Coupling Effect of Water and Phosphate on Economic Traits of Sugarcane

[Objective] The aim was to study the coupling effect of water and phosphate on economic traits of sugarcane. [Method] Taking sugarcane variety ROC22 as tested material,coupling effects of different levels of water supply quantity and different levels of phosphorus fertilizer on the yield and quality of sugarcane were studied. Among them,water supply quantity had 3 levels,that was,the water supply quantity per 10 days from the early tillering stage of sugarcane to the end of elongation was 199.5 m3/hm2 (A1),400.5 m3/hm2 (A2) and 600.0 m3/hm2 (A3),respectively; Phosphorus fertilizer as basic fertilizer had 4 levels:P2O5 0 kg/hm2 (B1),120 kg/hm2 (B2),240 kg/hm2 (B3) and 360 kg/hm2 (B4). [Result] Treatment A3B2 in water-fertilizer coupling was more suitable to improve economic traits of sugarcane. [Conclusion] The research results provide theoretical basis for the efficient utilization of water and phosphorus fertilizer in production of Guangxi sugarcane and the cultivation of high-yield and high-glucose sugarcane.

平原河网水动力优化调度与水环境改善的响应关系研究

平原河网河道流动性较差是引起水环境污染严重的主要原因,引调水是改善平原河网地区水环境的重要措施之一。本文以佛山市三山围为例,基于实测资料构建了河网水动力水质耦合模型,采用15天的连续水动力水质监测数据对模型进行了验证,并将NSE和RMSE模型评价指标用于模型评价。同时结合地势、潮汐规律和景观水位等设计了4种闸控模式和7种景观控制水位,共28种模拟工况,模拟分析了不同条件下的水动力水质改善与内外江潮位变化、引排水流量及其空间分布、闸控方式和景观水位等综合响应机理。结果表明:构建的模型合理可靠。研究区域受引排水路径的影响,河道流动性差异较为显著。综合考虑河道流量分布、水流路径、分汊河道分流作用和外江污染物浓度等对河道水质的作用效果并有效结合潮汐河网的动态水环境容量和污染源排放的时空分布对水环境的改善作用将非常显著。与低景观控制水位相比,高景观控制水位的内江动态水环境容量相对较大,污染物浓度较低。景观控制水位从0.2 m上升至0.8 m时,不同引调水路径的引水流量上升28.00%~64.70%,断面氨氮浓度削减了0.85~5.50 mg/L,削减比例达到28.89%~67.23%。本研究为平原潮汐河网水环境优化调度研究提供了新的思路,为相关部门对平原河网的水环境改善提供了重要的参考。

考虑水动力条件及水系连通的平原河网圩区畅流活水方案

针对平原河网地区水动力条件不足等问题,以嘉兴市新塍镇为例,探究不同畅流活水方案对河道水质的改善效果。构建MIKE11水动力学水质耦合模型,分析“引水/水系连通—水质”驱动响应规律,以NH3-N浓度为主要指标,分析不同活水方案的水质改善效果,并提出优化调控方案。结果表明,集中引水对区域水质改善影响较小,分散设置多个引水点可明显提高水质;直接对水质较差河道进行补水,污染物消减率在8%~30%之间,水质改善效果较明显;合理的水系连通工程可进一步增加畅流活水方案水质改善效果。

核电工程异形水箱流固耦合分布式参数模型与效用研究

在流固耦合动力分析领域,传统的Housner模型在工程设计中发挥重要作用。但其理论推导仅适用于规则水箱,采用集中质量总体模型描述液体晃动的整体效应,难以有效模拟异形水箱储液结构的局部精细响应,亟须建立适用于不规则水体晃荡的分布式附加质量模型。基于势流理论推导了一种模态综合法模型,实现了分布质量与储液器壁激振加速度的解耦。该模型能够有效剥离分布式的脉冲质量与对流质量;同时,实体网格的振型分析适用于任意形状水体的动力分析。通过算例的形式将该模型与精细声学-结构耦合(Acoustic-Structural coupling,CAS)模拟法进行了比较,验证了模型的精确性与可靠性。最后,基于本文的模型研究了核电异形的安全水箱在不同水位和减晃格栅分布下的动力响应规律,并检验了其在工程中的适用性。

中国水资源综合利用水平的地区差异与动态演进

水资源日益成为制约中国经济高质量发展的重要瓶颈。基于水质水量耦合的视角,利用中国除中国香港、澳门、台湾外的31个省(自治区、直辖市)的省级面板数据对中国水资源综合利用水平进行测度,分析地区差异及来源,并探究其时空演化规律。从区域差异特征看,全国及四大区域水资源综合利用水平呈波动上升趋势,利用水平依次为:东部>中部>东北>西部,总体呈现“自西向东不断先上升后略有下降,自南向北先上升后下降”的分布趋势;从变动情况看,绝对差异呈缩小的趋势,差异主要由地区间差异贡献,贡献率为53.72%;部分西部省区市拉低了整体的水资源综合利用水平;“邻居”水平具有正向的空间溢出效应。研究对促进我国经济社会高质量发展、提升水资源综合利用水平具有重要意义。

