表层土壤饱和导水率的空间变异对农田水分渗漏的影响

本文将条件模拟方法所得到的表层土壤饱和导水率(Ks)的随机场与土壤水分运动模型相结合,随机地模拟了冬小麦地1999年3月10日～6月10日这一时段的农田水分渗漏情况。总来水量为 353.8mm(灌水量270mm)的情况下,2m土体水分渗漏量最小值为23.73mm,最大值达到了64.73mm,分别占此段灌水量的8.8％和24.0％。另外,比较了实测法、克立格插值法和100次条件模拟得到的水分渗漏量结果,发现条件模拟法与实测法的结果较接近,而克立格插值法具有明显的“平滑效应”,缩小了农田水分渗漏量的范围。这3种方法均反映了表层土壤Ks空间变异对农田水分渗漏的影响,其结果均要好于传统方法。     

半偏减法集对势在区域旱灾风险评估中的应用

为深入挖掘旱灾风险动态评估中评价样本与评价标准之间存在的不确定性问题,提出用半偏减法集对势这一新的联系数伴随函数,建立区域旱灾风险动态评估的半偏减法集对势方法（SSSPP）,并应用于宿州市2007—2017年旱灾风险动态评估和风险脆弱性因子识别研究。结果表明:宿州市旱灾风险综合等级基本在2级以上,处于偏危险状态,通过半偏减法集对势值可判别2009、2010及2011年处于偏反势,为高危险年份。通过半偏减法集对势方法识别出了宿州市旱灾风险脆弱性指标有:相对湿润度指数、土壤相对湿度、土壤类型、单位面积水资源量、耕地率、农业人口比例、水库调蓄率、单位面积现状供水能力、单位面积应急浇水能力、灌溉指数、节水灌溉率,这11个指标是宿州市降低旱灾风险等级进一步需要调控的对象。     

基于能量原理的静动力排水固结法有效加固深度研究

对静动力排水固结法加固软土地基,目前主要通过研究冲击作用下超软土的孔压、土压以及沉降、强度的变化,以探求其响应规律及加固机理,对于软土地基的有效加固深度,目前仍没有一个非常精确的公式。基于动量守恒和能量守恒原理,将夯锤与土体接触后运动简化为匀减速直线运动,并结合广州南沙现场的物理力学参数,得到一个能够较准确地计算有效加固深度的公式。通过与现场原位监测数据对比,表明该公式是可行的。为类似软土地基处理工程有效加固深度值提供一定的借鉴和指导意义。     

河套灌区暗管排水稻田盐分空间变异及排盐效果

暗管排水和稻田淹灌相结合治理盐碱地,是当前应用较广泛的排盐措施。为了探索暗管排水和稻田淹灌联合应用的排盐效果,对内蒙古河套灌区120 hm~2暗管排水稻田3次主要排水前后土壤盐分变化进行监测,基于地统计学方法分析排水前后区域盐分空间变异特性,并对不同生育期的排盐规律进行总结。结果表明:暗管排水促进了稻田土壤盐分的均质化,0～20、20～40、40～100 cm土层经过3次排水后,变异系数CV分别为35.66%、30.85%、29.43%,表现为中等变异,空间结构比下降54.3%、77.7%、5.2%,内在因子的不断强化使得土壤具有空间自相关性,3次排水因不同生育期需水特性的影响,分形维数关系为D_2 D_1 D_3; 3次暗管排水后,盐分由高盐异质性向低盐均质性转移,3次排水前含盐量分别小于临界点7.8、8.0、6.2 g/kg的土壤,排水后可降至2.0～6.0、2.1～6.4、1.1～4.8 g/kg之间,区域内的绝大部分样点朝着均一化方向发展,第1次排水(4月16日)含盐量小于9g/kg时,脱盐率与初始值呈正相关关系,第2次(7月16日)和第3次(9月6日)排水脱盐率随着含盐量的增加而增加;对高盐-低盐的转化过程的定量分析来看,经过暗管排水,重度盐渍土面积降低了69.12%,轻、中度盐渍土面积上升了20.99%、51.15%,不同等级土壤在不同深度的区域分布情况趋于一致,总体呈现东北高西南低的趋势,离强排泵站越近(远),土壤的含盐量越高(低)。研究成果对于内蒙古河套灌区盐碱地改良和土地资源的高效利用具有重要的指导作用。     

