利用DRAINMOD模型模拟银南灌区稻田排水过程

宁夏灌区大量的农田排水是目前造成黄河及其周边地表水域污染的原因之一。为了改善灌区水管理状况,该文利用美国农业部所推荐的田间水文模型——DRA INM OD,对宁夏银南灌区稻田排水过程进行了模拟研究。结果表明:模拟的农沟排水量与试验观测值极为接近,年平均排水量误差仅为0.4%;日地下水埋深预测值的N ash Su tcliffe效率系数达到了0.86;由于理论方法无法考虑田间水位的动态变化,按照平均田间水位计算的生长期内排水量超过实测值36%。这表明利用模型可以更详细地描述田间水文过程,并灵活地对灌区长期运行进行预测。

DRAINMOD模型参数灵敏度分析

参数灵敏度分析对于合理确定模型参数具有重要意义。以五道沟水文水资源实验站为研究区域,采用局部灵敏度分析方法分析了DRAINMOD模型逐日排水量对侧向饱和导水率k、排水系数D.C以及地表最大积水深度Sm的灵敏度。理论分析与计算表明:不同的参数在不同的阶段对排水过程的影响呈现不同的规律,土壤侧向饱和导水率对排水过程的模拟结果影响最为显著,而其他参数的影响则相对较小。根据灵敏度分析结果进行调参,来有效地提高模型模拟的精度。

DRAINMOD模型在农田排水系统中的应用及进展

由于农田排水系统与农业生产过程有重要的关联效应,相关问题的深入研究对进一步发展农业水土资源高效利用具有重要理论意义。DRAINMOD作为一种典型田间水文排水模型,在农田生产研究工作中应用较为广泛,其优点包括模拟过程需求参数较少,适用于长时间序列模拟农田排水、盐分运移、氮素流失、非点源污染等过程。该文阐述了DRAINMOD模型的基本原理,介绍了其几种常用的分析模块和需求参数等。在此基础上,从该模型的实际应用方向入手,回顾了该模型的开发及完善过程,比较了该模型与国内外常见的SWAP、Mike-she、HYDRUS、EPIC、RECHARGE、RECARGE及SWMM等模型在田间排水过程分析上的主要差异。对该模型近几年来在国内外不同研究方向的应用进行评述,重点包括农田排水及排水系统优化、盐碱地盐分运移模拟、氮素流失及非点源污染防治、城市雨水花园水文循环过程的应用及模型敏感性分析等。最后,针对研究现状提出了现有研究中的若干关键科学问题,为DRAINMOD的进一步完善及在农田生产过程中高效应用提供实践指导。

用DrainMOD模型模拟稻田排水与氮素流失

稻田排水伴随的氮素流失是造成当前农业面源污染的主要原因之一。DrainMOD排水模型和DrainMOD-N氮素运移模型是模拟田间尺度下土壤水氮运移的有效工具。该文将模型应用于湿润的水稻种植区,对湖北漳河灌区稻田排水和氮素流失过程进行了模拟。结果显示,水稻全生育期模拟排水总量、硝态氮和铵态氮流失总量与实测值吻合较好,相对误差分别为4.6%、16%和2.8%,但从各生育阶段分开的模拟结果来看,还存在较大的误差。经初步分析,观测资料有限,模型参数率定不充分是主要原因。研究总体表明,DrainMOD模型可以有效地描述稻田排水排氮过程,对提高水肥效率,预防面源污染具有重要意义。

利用DRAINMOD模型模拟不同排水管间距下的作物产量

农田排水工程在防御涝渍灾害、促进农作物正常生长和改善田间耕作管理等方面起着积极的作用,通过合理的排水工程来减轻或消除涝渍灾害的影响是提高产量的主要途径。DRAINMOD模型适用于地下水位管理系统及地下排水水位和产量变化。该文结合淮北平原砂姜黑土地区实测土壤、气象、作物等资料,用DRAINMOD模型进行长序列模拟,得到不同排水管间距对作物产量的影响,结果表明,对于冬小麦来说,排水间距的大小对其相对产量的影响较小,棉花生长期出现涝渍的概率超过50%,若排水间距大于40m,相对产量下降明显,在该试验区地下排水系统的设计应以棉花的设计指标作为设计参数,用于指导排水工程的设计。

