冰盖下水流紊动特性试验研究

河冰是陆地冰冻圈的重要组成要素,在生消演变过程中影响水流运动规律,受冰凌影响河流流态可分为明流、完全冰封和部分冰封。为探究冰盖下水流的紊动特性,采用声学多普勒三维测速仪测量3种流态的恒定均匀流场,对比分析纵向时均流速、雷诺应力和紊动强度的分布规律。结果表明:完全冰封流纵向时均流速垂向上呈不对称“■”型分布,雷诺应力在垂向上线性分布,紊动强度在基于双层假定划分的冰盖层和床面层均符合指数分布律;部分冰封流纵向时均流速垂向分布兼具明流和完全冰封流的特性,存在横向动量交换,导致冰盖区、明流区和过渡区的雷诺应力和紊动强度在水深方向上也存在明显的差异。试验结果可为冰凌灾害防治和供水安全保障提供理论指导。

基于高维Copula函数的逐日潜在蒸散量及气象干旱预测

尝试引入高维Copula函数对影响参考作物蒸散量ET0的气象因素进行联合分布构建,揭示不同变量间的相关结构,建立多元气象因素对ET0的联合分布模型,对逐日ET0及短期干旱等级进行预测,并将枯季1-4月份的多维Copula联合分布预测模型的系统性偏差构造成修正函数,代回ET0预报模型以改善预报效果,利用洱海流域内大理站1954-2018年逐日气象观测数据,以FAO Penman-Monteith方程为标准值对比分析。结果表明:1)平均气温(T)和最高气温(Tmax)2个气象因子组合时,二维Normal Copula模型对逐日ET0预测的精度最高,叠加上修正函数项之后,相对误差小于10%、15%、20%、25%的样本比例分别提高到71.6%、84.4%、91.4%、96.5%,全年符合指数IA变化范围为0.98~0.99,平均偏差ME为0.17~0.30,均方根误差RMSE为0.54~0.64,Nash-Sutcliffe效率系数为0.90~0.98;2)将逐日ET0预测方法应用于逐日气象干旱预测评估(以逐日SPEI指数为例),逐日SPEI指数预测值与标准值的相关系数为0.95~0.99,平均偏差ME为-0.10~0.35,均方根误差RMSE为0.20~0.30,符合指数IA为0.97~0.98,Nash-Sutcliffe效率系数NSE为0.91~0.97,在降水量多的季节,Copula函数模型预测ET0的精度更高一些,且逐日SPEI预测的误差参数都优于逐日ET0的预测结果。

考虑“蒸发悖论”的洱海灌区逐日参考作物蒸散发预测

【目的】为估算参考作物蒸散发(ET_(0))和灌溉实时预报调度、区域农业干旱评估提供依据。【方法】以滇中高原上洱海湖滨灌区的大理气象站为例,探究“蒸发悖论”现象出现的时期,采用气象因子线性回归模型、蒸发皿折算系数K_(p)模型、气象因子+蒸发皿蒸发(E_(pan))多元回归模型、Normal Copula模型等4种方法计算逐日ET_(0)进行预测对比,并与Penman-Monteith公式计算所得的ET_(0)进行对比。【结果】①1954—2018年大理站20 cm蒸发皿蒸发量呈下降趋势,ET_(0)和气温呈上升趋势,但ET_(0)的上升趋势更平缓;虽然在长时间序列上ET_(0)和蒸发皿蒸发量有相反的变化趋势,但在年代际存在显著的差异性,1960年和2000全年以及四季均出现“蒸发悖论”,1970年则是全年以及夏、秋、冬三季出现“蒸发悖论”,1990年仅夏季出现“蒸发悖论”,2010年秋季出现“蒸发悖论”。②在未出现“蒸发悖论”时期,加入E_(pan)后的气象因子多元回归模型法(ET_(0,Epan+Metr))所得逐日ET_(0)预测结果与标准值的误差最小,其次为单纯的气象因子多元线性回归模型法(ET_(0),Metr),最差为K_(p)模型法(ET_(0),K_(p));加入E_(pan)后的气象因子多元回归模型(ET_(0),ET_(0,Epan+Metr))逐日ET_(0)预测的相对误差(ERR)小于15%、20%、25%的样本数达到了79.18%~90.16%、89.32%~97.23%、94.79%~98.36%。③出现“蒸发悖论”时,蒸发皿蒸发与ET_(0)的变化趋势相反,只能采用Copula联合分布函数模型预测,构建T-T_(max)二维Normal Copula模型的精度更高,ERR小于15%、20%、25%的样本数为73.70%~86.56%,82.51%~92.95%,89.89%~98.52%。【结论】通过M-K检验判别是否处于“蒸发悖论”期,以决策选用加入E_(pan)后的气象因子多元回归模型,还是T-T_(max)二维Normal Copula模型,二者均可显著提高逐日ET_(0)预测模拟的精度。

