黄河流域作物生产与消费实体水-虚拟水耦合流动时空演变与驱动力分析

愈加有限的水资源是黄河流域生态保护和高质量发展面临的最主要矛盾和瓶颈。在部门用水竞争持续加剧的同时,内嵌在农产品中的虚拟水流动现象日趋频繁。本文以作物生产水足迹和虚拟水流动为表征参数,量化2000—2014年间黄河流域主要作物实体水-虚拟水耦合流动关键过程及其时空演变;从人口、社会经济、农业发展和居民消费4方面,运用扩展STIRPAT模型辨识其关键社会经济驱动因子。结果显示:黄河流域作物单产水平增加有效降低了作物单产水足迹,有效控制了作物生产总水足迹规模;随小麦、玉米和苹果等作物输出,流域作物虚拟水流动规模显著增加,2014年流域虚拟水总输出量占流域作物生产耗水的41%;人口和人均GDP对作物生产水足迹和虚拟水进出口量均起促进作用。     

考虑接触行为的U型渠道冻胀数值模拟

U型衬砌渠道具有良好的整体性和冻胀适应性,但在冬季仍极易因土体冻胀而导致破坏。考虑渠基冻土与衬砌接触面冻结的非线性特性和冻土、混凝土材料的塑性特征,建立能分析渠道基土与衬砌间挤压、脱开及滑移等接触力学行为的渠道冻胀破坏热力耦合数值模型。以宝鸡峡灌区塬下北干渠为原型渠道,按照模型是否考虑接触分别进行冻胀数值模拟,并对模拟结果进行对比分析。结果表明:考虑接触的模型模拟结果与原型实测值更相符,更能合理地解释U型渠道冻胀在渠底与阴坡衔接处冻胀量最小;考虑接触的混凝土塑性应变最大值是不考虑接触时的3.76倍;考虑接触的法向冻胀力和切向冻结力更均匀,最大值均减少1.5~3.0倍,应力集中现象减弱,更能反映混凝土衬砌板与渠基土之间的滑移变形与破坏准则的相互作用。研究结果为U型衬砌渠道冻胀破坏规律提供了分析方法。     

中国南北过渡带干旱时空变化

为识别中国南北过渡带的干旱状况,利用研究区内1960-2015年32个气象站逐月降水量和月平均气温等资料,计算每个站点的逐月综合气象干旱指数CI,并利用累积距平法等分析中国南北过渡带干旱变化情况。结果表明:就时间变化而言,干旱强度、干旱历时以及不同等级的干旱发生频率随时间均呈上升趋势,并且,轻旱在所有等级干旱中占比最重,为55.6%;就季节变化而言,干旱的发生具有季节性规律,春旱的强度最大,且历时较长,夏旱最易发生,秋旱的发生频率总体呈现出先增大后减小的趋势,在20世纪90年代达到最大值,冬旱的历时值最短;就空间变化而言,研究区内北部相对干旱,南部相对湿润,武都地区和研究区内的河南地区最为干旱,甘肃南部反而是整个研究区最湿润的地区。     

贵州省白马山水库混凝土砌石拱坝优化设计

贵州省白马山水库大坝是一座混凝土砌毛石重力单曲拱坝,最大坝高48 m,采用ADAO拱坝分析与优化软件,对坝体结构、应力变形、坝肩稳定性等进行了分析。调整了设计方案,使坝体设计方案满足SL25-2006和SL282-2003等技术规范要求。     

结合全局与局部信息活动轮廓的非同质图像分割

目的 通过对现有基于区域的活动轮廓模型能量泛函的Euler-Lagrange方程进行变形,建立其与K-means方法的等价关系,提出一种新的基于K-means活动轮廓模型,该模型能有效分割灰度非同质图像。方法 结合图像全局和局部信息,根据交互熵的特性,提出新的局部自适应权重,它根据像素点所在邻域的局部统计信息自适应地确定各个像素点的分割阈值,排除灰度非同质分割目标的影响。结果 采用Jaccard相似系数-JS(Jaccard similarity)和Dice相似系数-DSC(Dice similarity coefficient)两个指标对自然以及合成图像的分割结果进行定量分析,与传统及最新经典的活动轮廓模型相比,新模型JS和DSC的值最接近1,且迭代次数不多于50次。提出的模型具有较高的计算效率和准确率。结论 通过大量实验发现,新模型结合图像全局和局部信息,利用交互熵特性得到自适应权重,对初始曲线位置具有稳定性,且对灰度非同质图像具有较好地分割效果。本文算法主要适用于分割含有噪声及灰度非同质的医学图像,而且分割结果对初始轮廓具有鲁棒性。     