基于DRAINMOD模型估算灌区浅层地下水利用量及盐分累积

在灌溉季节,尤其是下游灌区,农田地下水位较高,作物可就地利用部分浅层地下水,从而减少灌溉需水量,达到节水减排的双重目的。大田作物对浅层地下水利用量的估算是合理制定灌溉淋洗制度及控制土壤盐碱化的前提,但其估算存在一定困难。该文假设当农田灌溉、排水等水文气象条件一致时,某一作物对浅层地下水的利用量等于该田块有、无作物(即裸地)2种情况下造成地下水位差异的水量。据此,首先建立了浅层地下水利用量的计算模型,并以某一半干旱灌区为例,利用田间水文模型-DRAINMOD模拟出有、无作物2种条件下农田地下水位变化过程,然后,计算了棉花、小麦轮作期内对浅层地下水的利用量;在此基础上,进一步分析了浅层地下水利用条件下土壤剖面的盐分平衡。结果显示,该文提出的计算模型能够较好的反映大田实际情况;研究时段内,田间地下水埋深平均值为2.1 m,单位面积上作物利用浅层地下水量为305.8 mm,主要发生在作物生长阶段,其中棉花生长季内地下水利用量约为160 mm。盐分平衡计算结果显示,浅层地下水的利用使得水位以上土壤剖面盐分含量增加,但1 m以内根区土壤盐分在降雨和灌溉作用下得到一定的淋洗,未超出作物耐盐极限,不会对产量造成显著影响。研究成果可为相关灌区制定合理的灌溉制度及提高水资源利用效率提供科学依据。

基于DRAINMOD模型的雨水花园运行效果影响因素

为研究雨水花园对暴雨径流水文调控效果受不同设计参数的影响,在试验研究的基础上,利用排水模型DRAINMOD分析了雨水花园长期运行效果受其蓄水层深度、汇流面积比以及降雨特征等因素的影响。模型测试结果显示,DRAINMOD可以较好地模拟雨水花园内部水文过程;长序列(1951—2007年)模拟结果发现,试验雨水花园对暴雨径流量削减率的年均值为18.5%,经介质净化的水量占雨水径流总量的76.1%;雨水花园蓄水层深度超过某一临界值后对其滞留效果没有影响;汇流面积比增大,排水量和溢流量均增大;在雨水花园内部增加30 cm反硝化作用蓄水层后,排水量下降了19.2%,雨水花园对径流量的削减率提高到33.5%。可见,增加内部蓄水层后雨水花园对水量削减和污染物浓度去除都具有积极作用。

基于DRAINMOD模型的不同灌排模式稻田水氮运移模拟

【目的】研究不同灌排模式稻田水氮动态变化,为南方稻作区节水减排提供科学依据。【方法】基于实测的田间灌排水量及氮素变化数据,采用Morris方法检测DRAINMOD模型水氮运移相关参数的灵敏度,并利用DRAINMOD模型对传统灌排模式和控制灌排模式下稻田水氮动态进行模拟。【结果】20~40 cm土层侧向饱和导水率对稻田水分运移模拟结果影响最大,弥散系数、反硝化参数、硝化反应参数、有机质适宜分解温度对稻田氮素运移模拟结果影响较大;DRAINMOD模型能够较好地模拟不同灌排模式稻田水氮动态变化、灌排水量、氮素径流总负荷模拟值与实际值差别小于11%;与传统灌排模式相比,控制灌排模式排水量减少33.0%~72.6%,灌水量减少9.7%~37.1%,铵态氮径流负荷减少43.6%~45.0%,硝态氮径流负荷分别减少29.8%~53.1%。【结论】控制灌排模式稻田节水减排效果较好,利用DRAINMOD模型进行不同灌排模式稻田水氮动态模拟可行有效。