顾及生态安全格局的流域生态保护红线划定及管控研究——以云南杞麓湖流域为例

生态保护红线划定是保障国土空间生态安全的重要举措,对保持生态系统的完整性,实现可持续发展具有重要意义.本文基于生态系统服务功能和生态敏感性对杞麓湖流域进行生态安全格局体系的构建,并开展精细化的生态保护红线划定研究,并进一步结合无人机航拍影像及实地调研成果,构建管控路径.得到结论:(1)水源涵养、水土保持、生物多样性、洪水调蓄重要性评价中的极重要区域叠加得到生态系统服务功能极重要区.者湾河、长沙河、大沙河及沟谷密度较大的山区敏感性最高,坝区整体生态敏感性较高.(2)一级生态保护红线范围包括生态极重要区域、生态极敏感区域及湖泊岸线、水库.二级生态保护红线范围包括环湖生态缓冲区、山区林地生态缓冲区及以河流为主的生态廊道.三级生态保护红线范围为生态协调区,土地覆盖以农田为主.(3)一级生态保护红线范围内的生态极敏感区应采取相关生态修复技术进行生态功能的保护.二级生态保护红线范围以生态保护为重点,保持该区域的生态环境质量.三级生态保护红线范围通过生态修复进行整体优化,提高生态环境承载能力.

面向国土空间规划的流域景观时空分异特征及驱动因子研究

景观格局的时空分异是国土空间结构和功能演变的重要表征,揭示景观时空分异特征及其驱动因子是构建人地关系和谐的国土空间规划格局的基础。研究以云南省杞麓湖流域为例,基于2002年、2010年和2018年三期遥感影像进行土地利用变化分析,采用景观格局指数揭示流域景观的时空分异特征,构建景观破碎化综合指数,结合实地调研成果与地理探测器剖析景观破碎化与自然和人文因子间的耦合关系。结果表明:2002—2018年,杞麓湖流域林地、水体和其他用地面积总量减少,耕地略有增加,建设用地显著增加;流域景观整体呈破碎化发展趋势,且在乡镇水平上时空分异明显;高程、人类活动强度、土地利用类型、坡向和坡度因子对流域内景观破碎化空间分异的解释差异显著,其中高程因子的解释能力最强;此外,驱动因子间的交互作用加剧了景观破碎化的空间分异。

汉江流域水源涵养和水质净化服务时空分析

论文基于InVEST模型的水源涵养和水质净化模块揭示汉江流域2000年、2005年、2010年及2015年的水源涵养和水质净化服务功能的时空格局及演变特征,以期为汉江流域土地利用规划编制以及水资源资产保护工作提供科学的指导。研究结果表明:(1)2000-2015年,汉江流域的水源涵养能力整体出现先增强再减弱的趋势,同时在空间上呈现出明显的空间异质性。东南地区和西南部分地区的水源涵养服务能力较高,中部地区的水源涵养服务能力较低。(2)残差趋势分析结果表明,土地利用变化是产水量变化的主要驱动因素。为了提升汉江流域的水源涵养能力,应当进行合理的土地资源配置,保障流域内的生态环境安全。(3)2000-2015年,汉江流域的水质净化能力整体呈现不断增强的趋势,汉江流域东部地区的水质净化能力明显强于其他地区。(4)汉江流域的人类活动尤其农业活动是造成水环境污染的主要原因。

