土流失最为严重的区域——甘肃省庆阳市的砚瓦川流域为研究区,对该流域1981—2012年的年降水量、年径流量和年输沙量进行趋势分析及突变检验,分析黄土高原沟壑区水土流失治理背景下流域水沙的演变规律,定量评价降水和水土保持措施对流域水沙变化的贡献程度。结果表明:在1981—2012年期间年降水量和年径流量均没有发生显著变化,而年输沙量呈现显著减少趋势,年径流量和年输沙量的突变时间分别在1996和1997年,具有很好的同步性。与基准期(1981—1996年)相比,变化期(1997—2012年)的年径流量和年输沙量分别减少了17.0%和76.0%,分析径流和输沙历时曲线发现流域丰水期和平水期的径流量逐时段减少,而枯水期径流量却持续增加,输沙量在整个时段则大幅度减少。该流域降水和水土保持措施对年径流减少的贡献率分别为-37.9%和137.9%,而对年输沙量减少的贡献率为-35.0%和135.0%,因此,水土保持措施的实施是该流域年径流量和年输沙量减少的主要原因。其中,植被措施(林地和草地)对径流影响显著,占径流减少总量的61.04%;工程措施(梯田和坝地)对产沙影响显著,占产沙减少总量的102.84%。研究结果表明,黄土高原地区水土流失治理已在区域尺度上表现出一定程度上削洪补枯和减少侵蚀产沙的水文效应特征。同时在水土保持措施建设过程中,合理配置植被措施和工程措施比例,充分发挥各项水土保持措施的优势,是开展适应性流域管理的关键。     

耕地空间优化配置研究——以常州市新北区为例

如何通过配置耕地的空间布局,缓解城市建设用地扩张与耕地保护之间的矛盾,是国土资源利用过程中必须重视的问题。研究以常州市新北区为例,首先,从耕地的自然禀赋、质量条件、空间形态、区位条件和规划预测五个方面入手,共选取18个指标因子,构建了耕地资源保护价值评价指标体系;然后,利用S型模糊隶属度函数标准化指标数值,并综合运用灰色关联分析和理想点逼近法,以实际地块为单元,对评价结果进行优劣排序;最后,根据最大相似性原理,将研究区内的耕地分为五级,以预测模拟的目标年份耕地需求量为基准,确定耕地空间上的最优分布位置。研究结果表明,2020年新北区耕地需求量的模拟值为10 679.93hm~2,前四级耕地总量能够满足其要求,故将相应耕地划入最优区域。春江镇和孟河镇分别以其广大的区位优势和优良的耕地质量成为耕地保护的重点区域。     

基于生态适宜度模型的城乡土地利用分区与优化布局——以鄱阳湖生态经济区为例

开展城乡土地利用功能分区和空间布局优化,是促进城乡一体化发展的有效途径。以鄱阳湖生态经济区为例,通过构建城乡土地利用生态位适宜度模型,对鄱阳湖生态经济区土地利用生态位适宜度进行了分区,并在此基础上提出了优化布局策略。结果表明:(1)鄱阳湖生态经济区布局优化为商业发展主导区、工业发展主导区和农业发展主导区以及环境保护主导区;(2)鄱阳湖生态经济区城乡土地利用空间布局可划分为核心增长极、区域中心城市、一级扩散圈、二级扩散圈和二级扩散带;(3)应从发展高新技术产业、提升都市圈核心竞争力、保障城乡用地需求、加快农田水利建设和优化生态开发利用模式等方面优化城乡土地利用空间布局。基于生态适宜度模型探讨城乡土地利用布局,为实现区域城乡均衡发展提供了新视角。     

化肥施用对中国粮食产量的贡献率分析——基于主成分回归C-D生产函数模型的实证研究

施肥是农业持续发展的重要措施,施用化肥对中国粮食安全的保障作用是投入其他生产要素所不能替代的,掌握化肥的增产效应从指导农业生产及确定科学有效的施肥方案方面来说,都具有重要的理论与实践意义。分析了化肥施用量与粮食产量之间的关系,选取粮食作物播种面积、农用机械总动力、有效灌溉面积、化肥施用量和农业从业人员为中国粮食产量的影响因素,采用主成分回归C-D生产函数模型,计算了化肥投入对粮食增产的弹性及贡献率。结果表明：化肥施用与粮食产量之间存在较强的正相关关系;1978—2010年间化肥投入对粮食产量增长的弹性值为0.18,贡献率达20.79%,化肥对粮食增产的弹性和贡献与以往的研究结果相比略有下降,单位质量化肥投入带来的实际粮食产量增加量有所减少,但化肥投入仍是影响粮食产量增长的重要因素。     

