北京市主城区高分辨率的城市水碳通量模拟研究

城市化通过影响地表蒸散发(ET)过程改变了区域水热平衡等水文和生态过程,进而改变了陆地生态系统的结构与功能。为科学评估城市水碳过程,基于哨兵二号卫星数据的植被信息,估算了2016—2021年逐月北京市主城区10 m×10 m空间分辨率的植被指数,进一步结合PT-JPLim四源蒸散发模型、InVEST模型以及解析型生态系统水分利用效率(WUE)模型,模拟了2016—2021年北京市主城区10 m×10 m空间分辨率的蒸散发、蒸散发分量(植被蒸腾E_t、土壤蒸发E_b、截留蒸发E_i和不透水面蒸发E_u)、总初级生产力(GPP)、碳储量以及WUE的月值,并分析了其相关关系。植被指数较大值集中在西部山区,其次为北京市的公园区域,归一化植被指数NDVI最大值为0.65。主城区多年平均蒸散发量为497 mm,ET随着叶面积植被指数LAI和增强植被指数EVI的增加而增加。2016—2021年期间,NDVI、LAI和EVI分别以每年0.0048、0.016 m²·m^-2和0.0047的速度增加。区域平均E_t为141.51 mm,E_i为50.77 mm,E_b为272 mm,不透水面上的E_u/ET为18.2%。碳储量较高的区域主要分布在西部山区,该区域海拔相对较高,植被覆盖率较高,总碳储量密度高值超过5 t/hm²。研究区GPP的平均值为2.7 g·m^-2·d^-1,多年平均WUE为0.63 g·mm^-1。WUE和E_t/ET呈显著负相关(R=-0.44,p<0.001),WUE随GPP的增加呈现显著的上升趋势。精细化的城市水碳模拟能够为海绵城市的建设和评估提供理论基础,对“双碳”目标的实现具有重要意义。     

考虑地表反照率时域重建的海河流域蒸散发模拟研究

地表反照率（a_c）是计算辐射收支分配的重要参数,其精度对实现大尺度地表蒸散发（ET）的准确模拟有重要意义,在ET模拟中常用线性插值法来获取时间连续的a_c数据,但其a_c重建过程的机理性不足。本研究利用时域重建方法获取a_c的逐日数据,利用Penman-Monteith-Leuning（PML）模型对海河流域ET进行了模拟,并与传统的基于线性插值计算a_c的方法进行对比,分析了不同a_c输入对ET模拟结果的影响。结果表明：（1）采用时域重建方法得到的a_c进行ET模拟时,在海河流域与2008、2010及2018年4个涡度相关数据的相关系数均在0.53以上,相关性较好;（2）海河流域2018年的a_c呈现出北高南低的特征,同时夏季和冬季的高值区相对较小;（3）望都站的示例分析表明,与采用线性插值得到的a_c方案相比,对a_c进行时域重建后进一步降低了ET模拟值的均方根误差和偏离度,可为提高蒸散发精度提供借鉴。     

基于响应面法的Fe0/S2O2-8体系氧化垃圾渗滤液去除UV254研究

为提高Fe⁰/S₂O^2-₈体系氧化垃圾渗滤液去除有机物的效果,试验采用响应面法优化反应条件,借助响应面法的中心组合试验设计了以紫外吸光度UV₂₅₄的去除率为响应值的二次回归模型,分析零价铁(Fe⁰)投加量、初始pH值和S₂O^2-₈与12COD₀的质量比3个因素的交互作用,确定最优反应条件。结果表明在Fe⁰投加量为31.3mmol/L、初始pH值为4.4,ω(S₂O^2-₈/12COD₀)为1.14条件下,UV₂₅₄的去除率达到最大值72%。     

限制性航道中船行波传播特性的数值研究

基于完全非线性Boussinesq方程的开源程序包FUNWAVE-TVD建立了限制性航道中船行波运动的数值模型,重点分析了船舶在该类型航道中诱导生成的最大船首孤立波波高、最大船尾波波高以及最大近岸横向流速的时空分布规律。结果表明：模型能较好地捕捉船行波在限制性航道中的演化过程;根据回归分析得到了最大船首孤立波波高η_max与船舶吃水p、弗汝德数F_r的幂函数型经验关系;最大船尾波波高η_max及最大近岸横向流速u_ymax随船舶吃水p和弗汝德数F_r的不同呈分段式变化规律。研究结果可为限制性内河单线航道的设计以及通航要求提供参考。     

