石羊河流域水资源合理配置及节水生态农业理论与技术集成研究的总体框架

石羊河流域水资源配置及节水生态农业理论与技术的集成研究对推动农业与生态节水领域的科技创新和学科发展以及内陆河流域水资源持续利用均具有十分重要的战略意义和现实意义。本文在系统总结石羊河流域相关研究成果的基础上,结合作者目前正在开展的研究工作,提出了该流域水资源与节水综合集成研究的总体目标,从应用基础理论研究、应用技术开发以及技术集成与示范推广三个层面论述了石羊河流域水资源合理配置及节水生态农业理论与技术综合集成研究的总体框架,阐述了具体研究内容和方法,并指出了研究中的关键技术难点问题。     

基于反距离权重法的长江流域参考作物蒸散量算法适用性评价

为实现大区域尺度参考作物蒸散量(reference crop evapotranspiration,ET0)资料缺失情况下的准确计算,该文将长江流域划分为上、中、下游3个子区域,基于反距离权重法的新型空间展布方法得到3个虚拟站点分别代表每个子区域,利用长江流域102个站点1964-2013年近50a的逐日气象数据,根据FAO-56 Penman Monteith(P M)法、Hargreaves Samani(H S)法、Irmark Allen(I A)法、Priestley Taylor(P T)法、Makkink(M K)法、Penman Van Bavel(PVB)法、1948年 Penman(48-PM)法分别计算每个站点逐日ET0,并以P M法为标准,利用Nash Sutcliffe系数(CD)、逐日相对均方根误差(RMSE)、Kendall一致性系数(K)对其适用性进行评价,结果表明:在3个子区域6种ET0计算方法的日值与P M法拟合方程确定系数R2均通过了极显著水平检验(α=0.01),长江上游P T法ET0日值计算精度最高(ET0日值拟合方程斜率为1.030,RMSE=0.341 mm/d,CD=0.886,K=0.829),H S法、I A计算精度较低(ET0日值拟合方程斜率分别为1.427、1.308,RMSE=0.909、0.829 mm/d,CD=0.581、0.523,K=0.792、0.742),长江中、下游PVB法计算精度最高,P T法计算精度次之,H S法与I A法计算精度较低；长江上游6种算法ET0月值的计算精度由高到低依次为P T法、PVB法、M K法、48 PM法、H S法、I A法,与P M法的平均误差分别为0.27、0.35、0.51、0.48、0.74、0.78 mm/d；长江中、下游6种算法计算精度由高到低为PVB法、P T法、M K法、48 PM法、H S法、I A法；整个长江流域P T法、PVB法与P M法ET0计算结果相对误差均在35%以下,H S法、I A法计算精度较低,其相对误差基本高于40%；因此,PVB法与P T法在整个长江流域的计算精度较高,可作为长江流域ET0简化计算推荐方法。     

含孔洞和裂隙混合缺陷的干燥水泥砂浆导热系数相互作用直推预测模型

水泥砂浆在浇筑、养护和受荷载后易出现缺陷,会显著改变其热传导性能.将水泥砂浆中缺陷分为孔洞和裂隙两种基本类型,基于细观力学理论中的相互作用直推(IDD)估计法,建立了孔洞和裂隙单独存在或同时存在时干燥水泥砂浆等效导热系数预测模型;基于数值模拟结果反推法,提出裂隙随机分布影响函数,改进了IDD模型预测精度;与数值模拟结果...     

埋设管道平面射流冲蚀沙床的试验研究

为认识埋设管道射流冲蚀沙床形成异重流的排沙效果,开展了不同射流因素及沙床边界条件下的试验研究,分析了冲坑形态尺寸在不同试验变量下的变化规律及异重流运动特性。结果表明：冲坑发展过程分为三个阶段,冲蚀深度变化随时间逐渐变缓,冲坑二维形态相似,上下游坡面不对称,整体向下游发展;射流与沙床在一定坡度埋深、较小的沙床坡度和各喷嘴冲蚀形成独立冲坑的情况下,冲蚀效率较高;泥沙由射流冲蚀起动并在水流卷吸作用下形成浑水异重流,其实测浓度远大于水流挟沙力,实现了较高浓度的含沙水流远距离输移,表明这种方法具有较高的清淤效率,具备一定可行性。     