平原河网水体石油类浓度达标及总量控制

选取台州市区水体为平原河网水体代表,根据石油类污染物垂向分布规律,得到台州市区水体石油类污染物垂向分布系数为2．33m-1,修订各断面垂向平均浓度为水深0．5m处浓度,简化三维问题;建立台州市中心片区一维河网水量水质模型,对各项参数进行率定验证。分别利用水环境容量数学模型和一维河网模型获得研究区域石油类水环境容量和断面达标时各排污口的削减量。结果表明：研究区域内石油类水环境容量为2．68t／a,容量总量达标情况下,石油类污染物削减率为75％;主要控制断面达标情况下,各排污口的削减率在33％～100％之间。     

基于Opensees的桩土动力p-y曲线模型研究

桩土动力p-y曲线法在岩土工程中已得到广泛应用。通过Opensees软件中内嵌的Pysimple1材料模型,利用p-y单元建立了土-单桩-承台相互作用简化模型。分析在砂土和黏土p-y单元中的桩身和桩头承台动力响应特点,同时对不同自由场土体长度下桩身和桩头承台动力响应进行了分析。结果表明,砂土p-y单元的桩头承台加速度峰值大于黏土单元,位移峰值小于黏土单元,桩身的剪力、弯矩都比黏土要大。自由场土体长度越短,承台的位移和加速度就越大,当自由场土体长度达到300 m时基本满足计算精度要求。     

Factor value determination and applicability evaluation of universal soil loss equation in granite gneiss region

Six types of runoff plots were set up and an experimental study was carried out to examine natural rate of soil and water loss in the granite gneiss region of northern Jiangsu Province in China. Through correlation analysis ofrunoffand soil loss during 364 rainfall events, a simplified and convenient mathematical formula suitable for calculating the rainfall erosivity factor (R) for the local region was established. Other factors of the universal soil loss equation (USLE model) were also determined. Relative error analysis of the soil loss of various plots calculated by the USLE model on the basis of the observed values showed that the relative error ranged from-3.5% to 9.9% and the confidence level was more than 90%. In addition, the relative error was 5.64% for the terraced field and 12.36% for the sloping field in the practical application. Thus, the confidence level was above 87.64%. These results provide a scientific basis for forecasting and monitoring soil and water loss, for comprehensive management of small watersheds, and for soil and water conservation planning in the region.     

盐渍兼治的动态控制排水新理念与排水沟（管）间距计算方法探讨

根据灌区地下水位降落过程的不同阶段有不同控制要求这一特点,为充分发挥各级排水工程的综合控制能力,本文从北方易受盐渍危害的渠灌区实际出发,针对现有农田排水设计方法的局限性,提出以盐渍兼治为目标的地下水位分期动态控制指标的排水标准新理念,并用"模糊档次"分级方法近似处理隔水层深度,推导出计算组合排水沟(管)间距的非稳定流简化通式,对原有设计方法予以改进。通过实例验证表明,地下水位动态过程指标与实测结果吻合一致,计算间距的简化通式使用方便,其结果能满足设计精度要求。     

流网和一维动力学模型相结合模拟麦田暗管排水地段氮肥的流失

为研究麦田暗管排水地段氮肥运移转化及淋失规律，在地下水位以上的土壤非饱和带建立了氮素运移与转化的一维模型，在地下水位以下的饱和带采用流网与一维模型相结合近似模拟暗管排水地段的二维溶质运移问题，这样田间饱和非饱和流动区域即可作为一个整体进行研究，方法简单、实用。对方法及模型的正确性进行了田间试验验证。     

基于水文水动力耦合模型的平原湖区土地利用变化对排涝模数的影响

为准确模拟平原湖区土地利用变化对排涝模数的影响,选取湖北省四湖流域螺山排区作为研究区,利用构建的SCS-MIKE11耦合模型计算不同时期土地利用类型下的排涝模数,分析土地利用变化对排涝模数的影响,并通过设置不同水旱比、水面率和地面硬化率的组合,对土地利用变化条件下的排涝措施进行模拟优化。结果表明:在10 a一遇的1 d暴雨3 d排除和3 d暴雨5 d排除的标准下, 2011年土地利用方式下求得的排涝模数比1994年求得的排涝模数大,分别增加了159.3%和33.6%;在保持水旱比和水面率不变的情况下,地面硬化率每增加1%,1 d和3 d暴雨下排涝模数分别增加0.005 m³/(s·km²)和0.003 m³/(s·km²);在保持水旱比和地面硬化率不变的情况下,水面率每增加1%,1 d和3 d暴雨下排涝模数分别减小0.016 m³/(s·km²)和0.012 m³/(s·km²);在保持水面率和地面硬化率不变的情况下,水旱比每增加0.1,1 d暴雨和3 d暴雨下排涝模数分别减小0.004 m³/(s·km²)和0.003 m³/(s·km²)。因此,除了增加排涝泵站的排涝流量外,减少地面硬化率(例如采用透水路面)、增加水面率和水旱比也是除涝减灾的有效措施。研究成果可为土地利用变化条件下平原湖区排涝模数的确定和排涝措施的制定提供参考。     

