虚拟水理论发展及应用前景综述

自20世纪末虚拟水的概念提出以来,其基本理论、核算方法及案例研究在国内外得到了蓬勃发展,逐步建立了包含虚拟水含量、虚拟水贸易、虚拟水流动、虚拟水平衡、水足迹等概念的经济社会水资源管理理论框架,成为研究水资源在经济社会中循环演变的重要方法。系统地对虚拟水的概念及特点进行了解析,梳理了虚拟水理论的产生和发展历程,详细阐述了当前虚拟水研究进展,并对虚拟水理论在水资源管理中的应用前景进行了分析,提出了将其应用于农业水资源管理中的三大科学设想,为虚拟水理论的研究与应用提供参考。     

生草和树枝覆盖对果园土壤持水性能的影响--测试文章

针对黄土高原枣园普遍盛行传统清耕制,将生草及覆盖技术引入枣园生产中,于2011—2013年采用人工土槽模拟研究方法,探讨不同生草和覆盖措施对枣树地土壤持水性能的影响。结果表明：生草与枣树枝覆盖能有效改善土壤物理结构、提高土壤孔隙度、降低土壤容重;各处理土壤水分蓄持能力及比水容量均按枣树枝半覆盖+白三叶生草、枣树枝全覆盖、白三叶生草覆盖和清耕处理依次递减,处理间的差异在高吸力阶段更为明显;与清耕处理相比,生草与覆盖处理土壤饱和含水量、田间持水量、凋萎系数均有提高,枣树枝半覆盖+白三叶生草处理增加最为明显,分别增加9%、20%、33%。     

引汉济渭二期高地下水位盾构隧洞渗流应力耦合研究

白鹿塬洞段是引汉济渭二期工程黄土区隧洞中埋深最大、地下水位最高的隧洞工程,其盾构法施工的可行性与安全性尚不明确。为此,应用ABAQUS渗流-应力全耦合数值模拟方法,采用Mohr-Coulomb弹塑性本构模型与刚度迁移法,对白鹿塬282.22 m埋深泥岩洞段的盾构掘进过程进行了三维仿真,重点分析了隧洞掘进阶段典型断面围岩孔隙水压力、应力变形、塑性区以及衬砌结构受力变形的变化规律。结果表明：典型断面处孔隙水压力随开挖过程先降低后回升,随后趋于稳定,距离掌子面前缘约3.6 m的隧洞断面处产生体积收缩,从而造成超孔隙水压力,压力水头最大值约248.0 m;洞周收敛,顶拱下沉,底拱隆起,隧洞周围围岩应力、应变、径向变形呈对称性分布,等效塑性应变主要发生在洞侧3 m深度范围内,顶拱无明显的塑性区,故围岩的最可能破坏模式为侧拱围岩塌落;在施工阶段衬砌结构内外缘以压应力为主,最大压应力为18.77 MPa,衬砌顶拱、底拱外缘以及拱腰内缘边墙产生较小的拉应力,约为0.85 MPa,均满足抗压承载力和抗拉强度要求。研究结果可为引汉济渭二期工程的安全运营及灾害防治提供参考依据。     

小麦/玉米垄沟套作条件下施肥部位对土壤水氮分布的影响--测试文章

通过旱棚小车模拟小麦/玉米垄沟套作种植试验,研究了3种不同垄沟部位（垄顶、垄底和沟中）施肥对小麦/玉米生长和产量及土壤水氮分布的影响。结果表明：相同灌水条件下,施肥部位对垄沟套作水分分布影响不显著,但土壤硝态氮的分布差异较大; 垄顶施肥和垄底施肥处理下,由于水肥异区,其垄上小麦生长带的硝态氮主要分布在0～30 cm土层,有效地减少了硝态氮向土壤深层淋溶,而后期沟内玉米生长带的水氮处理相同,因此其硝态氮分布差异较小; 在相同灌水条件下,垄沟套作可以有效降低水分流失,减少氮肥损失,因此较传统平作更有利于作物生长,提高小麦、玉米的产量,且以垄顶施肥和垄底施肥效果最显著,小麦产量较平作分别增加11.47%、10.81%,玉米产量较平作分别增加18.87%、22.70%。     

基于小波和GIS分析的河川径流时空变化规律研究

选用Morlet小波和GIS空间分析方法,研究河川径流的时空变化规律,对窟野河控制性水文测站1956-2009年径流序列的实例分析。结果表明:Morlet小波能够较好的表征窟野河流域多年平均径流量的时-频局部化特性,对径流时间序列的周期性和奇异性分析也较为准确;而利用GIS空间插值功能也能够直观的分析出窟野河流域不同时间尺度的径流空间分布规律,为后续开展相似研究提供了科学参考。     