浑善达克沙地归一化植被指数动态变化及其对标准化降水蒸散发指数的时空响应关系

本文采用GIMMS3g NDVI数据集和气候研究委员会SPEI数据集,通过像元尺度的相关分析,识别了浑善达克沙地1982-2015年NDV (I归一化植被指数,Normalized Differnce Vegetation Index)动态变化及其与SPEI(标准化降水蒸散发指数,Standardized Precipitation Evapotranspiration Index)在不同时间尺度上的响应关系。研究区近34年来平均NDVI为0.22,沙地植被总体呈恢复趋势,NDVI增加面积占沙地面积的55.56%。研究区NDVI与不同时间尺度SPEI显著性相关(α=0.05)面积占区域总面积的86.38%。与NDVI相关性最强的为SPEI-03,其次为SPEI-24,呈两极化现象。从不同季节来看,NDVI对SPEI的敏感程度依次为夏季(SPEI-3,51.17%)>生长季(SPEI-3,46.88%)>秋季(SPEI-3,40.32%)>春季(SPEI-9,33.37%)。总体而言,浑善达克沙地植被生长受中短期水热条件变化影响显著。本研究成果有助于进一步揭示变化环境下浑善达克沙地生态水文过程,对该地区生态修复与沙漠化防治具有一定的借鉴意义。     

植被覆盖对光学影像反演土壤含水量的影响分析

为了获取植被覆盖对光学影像反演土壤含水量的影响,选用归一化植被指数(NDVI)表示植被覆盖度水平,以垂直干旱指数(PDI)或修正垂直干旱指数(MPDI)线性回归土壤含水量的光学影像反演方法为例,基于2018—2020年哨兵2号卫星影像,利用河北省地面土壤含水量实测数据,对不同植被覆盖水平下土壤含水量反演精度进行评价,探讨植被覆盖对土壤含水量反演精度的影响。结果表明：(1)在NDVI≤0.13时,PDI的反演精度略优于MPDI反演精度,MPDI对PDI的修正作用不明显;(2)在0.13<NDVI≤0.30时,PDI仍能够达到较好的精度,但MPDI可以明显提高精度;(3)当0.30<NDVI≤0.59时,PDI反演精度较差,修正后MPDI能够显著提升精度;(4)在NDVI>0.59时,修正后的MPDI也无法得到满足要求的精度。可得出结论：当NDVI≤0.59时,光学影像可反演得到精度尚可的土壤含水量反演结果,通过一定的植被影响修正方法,可改善反演精度;当NDVI>0.59时,即使采用修正方法,基于光学影像难以得到满足要求的精度。     

滦河上游植被指数NDVI及EVI对SPEI的响应差异

在全球气候变化和人类活动的双重影响下,干旱呈广发、频发态势,使植被生长受到限制,进而影响生态系统结构,威胁区域生态安全。以滦河上游为研究区,基于2000-2019年归一化植被指数NDVI和增强型植被指数EVI,并结合标准化降水蒸散指数SPEI,分析滦河上游气象干旱和植被生长状况的变化趋势及空间分布特征,探讨植被变化对多时间尺度SPEI指数的响应差异。结果表明：近20年滦河上游SPEI呈波动式增大趋势,年尺度SPEI增大速率为0.040 1/a;干旱面积总体减少,减少速率为-1.430 4％/a;NDVI和EVI空间分布特征和变化趋势大体一致,植被覆盖度呈东南高西北低的特征,NDVI和EVI增大速率分别达0.027/a和0.026/a;大部分区域SPEI与植被指数呈正相关,其中NDVI对SPEI-3的响应最强,EVI对SPEI-6的响应最强,总体上EVI与SPEI的相关性强于NDVI;草地对气象干旱最敏感,农田次之,林地最弱。     