深厚覆盖层上水闸结构-地基体系动力反应特性研究

高抗震设防烈度区的水闸工程,需要采用动力设计方法进行结构设计。对于建于深厚覆盖层地基之上的大多数水闸结构,本文采用等效线性化方法,在总体动力学效应大致相当的意义上,将水闸结构-地基体系中土体非线性问题转换为线性问题进行求解。以某水闸工程为例开展对比分析研究,发现:(1)相对于弹性地基模型,考虑地基土非线性的等效线性化方法可以获得更为合理的水闸结构动力反应;(2)上部机架桥部分的动力反应要比闸墩部分高,在水闸设计过程中应当强化上部机架桥部分的结构设计;(3)对于考虑深厚覆盖层的水闸抗震问题,应当更加深入研究长周期地震动输入的影响;(4)等效线性化方法是考虑了地基土非线性动力特性,工程基础数据及经验较为丰富,也便于扩展为考虑滞回特性的完全动力非线性求解方法。     

河道边界水位对管道排水能力的影响分析

为保证城市排水安全,缓解城市内涝,针对河道排涝水位对管道排水的动态影响问题,选用宿迁市马陵河排水片区为研究区,基于SWMM模型,模拟2、3和5 a重现期暴雨条件下出水口管道分别为自由出流、半淹没出流和完全淹没出流3种情形的管道相对排水能力变化,并在此基础上探求马陵河各分段控制水位。结果表明:管道水流主要受河道高水位作用,即管道完全淹没出流时,排水能力随水位的升高而不断减小,减小程度与末管道高差和水位动态顶托管道水流有关。此结论可为城市排水管网改造及河道调控水位除涝提供科学参考。     

两种明置基础条件下ABAQUS动力基础响应分析可行性探讨

近期超大型、特种化、高精密等各类新型设备不断涌现,给国内现行《动规》中依赖经验参数的简化分析法提出了重要挑战与难题。基于ABAQUS有限元法,给出了本构、接触面、边界等选取方法;以弹性半空间理论建立的国际规范法和质-阻-弹模型建立的国内规范法为参考,对底面直径6 m圆形、6 m×6 m方形明置基础建立模型,分别施加简单正弦荷载、耦合正弦荷载进行计算。对比结果发现:有限元法与国际规范法的计算结果基本一致,互相印证了其可行性,而国内规范法计算结果与两者有一定差异。国际规范法的运动耦合模型相比更为科学,但计算过程复杂;国内规范法的运动耦合模型较为简化,计算刚度、固有频率相比偏大;有限元法能考虑复杂耦合运动、土体参振质量等,并可求解周围土变形分布与规律。     

葡萄根系分区交替滴灌的土壤水分动态模拟

在根系分区交替滴灌土壤水分动态和根系分布试验观测的基础上,提出了葡萄二维根系吸水模型,并确定了与土壤表层含水率有关的棵间土壤蒸发方程,然后在土壤水分运动基本方程的基础上结合交替滴灌的入渗特性,建立了根系分区交替滴灌的土壤水分动态模型(APRI-Model),模型考虑了该种灌水方式下棵间土壤蒸发和根系吸水的变化特征。通过与田间实测值进行比较,结果表明,模型的均方差在0.01~0.022cm3/cm3范围内,模拟值与实测值的平均相对误差在10%左右,因此,认为模型能很好的模拟干旱区蒸发力较大和作物根系分布不均匀条件下的土壤水分动态。     

Transfer Function Formulation of Saint-Venant’s Equations for Modeling Drainage Channel Flow: An Experimental Evaluation