地震作用下可液化场地管道上浮动力响应及影响因素分析

地震作用下土体发生液化之后,由于超静孔隙水压力的产生和土体抗剪强度的降低,管道易发生上浮破坏。为研究管道上浮动力反应的影响因素,基于OpenSees有限元软件,通过目标反应谱和谱匹配等方法选取地震波,考虑不同管土特性和地震动特性,对地震作用下管道上浮动力反应进行了二维数值模拟。结果表明:土体相对密度、管径和管道埋深对管道上浮反应的影响较大,分别给出了土体相对密度、管径、管道埋深对管道上浮位移的影响规律及对应拟合公式;长持时地震动作用下,超静孔隙水压力消散较慢,管道上浮位移可达短持时地震动作用下管道上浮位移的2倍左右;近断层脉冲地震动作用下,管道上浮破坏和横向破坏两种破坏模式同时存在,且由于速度脉冲效应,管道横向破坏风险大于上浮破坏风险。

基于点云滤波的DOM自动生产算法

针对目前生产高精度DOM生成效率低、人工编辑干预较大等现状,提出了一种基于点云滤波的DOM自动生产方式。该方法通过对空三解算后的影像匹配密集点云DSM,使用基于TIN的加密滤波方式进行滤波计算,解决了滤波后空洞区域插值问题,制作出满足微分纠正需求的DEM模型,并基于该模型进行微分纠正生成DOM成果。通过选取ISPRS城区试验数据和实际工程山区数据进行验证,证明该算法不仅提高了效率,同时优化了成果质量,DOM成果精度符合规范要求。

云南立体气候条件下参考作物腾发量计算方法的适用性研究

【目的】合理估算云南省特殊气候条件下的参考作物腾发量,验证不同ET0计算方法的适用性。【方法】利用云南省6个灌溉用水分区的14个气象站资料,以FAO推荐的ET0计算方法(FAO-56 Penman-Monteith法)为标准,利用标准差(δ)、相对误差(RE)、一致性指数(IOA)、Nash-Sutcliffe系数(NES)、线性回归法、反距离加权平均法等指标和方法对其他6种常用ET0计算方法的适用性进行评价。【结果】随着降水量的减少,ET0大体上呈增加趋势。受云南省特殊低纬高原季风气候及“通道-阻隔”效应影响,云南省各分区逐月ET0值呈双峰曲线的变化规律,峰值分别位于4月和8月。不同水平年ET0计算方法的适用性不存在一致的规律性,6种ET0计算方法与FAO-56 Penman-Monteith法计算得到的ET0计算结果的线性回归绝定系数(R2)均大于0.9,FAO-79 Penman法和Irmark-Allen法于6个分区显著相关,FAO-24 Penman法仅在1个分区显著。各分区各种方法的RE值均不大,在0~0.28之间。各方法中IOA值和NSE值在各区表现最好的方法为FAO-79 Penman法,IOA值和NSE值分别为0.65~0.96和0.58~0.89。【结论】FAO-79 Penman法在云南省除干热河谷区外的其他区域的适用性最强,计算精度最高;FAO-24 Penman法在云南省范围内适用最差,误差较大;FAO-24 Radiation法在除滇西北区以外的区域相对误差较小;Hargreaves-Samani法在干热河谷区及滇中区适用性较好。

云南省水利水电工程建设对当地生态环境的影响研究

云南省在水利工程建设中,虽然近年来注意了对当地的生态环境造成破坏,但是,建国70年来,有的水利工程建设对当地生态环境的影响,还是难以避免,因此,文章以云南省水利工程建设为核心,结合当地的建设情况,来探究云南省水利工程建设对生态环境造成的影响,分析了云南省在水利工程建设中造成的影响,并提出云南省在水利工程建设中,对生态环境造成影响的应对办法,只有坚持水利工程建设要坚决以保护当地的生态环境为宗旨,才能把云南省的保护生态环境的工作做好。