山东某大型电厂桩基混凝土防腐蚀性试验

为研究桩基混凝土在腐蚀性地下水环境中的耐久性,依据山东某大型电厂中等～强腐蚀性地下水地质条件,在Cl^-与SO^2-₄共存的地下水环境与只存在SO^2-₄的水环境中进行桩基混凝土防腐蚀性试验。结果表明:在Cl^-与SO^2-₄共存的地下水环境中,混凝土受硫酸盐侵蚀的程度比只存在SO^2-₄的水环境中轻微;掺加防腐剂并没有明显提高混凝土抗蚀能力;抗硫酸盐水泥的抗硫酸盐侵蚀性与普通硅酸盐水泥接近,但抗氯离子侵入性难以满足耐久性要求;采用普通硅酸盐水泥、大掺量掺和料、低水胶比的高性能混凝土能满足桩基耐久性要求。     

基于温度信息和历史阈值的蒸散发预报及修正

蒸散发（ET_c）是陆面和大气之间物质与能量交换的关键要素,其精准预报对于制定合理的灌溉计划和提高水分利用效率至关重要。本文以华北平原冬小麦和夏玉米为研究对象,在作物充分供水条件下,重点考虑了温度对作物生长的影响,发展了基于温度效应的作物系数（K_c）和参考作物蒸散发（ET_o）估算模型,构建了ET_c预报模型（简称：M_T）;考虑极端天气情况的不确定性影响,通过构建历史阈值修正函数进一步发展了M_T模型,形成了M_T-threshold模型,并以涡度相关法实测值为依据,验证了M_T-threshold模型在1~15 d预见期的适用性。结果表明：基于温度效应的K_c预报值与实测值拟合效果较好,1~15 d预见期内具有较好的适用性;率定后Hargreaves-Samani模型的ET_o估算效果较好,1~15 d预见期的预报准确率均在72%以上,且冬小麦生长季的预报效果优于夏玉米生长季;M_T模型在1~7 d预见期具有较好的适用性（预报准确率>83%）;M_T-threshold模型在1~15 d预见期的预报效果有明显提升,1~7 d预见期的预报精度提高2%以上,预报精度均在86%以上;8~15 d预见期预报准确率提高8%以上,预报精度均在80%以上。因此,基于温度预报信息及作物生长历史阈值能够较好的实现ET_c短中期预报。     

新疆和田地区地下水“三氮”污染特征及健康风险评价

为探明新疆和田地区地下水“三氮”污染的现状及其对当地居民健康的影响,对采集的76组地下水水样中的NH₄⁺—N、NO₂^-—N和NO₃^-—N的浓度进行检测,通过统计分析地下水“三氮”的污染特征,采用健康风险评价模型在饮水暴露途径下,进行地下水“三氮”对不同人群的非致癌风险评估。研究结果表明：和田地区地下水中NO₃^-—N的污染程度最大,超标率为2.63%,对不同人群人体产生的非致癌风险指数范围为0~8.438×10^-1（成人）和0~2.360（儿童）;其次为NH₄⁺—N,超标率为1.32%,对人体产生的非致癌风险指数范围为0~3.689×10^-2（成人）和0~1.032×10^-1（儿童）;NO₂^-—N无超标点,非致癌风险指数范围为0~8.573×10^-3（成人）和0~2.398×10^-2（儿童）。研究区地下水中NH₄⁺—N和NO₂^-—N对人体产生的非致癌风险均在可接受范围内,NO₃^-—N对人体产生的非致癌风险应引起重视,且对儿童的影响大于成人。本次研究可为当地地下水污染风险防控提供理论依据。     

汽轮发电机组H∞扭振模态观测器的特性分析

对汽轮发电机组的H_∞扭振模态观测器的特性进行了讨论。通过分析H_∞扭振模态观测器的性能指标可知，H_∞扭振模态观测器引入了一个反映受控模态估计偏差对剩余模态分量的最大能量增益的约束，以抑制剩余模态分量的影响。另外发现，在特殊情况下，H_∞扭振模态观测器可以将已有关于鲁棒H_∞扭振滤波器的研究成果统一起来。     

