深水半潜式钻井平台水下设备作业虚拟仿真教学平台构建

深水油气钻井与陆地及浅水的同类作业存在显著差异,给海洋油气工程专业学生的现场实习、实践带来了诸多困难。为加深学生对深水油气钻井工程装备的认知,采用虚拟仿真技术,构建还原度高、实战性强的深水半潜式钻井平台水下设备作业虚拟仿真教学平台,实现隔水管运移存储及下放、隔水管与上部升沉补偿装置及底部立管总成的连接、水下防喷器结构及安装等功能,帮助学生在无需前往深水平台的前提下、在虚拟环境中系统掌握水下设备的操控方法及作业程序,提升学生的深水钻井作业的工程实践能力。

风浪联合作用下深水半潜平台耐波性能的数值模拟

通过数值模拟方法,研究风浪联合作用下深水半潜平台的耐波性能。该方法通过建立风速与波浪相干函数模型,利用该模型获得当前深水半潜平台不同工况下风速与海浪的关系,再计算风浪联合作用下深水半潜平台的海浪作用力和风作用力,以2个数值为基础,构建深水半潜平台耐波性能数值模拟模型,在不同情况下模拟风浪联合作用下深水半潜平台耐波性能。实验结果表明:该方法可在不同波浪周期时,模拟风浪联合作用下深水半潜平台的横荡和垂荡数值,在波浪周期较小时,垂荡与横荡数值也较小,深水半潜平台的耐波能力较强;风浪角越大,在波浪周期相同时深水半潜平台的垂向弯矩数值越大,其耐波能力则较小。

旱区陆面非降水性水分研究进展和展望

随着全球气候变暖,自然生态系统和水资源压力不断增加,加剧了全球水资源的短缺。旱区非降水性水分(Non-precipitation Water,NPW),作为一种重要的水源,对旱区生态系统和陆面水分平衡具有显著影响。本文基于国内外非降水性水分研究现状,总结其在西北旱区的观测方法、变化特征、形成机制及对陆面水分平衡和作物的影响。在结合非降水性水分研究国际趋势的基础上,指出当前研究的不足和问题,以及未来研究的重点方向:揭示陆面非降水性水分的复杂形成机制,加强对不同气候区和下垫面非降水性水分的认知,建立专门的陆面非降水性水分观测系统,发展其在数值模式中的参数化,以及制定陆面非降水性水分开发利用的技术标准。

2005-2017年中国干旱半干旱区典型生态系统土壤储水量数据集

土壤水是地球水体的重要组成部分之一,陆地上植被和作物所利用的水分主要是从土壤中直接汲取的。因此土壤水的存贮、补给、消耗、更新和平衡对全国尤其是干旱半干旱区域的农业、牧业、林业、自然生态环境和水资源平衡,有着极其重要的意义。本数据集选取中国生态系统研究网络(CERN)位于中国西北干旱半干旱区的8个生态系统观测研究站,收集整理了各站2005–2017年的土壤含水量长期观测数据,通过质量控制、开展剖面-样地尺度上层次及时间归一化统计计算,生成了相应的土壤储水量数据集,以期为中国干旱半干旱区典型生态系统土壤储水量分布及变化状况提供长时序的数据刻画和支撑。

长期施用有机肥对半干旱区春小麦产量及其水分利用效率和土壤有机碳的影响

以国家土壤质量安定观测试验站黄绵土区的农田长期定位试验为研究对象,研究长期施用有机肥对半干旱区春小麦产量及其水分利用效率和有机碳的影响。结果表明,连续种植7年春小麦,施肥显著影响小麦产量及其水分利用效率,以化肥与有机肥配施(NPKM)处理效果最好,较单施化肥(NPK)、单施有机肥(OM)处理春小麦产量和水分利用效率分别增加了7.18%和7.82%、5.91%和3.83%;在定位施肥初期(前3年),NPKM和NPK处理的效果优于OM,在第4年三者无差异,而第5年及之后,NPKM和OM处理的效果明显好于NPK处理。长期NPKM和OM处理较NPK处理0~20 cm土层土壤有机碳含量分别显著增加了36.88%和31.98%,有机碳储量分别显著增加了31.17%~41.94%和27.80%~35.81%,表层0~10 cm的增加效果显著好于10~20 cm土层。不同施肥处理对0~20 cm土层土壤微生物生物量碳(MBC)的影响表现为NPKM>OM>NPK>CK,且差异显著,长期NPKM和OM处理较NPK处理土壤MBC分别显著增加了46.4%和28.7%,长期单施NPK处理可显著增加土壤MBC含量,但对有机碳影响不明显。综上所述,长期NPKM或OM处理可显著增加黄绵土小麦地土壤有机碳和MBC含量,增加有机碳储量,有利于农田土壤固碳增汇,提高小麦产量及其水分利用效率。