考虑场地效应的概率地震危险性分析——以玉溪为例􀆽

为了定量表征场地效应对概率地震危险性分析(PSHA)结果的影响,采用OpenQuake软件计算方法,针对玉溪地区,开展了考虑场地效应的PSHA分析,生成了基于基岩场地和实际场地的玉溪市50年超越概率10%的地震动峰值加速度(PGA)和0.5秒反应谱加速度(Sa(0.5 s))危险分布图。结果表明:考虑场地效应(实际场地)的PGA和Sa(0.5 s)危险值分别分布在0.12g~0.45g和0.15g~0.55g区间;场地效应显著增大了玉溪市东部地区的地震危险性,原因是该区域地势平坦且上覆软土层;考虑场地效应的PSHA结果可用于生成针对某一特定场地的一致危险性反应谱。因此,应重点关注软弱土层场地放大效应对PSHA结果的影响,从而更为合理、科学地表征地震动危险性。

基于滑坡大变形过程的滑坡定量风险评估方法

滑坡是我国主要的地质灾害之一,滑坡风险评估是实现滑坡风险管理的重要工具。然而,现有的滑坡风险评估采用的边坡稳定性分析方法难以模拟滑坡土体的大变形过程,这极大地限制了滑坡风险评估结果的实用性。为此,提出了一种考虑滑坡大变形过程的定量风险评估方法,采用一种新的数值模拟工具——物质点方法模拟滑坡大变形过程,确定了不同滑坡破坏模式的定量特征参数。通过一个二层土坡算例说明了所提方法的有效性,采用物质点方法研究了滑坡破坏模式的大变形过程,对滑坡破坏特征参数进行了分析,同时计算了滑坡破坏概率、易损性和破坏后果,并以三者的乘积定量评估滑坡风险。结果表明,所提的滑坡定量风险评估方法可以同时实现边坡失稳可靠度分析、承灾体识别和易损性评估,为滑坡定量风险评估提供了新思路。研究发现,仅仅考虑滑坡发生可能性不能全面地评估滑坡所有潜在的不利影响,定量风险评估结果能够综合反映不同滑坡破坏模式的发生概率及其后果。滑坡风险评估结果与所选的指标有关,所提方法借助物质点方法模拟滑坡大变形过程,得到多个滑坡破坏后果指标,如滑动距离、滑动体积、滑动深度等,并综合考虑它们评估滑坡风险,使风险评估结果能够更加合理地反映实际滑坡风险的大小。

基于剪切波速的玉溪粉质黏土不排水抗剪强度空间变异性表征

稳态随机场模型被广泛应用于岩土体参数空间变异性表征,但土体不排水抗剪强度沿深度方向存在明显的变化趋势,不符合稳态假设,由于非稳态随机场模型参数较多,有限数据条件下统计不确定性对基于非稳态随机场的岩土体参数空间变异性表征结果的影响更为显著。选择基于趋势函数为线性函数的非稳态随机场表征了云南玉溪粉质黏土不排水抗剪强度的空间变异性,并基于贝叶斯理论提出了考虑统计不确定性条件下岩土体参数非稳态空间变异性表征方法,所提方法能够同时表征岩土体参数非稳态空间变异性和统计不确定性。最后,以基于剪切波速数据表征云南玉溪粉质黏土不排水抗剪强度空间变异性为例来验证所提方法,结果表明:采用趋势函数为线性函数的非稳态随机场模型可以合理地表征不排水抗剪强度的空间变异性,忽略统计不确定性导致不排水抗剪强度的空间变异性被低估。