利用DRAINMOD模型模拟水田旱地排水径流过程

为了掌握水稻田在调洪滞涝中的作用及其影响因素,以湖北省汉川市的洪西垸径流区为例,分析了水田旱地的排水径流特点,利用DRAINMOD模型对水田旱地的排水径流过程进行了模拟分析。结果表明,模拟的排水径流量与实测值吻合较好,且旱地的模拟效果优于水田;在汛期即水田旱地作物生长期内,水田区的排水径流量小于旱地区,水稻田可较好地起到拦蓄径流的作用。

满足机械收割农艺条件下稻田排水暗管布局DRAINMOD模型模拟

在长江中下游稻麦轮作区,水稻秋收期阴雨连绵现象时有发生,收割机械因农田土壤过湿而无法及时下田收割。如果建设暗管排水系统,则可及时降低地下水埋深,保证机械收割的顺利进行。该文以江苏省扬州市江都区昭关灌区为例,以地下水埋深降至60~80 cm作为适于一般机械收割的田间排水要求,运用田间水文模型-DRAINMOD模拟了满足1~5 d机械下田条件的暗管排水布局,并分析了相应的田间水文效应以及模型主要输入参数的敏感性。根据研究区1954-2016年逐日气象数据(包含降雨、气温、湿度、风速和日照时数等)的模拟结果显示:考虑大型机械收割要求(地下水埋深大于80 cm),当暗管埋深为90~150 cm时,满足98%、95%和90%保证率的最大暗管间距分别为7.42~18.74 m、13.01~26.20 m和15.27~28.72 m;满足小型机械收割要求(地下水埋深大于60 cm)的暗管布置间距则可更大,满足98%、95%和90%保证率的最大暗管间距分别为10.36~19.59 m、18.17~30.90 m和22.88~33.02 m。多年平均机械收割天数对侧向饱和导水率、不透水层深度、土壤蒸发蒸腾量、潜水上升通量和土壤可排空体积5类参数最为敏感。研究成果可为类似水稻种植区基于机械收割要求的农田暗管排水系统设计提供理论依据。

DRAINMOD模型在农田排水中的应用

为验证DRAINMOD模型的准确性,该文采用泗阳县运南灌区4次降雨后农田短系列排水过程实测数据与模拟数据进行评价分析,两系列相关系数均在0.98以上,具有较好的相关性;Nash系数均在0.9以上,模型模拟效率较高,实用性较强。

基于DRAINMOD-S和-NⅡ模型的黄河三角洲盐碱地玉米施氮策略

玉米是黄河三角洲(简称黄三角)滨海盐碱区主要粮食作物之一,氮肥合理施用对于促进该地区玉米产量提升、养分资源高效利用以及生态环境改善至关重要。为了明确该地区玉米的适宜施氮量和施氮制度,该研究基于2 a(2019—2020年)玉米栽培田间滴灌施肥试验,校验和评估DRAINMOD-S和DRAINMOD-NⅡ模型在该地区的适用性和可靠性,从而确定田间排水沟/管间距和建立玉米适宜施氮量估算模型与施氮制度。结果表明:1)DRAINMOD-S和-NⅡ模型可较准确地模拟黄三角滨海盐碱农田地下水埋深、土壤含盐量和硝态氮含量分布的动态变化,其模拟值与实测值之间的决定系数R2均大于0.80,标准化均方根误差(normalized root mean squared error,NRMSE)均低于25%;2)通过分析排水间距与土壤渍水和盐分胁迫减产效应间的关系,推荐该地区排水间距可设为17 m;3)在兼顾作物氮素需求(即吸氮量满足玉米自身需求)、土壤持续供氮能力(收获后土壤无机氮储量与播种时大抵相近)及养分淋失风险可控(氮淋失量尽量小)等目标的前提下,基于数值模拟确定了不同气候和初始土壤无机氮含量条件下的玉米适宜施氮量,并建立了其与主要环境变量如降雨量、降雨强度和初始土壤无机氮含量之间的定量关系(R^(2)=0.70,P<0.01);4)评估了典型枯水年、平水年、丰水年施肥1~3次下不同施肥时期组合的影响,表明不同水文年里都可选择在玉米拔节期-抽雄期(或拔节期-抽雄期-灌浆期)追施氮肥2(3)次。研究结果可为黄河三角洲滨海盐碱农田玉米氮素管理提供参考。