A detection problem: Sensitivity and uncertainty analysis of a land surface temperature approach to detecting dynamics of water use by groundwater-dependent vegetation

Sustainable management of groundwater-dependent vegetation (GDV) requires the accurate identification of GDVs, characterisation of their water use dynamics and an understanding of associated errors. This paper presents sensitivity and uncertainty analyses of one GDV mapping method which uses temperature differences between time-series of modelled and observed land surface temperature (LST) to detect groundwater use by vegetation in a subtropical woodland. Uncertainty in modelled LST was quantified using the Jacobian method with error variances obtained from literature. Groundwater use was inferred where modelled and observed LST were significantly different using a Student's t-test. Modelled LST was most sensitive to low-range wind speeds (<1.5 m s⁻¹), low-range vegetation height (<=0.5 m), and low-range leaf area index (<=0.5 m² m⁻²), limiting the detectability of groundwater use by vegetation under such conditions. The model-data approach was well-suited to detection of GDV because model-data errors were lowest for climatic conditions conducive to groundwater use.     

聚丙烯纤维对补偿收缩混凝土力学性能的影响

为了探究聚丙烯纤维对补偿收缩混凝土的强度和限制膨胀率的影响规律,通过对不同聚丙烯纤维掺量的补偿收缩混凝土与基准混凝土的对比试验,测出了不同聚丙烯纤维掺量下的补偿收缩混凝土的强度和限制膨胀率值。与基准混凝土测得的强度和限制膨胀收缩率值对比,得出了能使补偿收缩混凝土达到最大膨胀率和最大劈裂抗拉强度的聚丙烯的最优掺量为1.575 kg/m3,同时随聚丙烯掺量增加,补偿收缩混凝土的强度和限制膨胀率先增大后减小。     

Multi-objective model auto-calibration and reduced parameterization: Exploiting gradient-based optimization tool for a hydrologic model

Multi-objective model optimization methods have been extensively studied based on evolutionary algorithms, but less on gradient-based algorithms. This study demonstrates a framework for multi-objective model calibration/optimization using gradient-based optimization tools. Model-independent software Parameter ESTimation (PEST) was used to auto-calibrate ISWAT, a modified version of the distributed hydrologic model Soil and Water Assessment Tool (SWAT2005), in the Shenandoah River watershed. The time-series processor TSPROC was used to combine multiple objectives into the auto-calibration process. Two sets of roughness coefficients for main channels, one assigned and calibrated according on soil types and one determined via empirical equations, were examined for stream discharge simulation. Five different weighting alternatives were investigated for their effects on ISWAT calibrations. Results showed that using Manning's roughness coefficients obtained from empirical equations improves simulation results and calibration efficiency. Applying a two-step weighting alternative to different observation groups would provide the best calibration results.     

坡耕地小区坡面不同坡段侵蚀泥沙贡献率的7Be示踪研究

侵蚀泥沙来源的研究对深化侵蚀规律的认识,优化水土保持措施的配置等有重要的意义。本文利用7Be示踪技术结合传统的土壤侵蚀研究方法,通过建立不同坡度的径流小区,分别探讨了坡耕地小区坡面不同坡段片蚀、细沟侵蚀对侵蚀泥沙的贡献率及小区泥沙输移比。研究发现,片蚀主要发生在小区坡面距坡顶0～2m区域,占总片蚀量的60%以上,细沟侵蚀主要发生在小区坡面距坡顶2～5m区域,占总细沟侵蚀总量的75%以上,总体而言,侵蚀泥沙主要来源于小区坡面距坡顶1～4m区域,上部和下部泥沙贡献相对较小。对于降雨强度高的15°小区,片蚀泥沙几乎来自与全坡面,坡面不同坡段对总侵蚀泥沙的贡献率从坡顶向坡脚呈增加趋势。利用7Be示踪计算出各小区泥沙输移比在0.643～0.979之内,除5°小区外,其它小区泥沙输移比都大于0.9。     

溢流坝剖面设计软件开发

根据溢流坝剖面设计的基本理论和设计原则,以SL 319—2005《混凝土重力坝设计规范》为依据,以Visual Basic 6.0为开发平台,仿照软件工程的方法,设计开发出了一款可视化的溢流坝剖面设计软件。该软件界面清楚、操作方便,能够快速准确地完成溢流坝的剖面设计,并能在AutoCAD中绘出其剖面图,还可将计算结果输出到Excel表格中。工程实例表明,软件性能稳定、安全可靠,具有实用价值。