工程尺度堆石混凝土抗压性能试验研究

随着建设的堆石混凝土坝坝高的不断增加,高坝对堆石混凝土坝的性能指标提出了更高要求,开展工程尺度（边长900 mm及以上）堆石混凝土抗压性能室内试验,对探究堆石混凝土坝的真实抗压性能具有理论和实践意义。本文制作了边长为900 mm的自密实混凝土（SCC）和堆石混凝土（RFC）立方体试件,探索了工程尺度RFC抗压性能室内试验方法。结果表明：使用钢板厚度为10 mm的钢模制作边长为900 mm的立方体试件是可行的;SCC和RFC立方体试件都呈现“X”型破坏形态,RFC立方体试件内部存在SCC的破坏、SCC和堆石结合面的破坏、堆石的破坏3种破坏类型;边长为900 mm的RFC、SCC立方体试件的抗压强度分别是标准立方体试件的抗压强度的76%、67%;边长为900 mm的RFC立方体试件抗压强度相比于SCC立方体试件增长了12.50%。该种室内试验方法不仅丰富了工程尺度堆石混凝土的试验数据,而且能为后续相关力学试验和堆石混凝土坝的设计与施工提供参考依据。     

基于强度条件的黄土结构性动力试验研究

土体结构是其强度、变形的内在的决定因素,黄土的结构性由黄土颗粒之间的联结结构强度和摩擦结构强度所决定,由此,提出基于强度条件的黄土动力结构性参数即联结结构动力强度势参数mγd1、摩擦结构动力强度势参数mγd2以及结构动力强度势参数mγd,并通过黄土的动扭剪试验研究黄土结构性及基于强度条件的黄土动力结构性参数的变化规律,揭示含水率、固结压力、动剪应变对黄土结构性的影响,并对所提出的基于强度条件的黄土动力结构性参数的合理性进行讨论。     

中国内地分区年用水总量预测模型研究

为了完善中国内地大尺度区域用水量预测模型的研究,为水资源科学利用提供支撑,应用ARMA、灰色GM(1,1)及BP神经网络模型原理,建立省级行政区划、流域、地理大区3种尺度的年用水总量预测模型,对模型优选结果进行统计分析,并应用最优模型对2021-2025年各省级行政区用水总量进行预测。结果表明：对于内地省级行政区划尺度,9个行政区的年用水总量最优预测模型为ARMA模型,6个行政区的最优预测模型为灰色GM(1,1)模型,16个行政区的最优预测模型为BP神经网络模型;对于流域尺度,5个流域的年用水总量最优预测模型为ARMA模型,3个流域的最优预测模型为灰色GM(1,1)模型,长江流域的最优预测模型为BP神经网络模型;对于地理大区尺度,北方6区的年用水总量最优预测模型为BP神经网络模型,南方4区的最优预测模型为灰色GM(1,1)模型;2021-2025年内地各省级行政区的年用水总量总体保持稳定。研究结果可为中国内地用水总量的管理提供依据。     

论梯形明渠临界水深的精确计算公式

梯形明渠临界水深的求解过程是求解一个单变量超越方程的过程,理论上无解析解。通过引入无量纲参数--单位水面宽度,对梯形明渠临界水深的基本公式进行恒等变形,得到计算梯形明渠临界水深的迭代公式,再与合理的迭代初值配合使用。推导出4套梯形断面临界水深的直接计算公式,其中2套计算公式印证了前人的成果,并为前人的公式推导提供了简捷、充分的理论依据。通过对多家公式形式的表述和比较,并根据精度1%和1‰的不同要求进行误差分析,结果表明：4套直接计算公式理论性强,形式简单,适用范围广,计算精度高,值得推广。     

我国西北地区主要农作物贸易对区域水资源影响

随着我国粮食生产重心的北移,西北地区在全国粮食安全中的作用日益凸显,然而该地区水资源缺乏,水土资源时空匹配性差对当地的生态安全、粮食安全和水安全构成了巨大威胁。近些年,伴随着城市化和区域贸易的快速发展,西北地区农作物产量和外运量均快速增长,大量的农作物虚拟水伴随贸易输送到全国各地,进一步加剧了西北地区的水资源压力,严重制约当地的可持续发展。基于此,本研究对2000-2015年西北地区主要农作物生产水足迹和伴随着农产品贸易的虚拟水流动格局进行了量化分析,在此基础上评估了西北地区农产品贸易输出引发的水资源压力。结果表明,研究期内2000-2015年西北地区主要农作物生产水足迹呈上升趋势,从2000年的417.16亿m~3增长到2015年的439.87亿m~3。与此同时,农产品贸易伴生的虚拟水流动量显著增加,从2000年的220亿m~3增长到2015年的272.99亿m~3,严重加剧了当地的水资源压力。陕西、内蒙古、新疆和甘肃水资源压力均高于全国平均水平,陕西更是呈重度水资源压力状态。因此,本文从技术发展和宏观战略层面提出了创新农业实体水资源利用效率、建立虚拟水补偿机制以及合理优化调整区域产业结构的应对策略与建议,为保障我国西北地区水资源可持续利用提供了科学参考。