玉溪市地震诱发滑坡危险性分析

针对位于高地震烈度区域的云南省玉溪市开展了地震诱发滑坡危险性分析。分析中考虑不同岩土体含水状态对地震滑坡危险性的影响,采用Newmark位移预测模型计算饱和和干燥状态下区域累积位移,并以此判别区域地震滑坡危险等级。分析得出以下结论:玉溪市临界加速度值大部分大于0.98 m/s^(2),不同岩土体含水率对临界加速度计算结果影响较为显著;岩土体饱和状态下低危险区域面积达到92.6%,绝大部分区域在地震作用下发生诱发滑坡的危险性较小;高、极高危险区面积会随着岩土体内孔隙水含量的增加而扩大;新平彝族傣族自治县的高、极高危险区的分布为全市最多,且主要聚集在老厂乡、桂山、古城、新化乡等乡镇街道。该研究结果为玉溪市的防震减灾资源配置提供了依据。

近断层脉冲地震动作用下土石坝动力响应分析

近断层脉冲地震动往往会对近场工程造成严重的破坏,为了探究其对土石坝的影响,基于OpenSees有限元软件,对40 m高的黏土心墙土石坝在近断层脉冲波作用下的非线性动力响应进行了二维数值模拟。在输入地震动峰值加速度相同(均为0.3 g)时,脉冲波作用下土石坝的动力响应及变形明显大于非脉冲波作用下的响应及变形,液化区域较非脉冲波作用时的液化区域更为广泛。土石坝坝体液化首先由两侧坝脚附近的饱和松砂层开始,再逐渐延伸到上游坝坡以及两侧自由场边界。随着输入地震动峰值加速度增大到0.45、0.6 g,脉冲波作用下坝顶的水平和竖向永久位移均会明显增大,此时坝体正下方超孔隙水压力增大。研究成果对位于活断层附近土石坝的动力响应分析和抗震设计具有参考价值。

Spatial variability of irrigation factors and their relationships with “corridor-barrier” functions in the Longitudinal Range-Gorge Region

在纵的范围峡区域( LRGR )和包围区域从 1971～2000 在 58 个气象学的车站基于每月气象学的数据，包括每年的 et 0 的六个因素，最大的每月的 et 0 (5月)，最小的每月的 et 0 (12月)，稻灌溉限额和全部的农业灌溉限额(到6月的从4月的每年、主要的灌溉时期)被选择用一条 geostatistical 途径检验他们的空间可变性。结果显示 Morans 的系数我，描述空间自相关的紧张，比在另外的方向在纵的方向是更大的；六个参数的空间可变性被结构的因素财务主要为 60.2%87.9% 引起；et 0 的最大的可变性(每年，在 5 月和 12 月) 出现在西北东南和东北西南方向。由于夏天季风从印度洋和太平洋的大气的环流，和大陆人在冬季，最小的分数维的尺寸和 et 0 的最大的空间可变性的温暖干燥的电流(每年，在 5 月和 12 月) 发生在西南东北和东南西北方向。稻和全部的农业灌溉要求的最高的可变性由于纵的河的走廊功能引起的蒸汽和精力散开发生在南方北方方向。最小的空间自相关在东方西方方向，它证明农业灌溉要求的六个参数被走廊障碍功能在 LRGR 和它的包围区域影响。

Temporal and spatial changes of agricultural water requirements in the Lancang River Basin

Based on the data of eight meteorological stations from the 1950s to 2007, current cropping patterns, field water moisture management, we use the Mann-Kendall and the Rescaled Range Analysis methods to research the changes of humidity and crop irrigation water requirements in the Lancang River Basin. The results show that the annual and dry season average temperatures significantly increased, and the dry season rainfall increased while wet season rainfall decreased. Evaportranspiration （ETo） increased during both dry and wet seasons at all stations except Dali, Jianchuan and Gengma, and the aridity-humidity index decreased at most of the stations. The turning points of weather factors, ETo, the aridity-humidity index, paddy irrigation requirements and total agricultural water requirements occurred from the 1960s to the 1990s. The spatial changing tendency of paddy irrigation quota increased with the increase of altitude and latitude, and the correlation coefficients are 0.513 and 0.610, respectively. The maximum value is observed in Weixi, while the minimum in Mengla.