干旱半干旱区典型林分持水性能比较研究

[目的]水分供给是制约干旱及半干旱区发展的决定因素,科学评估干旱半干旱区典型林分的持水性能是规划防护林建设,调控林分结构与进行树种选择的重要依据。[方法]以库布齐沙漠鄂尔多斯造林总场内5种典型人工林为研究对象,利用野外收获法与室内浸水法分析林冠层、林下植被层、枯落物层及土壤层持水性能,引入模糊物元模型,结合欧式贴近度对不同林分持水性能进行定量评价。[结果](1)不同树种间林冠持水能力差异显著,表现为杨树旱柳混交林>榆树林>杨树林>沙柳林>樟子松林,林分持水量介于2.36~9.98 t/hm^(2)。(2)各林分林下植被的持水量介于0.84~3.66 t/hm^(2),生物量介于1.33~3.92 t/hm^(2),生物量表现出与持水量相同的变化趋势。(3)枯落物持水量介于1.96~29.25 t/hm^(2),生物量介于1.43~13.62 t/hm^(2),对数函数和幂函数可较好表现枯落物的动态持水量和动态吸水率。(4)各林分间土壤毛管持水量介于543.80~645.71 t/hm^(2),饱和持水量介于562.87~694.78 t/hm^(2),杨柳混交林土壤容重低于其他纯林,同时孔隙度比其他林分高。(5)欧式贴近度大小排序为杨柳混交林(0.805 6)>沙柳林(0.387 7)>榆树林(0.374 7)>杨树林(0.357 2)>樟子松林(0.163 2),欧式贴近度越大,林分持水性能越强,5种林型中杨柳混交林持水能力最强,樟子松林最差。[结论]建议未来经营干旱半干旱区人工防护林建设中,适当提高混交林比例,并尝试通过更多林分合理搭配进行防护林建设保护。

煤气间接冷却改造后脱硫系统副盐升高的原因分析及对策

传统固定层常压间歇式气化炉半水煤气采用循环水直接冷却,存在有害物质向空气中逸散的问题。根据国家环保政策要求,山西晋丰煤化工有限责任公司将煤气直接冷却改造为间接冷却。改造后,煤气循环水有害气体逃逸问题得以解决,但煤气中氰化氢被带往一次脱硫工段,并形成硫氰酸钠副盐,造成脱硫塔堵塞与物料消耗过高。介绍了硫氰酸盐的形成机理,并重点就脱硫溶液分盐技术和NHD溶液脱硫技术两种改造方案进行了分析。

基于CWDI蒙冀半干旱区近60a谷子干旱时空变化特征

谷子是半干旱区的特色作物,具有耐旱稳产的特点。蒙冀半干旱区是谷子的优势产区,种植面积及总产量均居全国前列,但干旱严重威胁着该区谷子生产。为揭示干旱对谷子生长过程的影响,提高谷子生产应对干旱风险的能力,选取研究区内27个气象站点1961-2019年谷子生长季(5-9月)逐日气象数据,采用作物水分亏缺指数(CWDI)作为干旱指标,结合干旱强度、干旱频率、干旱站次比分析谷子干旱的时空变化特征。结果表明:(1)近60a,蒙冀半干旱区谷子干旱强度呈下降趋势。干旱的发生频率和站次比均随干旱等级的升高而降低。(2)在谷子各生育阶段,干旱强度和干旱频率表现为拔节期>苗期>成熟期>灌浆期>抽穗期。(3)空间分布上,研究区内谷子干旱强度和干旱频率均表现为由西北向东南逐渐降低,其中中旱、重旱和特旱的发生范围均减小。干旱强度和频率的降低有利于蒙冀半干旱区的谷子生产。