基于DRAINMOD的长江下游平原农田排水条件对大豆产量影响的模拟

为探讨改善农田排水条件对大豆产量的影响,结合大豆耐渍试验结果,考虑当前高标准农田建设要求,运用DRAINMOD田间水文模型模拟不同排水条件下农田降渍效果及大豆产量的变化规律。研究结果表明:DRAINMOD模型可准确预测研究区农田地下水位动态变化和作物产量;仅改善农田地表排水状况对农田降渍及提高大豆产量的作用有限,通过暗管排水提高地下排水强度,可有效降低农田渍害的发生率,保证大豆因渍害减产的几率低于10%;研究区大豆田除涝降渍的暗管排水系统最优布局为间距15~20m、埋深1.0~1.1m。研究成果可为研究区及类似地区高标准农田暗管排水系统建设及大豆高产稳产提供参考。

基于MSPA和MCR模型的庐山市生态网络构建

【目的】在生态环境形势严峻的背景下,构建生态网络是连接破碎化斑块间的重要纽带,是保障物种迁徙交流的有效途径。【方法】以庐山市为研究对象,以GIS技术为核心,利用MSPA法对庐山市进行景观格局分析,再运用景观连通性评价法选取重要生态源地;其次采用AHP分析法结合专家打分法建立阻力因子评价体系构建阻力面,再基于MCR模型完成庐山市生态网络的构建,运用重力模型选取重要潜在生态廊道,给出生态网络的优化对策,最后应用生态网络分析法,对出生态网络的可行性进行分析。【结果】1)庐山市10处重要生态源地的面积为37 946.52 hm^(2),庐山和鄱阳湖为两处大型生态源地;2)遴选出19条重要生态廊道长为297.05 km,主要分布于中部地区;3)构成生态廊道的景观三要素分别为林地、水系和耕地,廊道宽度设置为300 m;4)构建形成“两区两带三轴”的生态安全格局。【结论】研究区内中心城区及中南部地区斑块分布零碎,景观连通性差,缺少生物栖息活动的绿色空间,应大力改善两地的生态环境,生态绿廊由两地内部向外部空间延伸构建,最终绿廊绿道交织成网覆盖全域,新增3个生态核心节点和9条重要生态廊道后的网络连接指数明显提高,表明构建的庐山市生态网络可行性较强。研究结果对于庐山市的城市绿地系统规划、生态园林城市的建设和生物多样性保护具有一定的指导意义。

小学生跨学科素养测评模型构建与应用研究

跨学科素养是小学生学习发展的关键素养,构建科学、合理的跨学科素养测评模型是开展小学生跨学科素养有效监测与提升的重要保证,对打破学科知识壁垒、培育新时代拔尖创新人才具有重要现实意义。研究遵循成熟的教育测评模型构建范式,厘清了小学生跨学科素养操作性定义,构建了包含跨学科知识、跨学科能力和跨学科情意3个一级指标、8个二级指标的小学生跨学科素养测评指标体系,开发了《小学生跨学科素养测评量表》,基于探索性、验证性因素分析以及层次分析法,构建了小学生跨学科素养测评模型:Y=0.306*Y1+0.412*Y2+0.282*Y3,其中Y表示小学生跨学科素养,Y1、Y2、Y3分别表示跨学科知识、跨学科能力、跨学科情意。应用该模型对全国东、中、西部地区12省市的18166名小学4—6年级学生进行测评,初步验证了模型的科学性、有效性与可操作性,并依据测评结果提出提升小学生跨学科素养的对策建议。