昕水河流域水沙变化趋势及成因分析

采用累计距平分析和Kendall秩次相关检验分析等方法,对昕水河流域降水量、径流量和输沙量进行了分析研究,对径流系列进行了一致性分析,初步估算了水土保持措施对径流量和输沙量的影响。结果表明:昕水河流域降水量减少趋势不显著,径流量和输沙量减少趋势显著;20世纪60年代后,随着水土保持措施的实施,流域下垫面在人类活动影响下发生显著变化;水土保持措施是径流量和输沙量减少的主要原因,降水变化次之。     

考虑冰盖生消和冰-结构-冻土协同作用的渠道弹性地基梁模型

冰-冻破坏是寒区冬季输水渠道结构破坏的主要原因,而目前尚缺乏准确的分析方法和评价准则。本文从冰盖生消过程中结冰初期、流冰期和封冻期3个阶段衬砌结构冰冻破坏机理出发,考虑在冰-结构-冻土协同作用下,基于弹性地基梁Winkler理论推导了衬砌结构的挠曲线微分方程,分别建立了3个阶段衬砌结构的冰冻破坏力学模型,并结合相应荷载组合和边界条件对模型求解获得了衬砌结构的挠度、内力和应力的解析表达。应用该模型对南水北调京石段某输水渠道进行冰冻破坏分析计算,结果表明:结冰初期、流冰期和封冻期3个阶段衬砌结构的法向冻胀位移最大值分别为10.62、13.89和5.05 cm,对应3个阶段衬砌结构的截面最大拉应力分别为3.63、 4.11和2.05 MPa,且破坏位置均在冻结区坡板的中下部,与现场监测渠道冰冻破坏分布规律吻合。据此,建议寒区冬季输水渠道控制运用中应尽量缩短结冰初期、流冰期时间,延长第3阶段稳定封冻期时间,同时应合理控制地下水位和冰盖厚度。研究结果可为寒区冬季输水渠道抗冰冻设计提供理论依据和分析方法。     

植物蒸发蒸腾量测定方法述评

评述了水文学方法、微气象学法、植物生理学方法、红外遥感法等4类植物蒸发蒸腾量测定方法的基本原理、计算方法、优缺点及误差来源等;给出了合理选择测定方法的参考标准;指出目前研究和实践中存在的一些问题,并对未来发展趋势进行了展望。     

基于作物水盐生产函数的咸水灌溉制度确定方法

本文在作物水盐生产函数和农田水盐动态模型基础上，以单位面积纯收益最大为目标函数提出了制定咸水灌溉制度的模型。以山西省永济市试区进行的棉花咸水灌溉试验资料为依据，求得了有关模型的参数；利用该试区35年系列的旬降雨、旬蒸发量资料，对3种不同灌水时间和灌水次数、7种灌溉咸水浓度，共计49种可能组合的农田土壤盐分和产量进行了模拟，并与该试区大田试验数据进行了比较。结果表明该模型合理可靠。以模拟产量为依据，在对当地深井和浅井灌溉效益分析的基础上，提出了咸水灌溉制度及其相应的地下水开发利用策略。     

ET0计算公式在我国半干旱区的实验率定研究

通过对我国半干旱区（杨凌）参考作物（修剪苜蓿）ET₀值的实验率定研究,揭示了在杨凌半干旱气候区,以天（旬、侯）为时间计算尺度时,实测ET苜蓿值与9种ET₀计算公式的计算值比较结果。ASCE推荐的标准ASCE-Penman-Motheith（标准ASCE-PM）及Penman-Motheith （PM）公式计算ET₀值与实测ET苜蓿值比较接近,再者是Priestley-Taylor和修正Penman（MP）公式,其它公式的适宜条件较差一些;以小时为时间计算尺度,若是晴天,标准ASCE-PM公式计算值比PM公式计算值更接近实测ET苜蓿值;若是昙天,PM公式计算值比标准ASCE-PM公式更接近实测ET苜蓿值;若是阴天,标准ASCE-PM、PM公式计算值与实测值相差较大。     

用聚类算法及Hopfield神经网络布置环状管网

为了降低供水管网的工程投资,提出了一种环状给水管网优化设计的方法,把环状管网布置问题用K-Means算法分解成许多小规模的环状问题,对于每一个小规模的环状管网用Hopfiled连续型神经网络求解环状的最短距离,然后把各个基环当成一个点,再用Hopfield神经网络以较大的概率求出最优路径。对某小区58个供水点进行了供水管网实例计算,结果表明:该供水管网的质心间最短距离为2.893 7 km,能量函数为递减状态且最终的能量函数值为1.447,再连接相邻聚类中的最接近的两个点就形成供水管网的环状布置。