黄河南岸灌区玉米根系吸水来源研究

【目的】明晰玉米根系吸水来源。【方法】采用液态水稳定氢氧同位素技术,通过监测黄河南岸灌区上、中、下游灌域的分层土壤水和玉米根系土壤水中的氢氧稳定同位素组成,结合直观图法和MIXSIAR模型确定玉米根系吸水来源,分析各供给水源的贡献比例。【结果】拔节期玉米生长较快,需水量较大,灌区上、中、下游干旱程度不同,导致玉米根系主要吸水深度也不同。上游主要吸收0~20 cm土层的土壤水,其水源贡献率为38.1%,20~40cm土层贡献率为23.7%;中游主要吸收20~40 cm土层的土壤水,贡献率为43.6%,0~20 cm土层贡献率为27.4%;下游主要吸收20~40 cm土层的土壤水,贡献率为63%,0~20 cm土层贡献率为20%。【结论】干旱环境下玉米会改变根系吸水深度,整个生育期内玉米根系吸水深度由浅入深再变浅;且玉米对各潜在水源的利用比例与其根系吸水深度以及不同水源对土壤水的补给密切相关。

冻融循环作用下路基结构水热汽迁移规律研究

在冻融循环环境下,路基结构内水分迁移是导致道路冻胀、融沉变形的主要原因。为了探究冻融循环条件下路基结构的水热汽迁移规律,模拟了实际工程的路基结构,基于半透膜材料开展了冻融循环条件下的水、汽分离的水分迁移试验,通过监测试样的水热变化、荧光素上升图像、补水量和集水量变化曲线,得到了水分迁移规律,进而分析了土的孔隙结构、升降温速率和温度梯度等因素对水汽迁移和液态水流出特征的影响。试验结果表明,在土水势作用下,马氏瓶的水分首先以水-汽混合的形式在土柱中向上迁移,达到一定高度后,转变为以水汽的形式向上迁移。非饱和土柱的水汽会透过半透膜向碎石层和控温板底迁移,在整个冻融循环过程中,水汽向碎石层和控温板底的迁移量呈现线性增加的趋势,表明水汽迁移在水分聚集过程中的作用不可忽视。碎石层和控温板底液态水的流出主要集中在每个冻融周期的两个阶段,第一阶段为降温阶段,以冷凝水为主;第二阶段为融化阶段,以融化水为主,融化水占一个冻融周期液态水流出量的70%以上。粉质黏土孔隙较小导致水汽迁移主要受体积含气率的影响,随着粉质黏土土柱含水率的增加,水汽迁移量呈减小趋势。而砂土的孔隙较大,水汽迁移主要受水汽扩散增强因子的影响,随砂土土柱含水率的增加,水汽迁移量呈增大趋势。降温速率减小使冻结锋面有一个缓慢下移的过程,减小土体冻结对水汽迁移通道的封闭影响。升降温速率的减小导致碎石层和控温板底的水分聚集量增大。较大的温度梯度导致水汽扩散系数和水汽密度梯度的增加,从而引起碎石层和控温板底的水汽迁移量增大。

半干旱地区秸秆还田对土壤有机碳组分及产量的影响

为了探索半干旱区玉米秸秆还田对土壤有机碳组分和产量的影响,以黑龙江省农业科学院齐齐哈尔分院秸秆长期定位试验田为研究对象,对CK(常规种植)、FM(秸秆翻埋还田)和FG(秸秆覆盖还田)3种处理下土壤颗粒有机碳、水溶性有机碳含量及玉米产量进行分析。结果表明:不同处理各土层均是黏粒(<0.053μm)有机碳含量最高。FM处理4个土层砂粒(>0.250μm)和黏粒(<0.053μm)有机碳含量平均值分别提高了21.78%和20.51%,FG处理分别提高了25.87%和13.52%。FM处理在各土层水溶性有机碳含量最高,在0~10和>10~20 cm土层中顺序为FM>FG>CK,其中FM处理分别较CK增加22.73%和38.25%,FG处理分别较CK提高2.48%和26.32%。在>20~30和>30~40 cm土层中,土壤水溶性有机碳含量依次为FM>CK>FG,其中FG降低幅度分别为14.55%和9.41%,而FM处理增加幅度分别为10.68%和17.85%。不同处理之间穗长、穗粗和穗行数差异不明显。穗粒数顺序为FM>FG>CK,籽粒含水量顺序为FG>CK>FM;产量顺序为FM>FG>CK,FM和FG处理分别较CK增产5.20%和3.20%。