数字经济对体育产业高质量发展的影响——基于中介模型和门槛模型的检验

对我国19个省级行政区2012—2021年的面板数据进行实证分析,通过建立中介模型和门槛模型探究数字经济与我国体育产业高质量发展的关系。结果显示:①在固定效应模型的基础上进行实证分析发现,数字经济对体育产业高质量发展产生推动作用;②在数字经济促进体育产业高质量发展过程中,产业结构作为中介变量、科技创新作为调节变量在其中起到相应的促进作用;③数字经济与体育产业高质量发展之间显著存在产业结构一阶门槛和科技创新二阶门槛效应。提出:应从提升数字经济发展水平、优化产业结构以及提升科技创新水平等方面促进体育产业高质量发展,推进社会主义现代化体育强国建设。

基于HCPN的复杂BPMN协作模型数据流建模与验证

为了保证复杂BPMN协作模型的正确性,不仅要涵盖多实例和子进程等复杂元素,还要在检测控制流错误的同时检测数据流错误。但业务流程建模标注(BPMN 2.0)缺乏形式化语义的描述,这对模型正确性的验证造成了阻碍。因此,给出了一种具有弧权重的层次化着色Petri网(HCPN)的定义,它既可以对数据流进行形式化表示,又可以对多实例和子进程结构进行建模。进一步提出了从BPMN协作模型到HCPN模型的形式化映射方法。然后基于HCPN模型的弧权重给出了缺失、丢失和冗余3种数据流错误的定义,并提出了对应的检测算法。最后,设计了一个自动化建模与验证的框架,通过一个案例研究说明了该方法的有效性。

论大语言模型材料的证据属性——以ChatGPT和文心一言为例

以ChatGPT和文心一言为代表的大语言模型产生海量大语言模型材料,此类材料进入社会生活并产生广泛影响,讨论大语言模型材料证据属性具有重要意义。大语言模型材料可以成为证据,但是否具有证据资格需要在具体个案中进行判断。从诉讼效率出发,大语言模型证据在不同诉讼中的呈现形式可以有所区别:一般案件可以仅举示人机交流材料和使用者本地环境信息,重大案件则应完整举示。大语言模型材料区别于大数据证据和一般的人工智能证据,具有直观性强、可解释性弱、偏在于少数技术公司、可识别性弱等特点。

高压管汇材料疲劳性能测试及P-S-N模型曲线的拟合

高压管汇作为压裂设备中的主要易损件之一,其失效危害较大。它的失效原因主要是疲劳、冲蚀、腐蚀或者材料缺陷引起的刺漏和爆裂,其中尤以疲劳失效最不可预估。目前,对于高压管汇材料的疲劳性能研究不够深入,为解决高压管汇材料疲劳寿命的准确描述问题,以某国产高压管汇材料为例,进行了一系列疲劳试验,并基于试验数据,采用多种分布模型和不同S-N模型进行拟合分析,得出综合评价拟合能力最强的P-S-N模型。结果表明,该材料在中长疲劳寿命区,Weibull三参数模型在7级应力水平下综合评价能力最好;在存活率分别为50%、90%、99%、99.9%时,指数S-N模型的拟合系数均大于0.98,拟合能力最好。得出的P-S-N模型曲线可以为高压管汇的疲劳寿命以及安全设计提供依据。

面向防洪“四预”的数字孪生流域水利专业模型研发与实践应用--以数字孪生飞云江流域为例

数字孪生流域是推动智慧水利建设的核心和关键,而水利专业模型是数字孪生流域建设的重要算法支撑。从实际业务支撑角度研发面向防洪“四预”的数字孪生流域水利专业模型,包括水文、水动力、水工程调度、风暴潮等模型,并以浙江省温州市的数字孪生飞云江流域为载体进行实践应用。结果显示,在应对台风“杜苏芮”“卡努”“鸿雁”过程中,各类模型运行情况良好,水文、水动力及风暴潮模型预报值与实测值拟合程度较高,误差满足规范许可要求,水工程调度模型可实现模型预期调度效果。研发的水利专业模型和应用案例可为其他流域数字孪生建设提供参考。