不同施肥方式对河北省小麦产量及肥料贡献率的影响

通过总结2006-2013年河北省测土配方项目田间示范数据,分析了配方施肥（PF）与农户常规施肥（RF）对小麦产量及肥料贡献率的影响,为明确当前生产条件下河北省小麦产区施肥效果及肥料的合理施用提供依据。结果表明：河北省小麦施肥后增产效果显著,其中RF处理增产40.8%,PF处理增产54.8%,并且PF较RF可节肥9.36%、节本8.37%。PF与RF的平均肥料贡献率分别为35.0%和28.9%,平均差值为6.1%,且二者的肥料贡献率均与不施肥处理产量（土壤供肥能力）呈显著线性负相关关系,2条线斜率相近,这说明不同施肥方式肥料贡献率与土壤供肥能力的响应效果相差不大。不施肥处理产量每提高1 000kg/hm ²,PF和RF的肥料贡献率分别降低8.4%和8.2%,PF的肥料贡献率整体较RF高7.2%。在河北省小麦生产中应大力推广配方施肥、平衡施肥,提高肥料贡献率,并且应提高基础地力,以减少对肥料的依赖,实现减肥增效。     

水资源优化配置研究进展

结合我国水资源问题,阐述了水资源优化配置的作用,对国内外水资源优化配置的研究进展做了评述,从可持续发展的角度,对水资源优化配置研究成果的特点进行归纳。在此基础上,指出水质水量联合优化配置和水资源优化配置效果评价的理论、模型和方法,以及3S技术和新优化算法在水资源优化配置中的应用,是水资源优化配置研究的重要领域。     

基于两层协调模型的多级扬水灌区供水调配优化

针对宁夏回族自治区扬水灌区水资源紧缺、供水扬程高、不同灌溉方式并存、供水调配困难、运行成本高等问题,开展了多级扬水灌区的供水调配优化研究。考虑研究区供水具有多层次、相互联系、组成复杂、影响因素众多等特点,建立了具有二层递阶结构的供水调配多目标优化模型。模型以各层缺水量平方和最小和运行功耗最小为目标,考虑不同灌溉时段影响,第1层建立单个泵站供水调度优化模型,以进行单个泵站控制区内各时段输蓄水量分配优化;第2层建立多级泵站供水调配优化模型,以优化系统内各级泵站系统各时段供水量和提水量。两层之间以供水量作为协调变量,依据大系统分解-协调原理进行求解,充分考虑了不同层次之间水量调配和主体利益的协调。灌区应用表明,所构建模型能有效进行多级扬水灌区水量调配优化,给出了核定水量下各级泵站系统水量分配优化方案,优化方案较好地缓解了各级泵站间的供水调配时空矛盾,显著减小了系统缺水量。研究结果可为灌区管理者进行实际水量调配和管理提供决策支持和技术支撑。     

单线圈径向流磁流变阀优化设计与性能分析

针对磁流变阀通过改变内部结构提高压降而导致阀体积增大、内部通道易阻塞的问题,在不改变普通单线圈径向流磁流变阀内部基本结构及外观尺寸的基础上,对单线圈径向流磁流变阀压降与压降可调系数进行了多目标优化,设计了一种带有隔磁套筒的单线圈径向流磁流变阀,并阐述了其工作原理,基于Bingham模型推导了其压降数学模型。采用有限元法建立了磁流变阀二维仿真模型,观察径向圆盘阻尼间隙处磁感应强度分布规律,建立约束条件,分析了磁流变阀关键部件尺寸对剪切屈服应力与压降等相关性能的影响。运用ANSYS零阶和一阶优化工具对磁流变阀进行几何尺寸参数优化,并对优化前后磁流变阀有效阻尼间隙处的平均磁感应强度,以及进出口压降进行仿真对比分析。在磁流变阀动态性能测试平台上,对优化前后磁流变阀压降性能进行实验测试对比,实验结果表明,当励磁电流为1. 8 A时,优化前磁流变阀压降为1. 84 MPa,优化后磁流变阀压降为2. 58 MPa,增加了40. 22%;优化前磁流变阀压降可调系数为7. 94,优化后压降可调系数为10. 07,增加了26. 83%;不同负载对磁流变阀压降效果影响不大。