水体震荡对鲢鱼卵孵化的影响

大坝建设使江河水文条件发生显著变化,明确震荡波动的水环境对漂流性鱼卵孵化过程的影响,对鱼类繁殖及资源保护具有重要意义。通过室内试验,采用外界能量输入法分析震荡能量与孵化率之间的关系,探究6个不同发育阶段鲢(Hypophthalmichthys molitrix)鱼卵经过水体震荡后的孵化率、仔鱼畸形率及孵化历时变化。结果表明,随水体震荡强度或震荡时长增加,胚胎孵化率逐渐降低,仔鱼畸形率也逐渐升高;处于原肠期的鱼卵对震荡最为敏感,其孵化率由80%以上降至40%以下,且孵出的仔鱼全部畸形;大部分发育阶段的受精卵经过震荡后孵化历时缩短,其中器官分化期和出膜期的鱼卵孵化历时减少30%以上;当卵裂期单个鱼卵输入的机械能由0增加至3.733×10^(-5)J,其孵化率下降约20%,畸形率增加50%以上。震荡后的胚胎孵化历时缩短现象是环境诱导的结果,间接证明了漂流性卵鱼类孵化机制的可塑性与多样性。研究结果为衡量外界环境刺激胚胎程度强弱提供了新的量化思路和方法。

王家寨隧道第三系半成岩富水段涌水突泥机制及风险评估

为探究隧道穿越第三系半成岩富水段时引发的涌水突泥、冒顶等地质灾害机制,依托云南临清高速公路王家寨隧道,通过室内力学试验和模糊层次分析法,对第三系半成岩力学特性、作用机制及涌水突泥灾害风险进行分析。研究表明:1)王家寨隧道第三系半成岩遇水软化特性明显,随着含水率增加其黏聚力先增后减,内摩擦角不断减小,含水率为18%时黏聚力与内摩擦角分别为12.53 k Pa和7.35°,围岩逐渐失稳。2)软弱的第三系半成岩、高地下水量及隧道开挖扰动为王家寨隧道第三系半成岩富水段发生涌水突泥灾害的主要影响因素。3)王家寨隧道第三系半成岩段可按工程地质条件、水文地质条件划分为A、B、C、D 4段,各段涌水突泥灾害风险由大到小排序为B段=C段>A段>D段,其中评估的A段涌泥量与实际涌泥量较为吻合。

大幅面高分辨率光学遥感影像的水体半自动提取

针对大幅面高分辨率光学遥感影像因背景复杂、水体内部以及周边环境变化差异等因素导致的水体提取不完整和误提取问题,提出一种水体(湖泊和水道)半自动提取方法。首先,根据水体分布将大幅面影像划分为多个具有重叠边界的子影像块,并在其中以矩形框的形式标记感兴趣的水体;然后,由矩形框为模板计算此类水体的光谱特征,以其为匹配项实现子影像块水体的粗提取;最后,利用水体区域的形态特征对粗提取结果进行精细化处理。与基于局部二值模式和分割的水体提取方法作对比,对含有不同水体的GF-2影像进行了测试,从定性和定量两方面对提取结果进行比较和分析,结果表明了该方法的优越性。

直接进样-超高效液相色谱串联质谱法同时测定水中14种半挥发性有机污染物

建立了直接进样-超高效液相色谱串联质谱法(UPLC-MS/MS)同时测定水质中乐果、涕灭威、敌敌畏、克百威等14种半挥发性有机污染物。结果表明,14种半挥发性有机污染物在0.5~100μg/L范围内线性关系较好(r^(2)≥0.99),方法检出限在0.011~0.042μg/L之间,测定下限在0.046~0.169μg/L之间;3个加标水平下的平均回收率为85.8%~118.0%,相对标准偏差为0.49%~8.31%。该方法操作简单、灵敏度高,适用于生活饮用水、地下水和地表水中14种半挥发性有机污染物的快速检测。

