基于遗传算法的田间尺度土壤水力参数与溶质运移参数优化

合理确定田间尺度土壤水力参数和溶质运移参数是保证农田土壤水盐动态模拟正确性的重要前提。本文开展了基于遗传算法(Genetic Algorithms,GA)与农田水文模型SWAP(Soil-Water-Atmosphere-Plant)耦合进行土壤水力参数和溶质运移参数优化的方法研究。在已有GA基础上引入了子体优生策略,并以完全嵌入方式耦合GA与SWAP模型。采用河套灌区曙光实验站的土壤剖面分层含水率(θi)和溶液浓度(cmli)、表土含水率(θsur)、实际腾发量(ETa)等观测资料,开展了田间尺度土壤水力参数和溶质运移参数优化的数值试验与相应分析。结果表明:(1)采用土壤分层信息(θi和cmli)作为观测数据,GA参数优化效果很好;(2)仅采用ETa作观测数据时,参数优化效果相对欠佳,需慎重使用,而结合ETa与θsur后可提高优化精度;(3)引入子体优生策略可提高GA的参数优化效率和精度。综上,结合GA与SWAP模型是优化田间尺度土壤水力参数和溶质运移参数的一种实用方法。     

层状土壤条件下地下滴灌水氮运移模型及应用

基于土壤水分运动的动力学方程和溶质运移的对流-弥散方程,考虑地下滴灌灌水器流量随时间的变化,建立了层状土壤地下滴灌施用硝酸铵(NH4NO3)条件下水氮运移的数学模型。利用均质砂土(S)、均质壤土(L)、上砂下壤(SL)和砂土夹层(LSL)四种土壤的试验数据对模型进行了验证。结果指出,考虑土壤中灌水器流量随时间变化可稍改善土壤含水率和硝态氮的模拟精度。利用验证后的数学模型研究了灌水器流量(1.1、1.75和2.6L/h)、灌水器与犁底层相对位置对地下滴灌水氮分布的影响,模拟结果表明灌水器流量对含水率分布的影响不明显,但灌水器流量的增大可明显增加20~40cm土层硝态氮含量;灌水器与犁底层相对位置对水氮分布影响显著,灌水器位于犁底层中(埋深25cm)土壤表层干土层较薄、水氮向下运移深度较小,有利于减小土壤蒸发和避免水氮淋失。     

土壤初始含水量对注射灌土壤水分运移分布 特性影响试验研究

通过室内不同土壤初始含水量的注射灌水分入渗试验,研究了土壤初始含水量对注射灌土壤水分运移分布特性影响。研究表明：注射灌的累积入渗量与时间呈幂函数关系,土壤初始含水量越大,相同入渗时间的累积入渗量越大。在出水口下方土壤水分湿润范围较大,土壤含水量也较大,而在出水口上方则相反。土壤初始含水量越大,土壤湿润范围越大,距离出水口相同距离的土壤含水量越大。以上研究可为进一步补充注射灌理论技术提供基础。     

基于GLUE 方法的饱和多孔介质中溶质运移模型参数不确定性分析

模型参数的不确定性分析是模型不确定性研究的重要内容之一。本文以示踪剂Br和反应性溶质Cu在石英砂中的运移为例,采用GLUE方法探讨了多孔介质中溶质运移模型参数的不确定性。研究结果表明,仅对水力学参数θs和λ进行识别时,θs和λ的可识别性较强。对耦合Freundlich等温吸附的模型参数进行识别时,由于参数间的相互作用,θs和λ的可识别性降低;吸附特性参数kF的后验分布基本呈均匀分布,可识别性较差,吸附特性参数β、ω、f的取值区间则相对收敛,可识别性较强。K-S检验结果表明,参数区域敏感度由高到底的排序为f、ω、β、kF、λ、θs,主要是因为石英砂对Cu的吸附以动力学反应为主,而f和ω是与动力学吸附反应相关的两个参数。上述结论有助于加深对溶质运移模型参数的理解和提高模型预测的可靠性。     

柔性封窜剂的制备与性能评价

针对油藏水流大孔道发育的储层研制开发一种柔性封窜剂。对封窜剂的密度、粒度、柔韧性、抗压缩性、粘弹性、运移性、压力突破性等性能进行评价。单孔和多孔可视化模型及有机玻璃填砂模型实验结果表明,柔性封窜剂具有韧性好、可任意变形、不易破碎断裂、化学稳定性好的特点,在高于或低于临界压差条件下,能够自身形变通过地层喉道或自身形变堵住喉道,实现油藏深部封窜,尤其是高压高流速注入更有利于发挥封堵作用。     

不同土壤水分对丹参叶片总酚酸类成分积累及相关酶活性的影响

以丹参(Salvia miltiorrhiza Bunge)为材料,采用盆栽实验,研究丹参叶片在不同土壤水分(田间持水量的35％、55％、75％)条件下总酚酸类成分积累及相关酶活性的变化规律.结果表明干旱胁迫后期,丹参叶片总酚酸类成分积累明显提高,表现为总酚酸含量以55％处理最高,35％处理次之,75％处理最低,其中55％处理总酚酸含量达到75％处理的1.50倍,35％处理达到75％处理的1.31倍.处理前期,55％土壤含水量能够促进PAL酶活性提高,而处理中后期55％和35％土壤含水量均能够促进TAT酶活性提高,但干旱胁迫对CAH酶活性影响不显著.丹参叶片总酚酸类成分的积累与PAL和CAH酶相关,未发现与TAT有明显关系.这为丹参叶片资源的开发和丹参范化种植与灌溉提供了理论参考,也为丹参药材的质量控制提供了指导.     

近距离高瓦斯煤层群首采工作面顶板裂隙发育规律研究

确定顶板瓦斯运移规律及其富集区是综合治理高瓦斯工作面卸压瓦斯的关键。本文对我国西部地区典型的近距离高瓦斯煤层群4.2m大采高工作面回采过程中顶板裂隙演化特征进行FLAC3D模拟,研究得出在工作面顶板覆岩10倍采高处,纵向裂隙和横向裂隙发育最剧烈且相互导通,形成高瓦斯富集区。此对大采高工作面卸压瓦斯的安全高效治理具有理论和实际指导意义。     

半干旱半荒漠地区沙柳周边土壤水分分布规律研究

土壤与植被是土壤-植物-大气连续体(SPAC)系统中两个相互依存和影响的重要因素.土壤水分是影响沙地植被稳定性的决定因素之一.通过对半干旱半荒漠地区主要植被沙柳根系发育区域内土壤水分的测定,分析了植被周围土壤含水量在水平、垂直方向的变化规律以及土壤含水量与日照、降雨、沙坡位置等因子的关系.结果表明:降雨引起沙地表层土壤含水量增加;65 cm深度土壤含水量偏小;根系的分布使得植株下方土壤含水量减少;土壤水分和植物根系存在相互作用的关系.     

田间土壤墒情预报模型关键参数确定方法研究

为了构建黄河下游引黄灌区墒情预报水量平衡模型,分析了气象、作物蒸腾蒸发、地下水埋深、土壤特性等因子与大田土壤墒情之间的关系。确定构建模型需要率定的参数有作物蒸发蒸腾量、深层渗漏量、降雨量、灌溉量和地下水补给量等,并提出了各参数的计算方法。