Space constraints in developed urban cities necessitate utilizing existing capacity of the drainage system for actively controlling and optimizing the flow during a flood event. This is mainly achieved by the use of non-structural control measures (in the form of suitable controllers and control strategies) for controlling existing structures such as gates in the drainage system. However, the timely opening and closing of gates is fully governed by the rapid feedback and real time control of these structures. Hence, for an extreme rainfall event and flooding, it is necessary to rapidly model the peak flow and time to peak in the drainage system, the results of which can be used for the timely operation of the control structures. Owing to the fact that the conventional modeling methods are quite time consuming and cumbersome, a simplified approach based on transfer function formulation of Saint-Venant’s equations have been proposed in this study. The simplified approach has been validated with the help of carefully planned laboratory experiments in which a test setup consisting of a model drainage channel with upstream and downstream gates have been developed. This laboratory model was used to simulate different flow conditions by the appropriate opening and closing of upstream and downstream gates. It was noted that the results obtained using the simplified approach matches well with the experimentally observed trends. This demonstrates the robustness of the new simplified approach for modeling flow conditions in drainage system.     

BASIC THEORY AND MATHEMATICAL MODELING OF URBAN RAINSTORM WATER LOGGING

In this paper, a mathematical model for the urban rainstorm water logging was established on the basis of one- and two-dimensional unsteady flow theory and the technique of non-structural irregular grid division. The continuity equation was discretized with the finite volume method. And the momentum equations were differently simplified and dis-cretized for different cases. A method of “special passage” was proposed to deal with small-scale rivers and open channels. The urban drainage system was simplified and simulated in the model. The method of “open slot” was applied to coordinate the alternate calculation of open channel flow and pressure flow in drainage pipes. The model has been applied in Tianjin City and the verification is quile satisfactory.     

吉林省中西部地区田间持水量实验研究

田间持水量是表征田间土壤保持水分能力的指标,是计算土壤灌溉量的重要指标,也是确定墒情和旱情评价指标的重要参数。文章通过三种不同实验方法对吉林省中西部地区五种土壤质地、三层土深的田间持水量进行实验研究,其结果表明,该区田间持水量与土壤质地、土层深度、渗透及退水能力密切相关,其实验数据可应用于该区计算土壤灌溉量,确定墒情和旱情评价指标等。     

潮流河段温排水影响的平面二维数值模拟

 为研究电厂温排水对受纳水体的温升影响,基于无结构的三角形网格,采用有限元算法,建立了平面二维非恒定流温排水数学模型。该模型建立在非恒定水动力学模型基础上,考虑了源汇项的作用,因此能适应于各种恒定与非恒定河道水流中的温排水计算,并能适应于喇叭形和蘑菇头形等多种排水形式。该模型在多项电厂程温排水问题研究中得到了成功应用,以位于长江下游感潮河段中的南京马渡电厂为例进行了计算分析,并采用实体模型试验成果对数学模型计算结果进行了对比检验。开发研制了数学模型的后处理软件,实现了温排水运动过程的动态演示。     

灵武农场非点源污染特征分析及控制措施

农田污染是农业非点源污染重最主要的污染源,而土地利用方式又是影响非点源污染的关键因素。本文分别对生活污水、畜禽养殖、农田地表径流、水稻田排水、村镇地表径流和渔业养殖等6种非点源污染,采用等标污染排放法,并选取COD、NH3-H、TN和TP作为评价因子,对宁夏灵武农场的污染源进行调查和分析。结果表明:灵武农场各种污染物日排放量达到169万kg,其中COD的排放量占84.1%,6种污染源中地表径流占45.26%;TN和TP是主要污染因子,占60%以上,其中畜禽养殖污染源的TP达82.09%;若按照国标Ⅳ类水质要求,日等标总排放率将达3.28亿m3。根据灵武农场污染特点,提出了改善农村产业结构、发展生态农业和推进科学养殖等防治对策,实现无污染排放。     

基于海绵城市建设理念的圩垸地区城市排涝主要设计参数优化方法

针对圩垸地区的城市排涝问题,基于海绵城市建设理念,以城市圩区排蓄工程总费用现值最小为目标函数,以海绵城市建设标准下的泵站外排能力、排涝设计标准下的泵站外排能力与圩内水面率和下沉式绿地率等排涝主要参数的关系、城市生态需水量等为约束条件,以泵站外排能力、水面率、下沉式绿地率、透水铺装率等为决策变量,构建非线性数学模型,采用罚函数法进行求解。对常州市新北区北部新城高铁片区排蓄工程进行了实例分析,得出排涝流量为61.28 m³/s、水面率为11.97%、下沉式绿地率为51.77%、透水铺装率为15.00%的优化方案,取得了良好效果,为圩垸地区城市排涝主要设计参数优化提供了一条新的途径。