避雨条件下水分胁迫对中稻不同生育期生长指标及产量的影响

为了查清不同程度的干旱胁迫对中稻生长指标及产量的影响,以杂交稻“天优华占”为材料进行盆栽试验,在分蘖期、孕穗期、抽穗期和乳熟期设置轻旱、中旱、重旱三个水分胁迫水平,以正常间歇灌溉为对照(CK),监测土壤含水率,测量各生育期不同水分梯度下的株高、分蘖数、叶绿素含量和叶面积,分析各生育期不同干旱胁迫对水稻生长指标和产量的影响。结果表明:干旱胁迫在拔节—孕穗期对株高抑制最显著,分蘖期对分蘖数和叶面积影响最明显,抽穗—开花期对叶绿素的合成影响最大且日需水量最高;干旱胁迫对产量最敏感的时期是抽穗—开花期,不同胁迫水平均会减少水稻的有效穗数、千粒重和结实率,三个胁迫水平较正常水平(CK)分别减产27.57%、44.23%、46.32%;采用相关分析得出影响产量相关度从大到小依次为千粒重、结实率和有效穗。因此,确保抽穗—开花期的水分供给能够有效改善水稻的千粒重、有效穗和结实率,提高水稻的产量和水分利用效率。

半自然水域长江江豚母幼互动行为的初步研究

动物对后代的抚育和互动行为是提高后代成活率和保证基因延续的重要方式,因此动物在自己的存活基础上,还要抚幼和照料后代.2014年5月—2015年6月,采用目标动物取样法对生活在铜陵淡水豚国家级自然保护区半自然水域的两对母幼豚的互动行为进行初步研究.结果表明,长江江豚母、幼豚间的背驮、伴游、干涉行为具有明显的周期性.在幼豚前2月龄,干涉行为和背驼行为比较多,可能是刚出生不久的幼豚活动能力有限,需要母豚的直接干预;在幼豚前6月龄前伴游行为常见,全年均可常见身体触碰行为.同时发现,随着幼豚月龄增加,幼豚与母豚的分离时间也有所增加.本研究提供了半自然环境下母幼豚的互动行为方式,对江豚的异地保护与管理具有一定的参考价值.

半航空瞬变电磁数据处理与解释在贺斯格乌拉露天煤矿水灾害勘探中的应用

为减少地下涌水对煤矿开采的影响,确保内蒙古自治区锡林郭勒盟贺斯格乌拉露天煤矿安全开采,笔者采用半航空瞬变电磁法对该煤矿进行地下水勘探。通过Occam反演获得地下低阻电性异常的分布情况,并与核磁和钻孔结果进行对比,得出以下主要结论:①第四纪松散岩类含水砂层相对高阻,白垩纪大磨拐河组碎屑岩类孔隙裂隙含水层及煤层表现为低电阻,完整的大磨拐河组地层表现为相对高阻;②测区地下水渗流通道主要分布在白垩纪地层碎屑岩类孔隙裂隙水含水层中;③地下富水区域主要集中在标高840~880 m这一范围内,随着深度变深,富水区域面积逐渐变小。

基于特征选择的半潜式平台故障信号探究

“蓝鲸2号”第七代深水半潜式钻井平台,其工作环境恶劣且远离港岸,故保障平台的平稳运行和安全是重中之重。该平台电力系统警报信号特征种类众多、特征重要程度模糊,仅利用单分类器方法无法准确划分故障警报信号,因此,引入集成学习算法并结合特征选择技术,提出基于支持向量机递归特征消除(SVM-RFE)的Bagging-AdaBoost分类模型(SRBA),用于解决多特征分类问题。结果显示提出的SRBA集成学习算法综合分类正确率达96%,在分类精度上优于Bag⁃ging、AdaBoost、Bagging-AdaBoost分类器对比模型,该方法具有较高的稳定性和分类准确度,是一种更为有效的分类手段。

贵南高铁南宁段古近系泥岩膨胀性判别指标适用性分析

贵南高铁南宁段古近系泥岩是湖沼沉积型半成泥岩,易遇水软化,失水崩解,有一定胀缩性。依托贵南高铁南宁段泥岩样品膨胀性试验数据及路堑边坡人字型骨架开裂的实际现象,采用了相关性、线性回归、匹配度等分析方法,对膨胀性判别指标适用性进行了研究。研究结果表明,干燥饱和吸水率单指标膨胀潜势分级结果与实际较接近,天然湿度样品的膨胀力、交换阳离子含量、蒙脱石含量及自由膨胀率等单指标膨胀潜势分级结果易下降1–2个等级。