面向供水对象转型的引大入秦工程水资源优化配置研究

引大入秦工程（以下简称引大工程）建成初期主要以秦王川农业供水为主,但随着兰州新区的建设发展,其供水对象开始向城市生活用水和工业用水转型,如何实现有限水资源的合理配置是目前研究的重点问题。基于此,依据引大工程供水区（以下简称引大供水区）可持续发展要求,构建以实现经济、社会、生态效益最大化为目标函数,可供水量、输水能力、用户需水量、排水系统排水量与变量非负为约束条件的多目标水资源优化配置模型,使用遗传算法进行求解。结果表明：2025年引大供水区不同用水部门配水量（保证率P=50%、P=75%）分别为生活用水8 323.85×10⁴、8 322.49×10⁴ m³,农业用水15 001.95×10⁴、15 631.53×10⁴ m³,工业用水11 111.00×10⁴、11 100.00×10⁴ m³,生态用水946.88×10⁴、947.02×10⁴ m³,各部门总配水量与优化前供水量4.23×10⁸ m³相比,达到供需平衡;2030年引大供水区不同用水部门配水量（保证率P=50%、P=75%）分别为生活用水12 650.51×10⁴、12 666.53×10⁴ m³,农业用水16 397.77×10⁴、17 019.70×10⁴ m³,工业用水20 498.00×10⁴、20 508.00×10⁴ m³,生态用水948.00×10⁴、948.88×10⁴ m³,不同保证率下各部门总体缺水率分别为12.27%、13.38%。2025—2030年引大供水区的非农业用水结构将大幅提升,农业灌溉用水量降低。研究结果可为引大供水区优化水资源配置决策提供参考依据。     

施用有机氮肥条件下地下排水中硝态氮流失的模拟研究

将改进的有机氮肥管理模型(MANIMEA)与广为应用的土壤水流运动模型(SWAP)相耦合，用于模拟评价施用猪粪条件下NO^-₃-N(硝态氮)通过地下排水的流失量。采用加拿大新斯科舍省农业大学试验站4个试验地块1999年的日地下排水量及NO^-₃-N流失量观测值对模型进行了模拟验证。模拟结果表明，预测的日地下排水量与观测的地下排水量吻合较好，相关系数在0.73～0.78之间；日NO^-₃-N流失量与地下排水量的关系密切，4个试验地块NO^-₃-N流失量模拟值与观测值平均误差在-0.017kg/hm²和005kg/hm²之间，绝对平均误差范围在0.087kg/hm²和0.152kg/hm²之间。模拟时段NO^-₃-N总流失量与观测值的相对误差在-0.5%和8.9%之间。总体来说，图形显示和统计指标分析表明，MANIMEA模型具有良好的模拟性能，模型能够较好的预测地下排水中NO^-₃-N流失量。     

混流式水轮机上冠空腔结构内部流场及单向流固耦合分析

为研究上冠空腔结构对混流式水轮机水力性能与结构特性的影响,建立了不含上冠空腔结构（No UpperCrown Cavity Structure,NUCCS）和含上冠空腔结构（Upper Crown Cavity Structure,UCCS）的两种混流式水轮机全流道几何模型,基于SST湍流模型、顺序耦合法、预应力模态分析,对NUCCS与UCCS的两种混流式水轮机展开数值模拟和单向瞬态流固耦合计算,发现泄水锥处上冠空腔结构可减少转轮内部二次流动损失。在0.8Q_d、Q_d和1.2Q_d的3种流量工况点,分别对混流式水轮机展开瞬态流固耦合计算,对比研究转轮结构的应力应变特性。研究发现含UCCS时,转轮等效应力和变形量均有减小。在小流量0.8Q_d工况点,转轮结构等效应力及应变较小,其最大变形点位于下环附近。在设计流量Q_d和大流量1.2Q_d工况点,转轮等效应力及应变较大,其最大变形点位于上冠附近。在NUCCS与UCCS的转轮进行预应力模态分析时,发现上冠空腔结构对转轮的模态影响很小。本文研究内容可为提升混流式水轮机设计水平提供一定参考依据。     

南京市典型区域城市湿沉降污染成分特征分析

以南京市中心城区鼓楼区和城市郊区仙林地区为对象,对2009年12月至2011年7月每场降雨雨水进行水质监测和分析,研究城市湿沉降面源污染特征。结果显示:①研究区域雨水的主要污染成分为SO₄^2-、NO₃-N、TN和COD;②实验监测期内,鼓楼地区雨水中SO₄^2-、NO₃-N、TN和COD质量浓度均高于仙林地区雨水组分。其中,SO₄^2-质量浓度平均值62.79mg／L,约是仙林地区平均值16.11mg／L的4倍。③干湿周期对雨水水质影响显著。采集的雨水样本中,久未降雨后的首场雨水的COD、SO₄^2-质量浓度值高于相对连续降水后的雨水相关组分,但NO₃-N质量浓度低于连续性降水后的雨水组分。     

汉江流域植被变化及其对多时间尺度气象干旱的响应

干旱是影响植被生长的重要因素之一,因此研究植被对不同时间尺度干旱的响应具有重要意义。利用1982—2019年汉江流域逐月降水和归一化植被指数（NDVI）数据,计算得到不同时间尺度下的标准化降水指数（SPI）、植被状态指数（VCI）和植被覆盖度（FVC）,分析了植被时空变化及对多时间尺度气象干旱的响应特征。结果表明：汉江流域生长季NDVI在时间上呈现波动上升趋势,植被覆盖度在空间上表现为西高东低的分布特点;随着时间尺度的增加,干湿交替频率减小,表征干旱事件对降水的敏感性在降低;从干旱趋势来看,分别有37.62%和62.38%的地区呈现上升和下降趋势;从干旱频率来看,各季干旱高频事件集中在流域中部和东部;在年尺度下,NDVI与SPI-12在大部分地区呈负相关,有43.26%的地区表现为正相关,主要分布在流域中部和东南部;在季尺度下,春季NDVI对SPI-3的响应最明显,85.64%的地区表现为正相关;在月尺度下,汉江流域春季VCI受SPI-1和SPI-3的影响最为明显,而秋季VCI对SPI-12的响应更为显著;在不同土地利用类型中,草地和耕地与SPI的相关性较高,说明其对干旱的抵抗力较弱。     

不同光照下梅尼小环藻对昼夜温差变化的生理响应

为探讨硅藻在不同环境中对昼夜温差变化的响应机制,以梅尼小环藻为代表,研究了在高光照与低光照两种条件下,3种不同昼夜温差对梅尼小环藻生物量、光合活性、营养盐吸收利用的影响。试验结果表明:在5~10 ℃范围内,昼夜温差的减小能促进梅尼小环藻细胞密度与叶绿素a的增长,使其比生长速率增加;在高光照下,各组梅尼小环藻的最大量子产量(F_v/F_m)差异显著,降幅范围为36.3%~65.2%(P<0.05),而低光照下各组F_v/F_m的组间差异不显著(P>0.05);此外,随着温差减小,培养基中PO^3-₄-P的净减小值越大;不同处理组梅尼小环藻对硅的亲和力也表现出差异:高光照下,5 ℃温差组的硅亲和力最高,其半饱和常数(K_m)为1.755 ng/L,而低光照下,恒温组的亲和力最高,其K_m为4.673 ng/L;不同光照条件下,梅尼小环藻的生理习性对昼夜温差的响应不同,但总体上一定范围内昼夜温差减小有利于梅尼小环藻的生长繁殖。     

积极推进用水户参与管理促进灌区良性运行

江川灌区位于黑龙江省桦川县境内,隶属黑龙江农垦总局红兴隆分局。灌区分布在江川、宝山两个农场,土地总面积4．492&#215;104hm2,耕地面积2．082&#215;104hm2,其中水田面积2&#215;104hm2（提水灌溉0．327&#215;104hm2、井灌面积1．673&#215;104hm2）。近年来,江川灌区紧紧抓住国家加大对水利基础设施投入的良好机遇,     

基于重采样的三相谐波检测瞬时无功功率法

提出了基于重采样的谐波检测方法，克服了数字化谐波检测瞬时无功功率法计算量大的缺点。当信号的最高频率为ω时，第1次采样频率为ω_f≥4ω。需要补偿N′次以下的谐波电流时，重采样频率应不小于(N′ 1 n)ω₀(ω₀为基波频率)。当一个周期内的采样点数为N₁时，重采样频率为ω_min=(N₁/4)ω₀。在重采样的基础上，继承了瞬时无功功率理论谐波检测方法的思想——将基波电流转变成直流分量，据此设计了一个数字谐波检测系统。仿真实验表明，该系统既具有数字系统的准确性和稳定性，又克服了数字滤波器计算量大和实时性差的问题，其动态跟随性有所改善。