基于MIKE21研究生态补水对巢湖水质时空分布的影响

选取引江济淮工程中引江济巢段的2条生态补水路线,设计3种生态补水方案:方案一为西兆线、菜巢线双线引入巢湖,经裕溪河巢湖闸流出;方案二为兆河单线引入巢湖,由白石天河的白山节制枢纽流出;方案三为生态补水经兆河单线进入巢湖,经裕溪河巢湖闸流出。利用MIKE21软件建立巢湖水动力水质耦合模型,模拟巢湖水动力和水质时空变化过程及4个敏感区域(南淝河入湖口、峔山岛、忠庙和饮用水水源地)的水质改善效果。总体看来,方案二对南淝河入湖口、峔山岛、忠庙水质改善效果最优,而方案三使饮用水水源地总磷(TP)浓度降幅最大。方案二降低了峔山岛、忠庙区域蓝藻暴发的潜在风险,使总氮(TN)/TP分别从14.7、13.4降至7.4、4.0;方案三使饮用水水源地的TN/TP从10.0降至4.8,降低了饮用水水源地蓝藻暴发的潜在风险,但3个生态补水方案中南淝河入湖口区域的TN/TP均在15~20,表明蓝藻暴发风险依然较高。引江济巢工程对巢湖水环境改善有积极的效果,可以保证巢湖市饮用水水源地的水质安全,但由于西半湖的水动力环境未得到改善,蓝藻暴发的潜在风险依然较高,因此,要优化生态补水方案,并有效控制入湖河流流域的地表径流污染、农业面源污染及城市合流制系统的溢流污染。

白洋淀生态补水量质综合保障决策支持系统平台研究

在天然水资源衰减严重流域,河湖系统生态补水已经成为湖泊水生态系统修复的重要途径之一.本研究以提升河-湖系统生态补水的科学性为目标,以白洋淀为例设计并研发了集成监测-模拟模式的白洋淀上游河流生态补水量质综合保障决策支持系统平台.系统平台涵盖了基础地理信息查询、地表-地下水量水质实时动态监测、上游河流补水河道水量水质耦合模拟、基于水量平衡模型的白洋淀水位预测,以及生态补水与水污染防治综合管控方案库等核心功能.该系统可为在气候变化和人类活动共同影响下科学高效制定白洋淀生态补水水量与水质综合保障方案提供决策支持,并为基于大数据与云计算的环境与水利领域决策支持平台研发提供借鉴.

空间耦合视角下设施蔬菜生产的水土资源效应

探究设施蔬菜生产的水土资源消耗特征及耦合压力对实现农业资源的可持续利用具有重要意义。聚焦资源数量及质量,研究核算了2019年山东省设施蔬菜生产的水土资源利用效率,基于空间耦合视角评估分析了水土资源压力及其影响因素。结果表明:(1)全省尺度上设施蔬菜的蓝水足迹平均值为0.08 m^(3)/kg、灰水足迹平均值0.03 m^(3)/kg,设施蔬菜分布受地势影响明显,土壤质量存在显著的空间异质性。(2)设施蔬菜生产水土资源压力耦合协调度属于轻度失调型,平均耦合协调度为0.40,普遍存在水土资源压力的错配情况。(3)除资源禀赋外,社会经济和农资投入也会显著影响设施蔬菜生产水土资源压力的耦合协调程度,且设施蔬菜生产水土资源压力的耦合协调度具有空间溢出效应。研究可为资源压力的综合评估提供新视角,为设施蔬菜生产的水土资源可持续利用与管理提供案例参考。

基于MIKE21的小清河感潮河段水质数值模拟研究

为改善小清河感潮河段水质状况,提高水环境污染防治能力,以小清河感潮河段为研究区,利用MIKE21模型构建水动力水质耦合模型,选择主要超标污染物COD、TN、TP,利用实测水质数据对模型进行率定、验证,并模拟了不同上游来水水质、不同污染物削减条件和不同水文期突发水污染事故共3种情况下感潮河段水质变化,结果表明:经率定、验证后的水动力水质耦合模型适用于小清河感潮河段;当上游来水为Ⅳ类水时,COD、TP基本达标,TN超标,当上游来水为Ⅴ类水时都不达标,应尽量控制上游来水水质达到Ⅳ类标准,并加强流域水体TN污染治理;削减30%的点源、面源污染能够有效减少COD、TP污染,但对TN改善效果不佳;污染水团在平水期迁移过程中对水体的影响持续时间较长、浓度较大,丰水期污染物迁移速度较快,应急处理时间较少。

水体流域有机污染物非点源时空差异性特征研究

有机污染物通常来自于多种不同的非点源污染,各个非点源污染的特征、分布和颗粒物质运动路径等方面的差异性使得分析非点源污染物的时空特征更加复杂。因此,此研究采集了九龙江流域2020年-2023年的水文数据;通过径流曲线数法计算九龙江流域的地表径流量,并作为水质模型输入项,计算氮和磷的浓度;利用水量水质耦合模型对有机污染物非点源污染时空差异性特征展开分析。分析结果如下:从时间角度看,研究区域有机污染物非点源污染集中在6月份出现;从空间角度来看,上游有机污染物非点源污染负荷低于中游和下游。

基于特征工程和NGO-LSTM的水质预测模型研究

由于水质数据特征复杂、关联度参差不齐而导致溶解氧浓度预测难度较大,为提高水质溶解氧浓度预测的准确性,提出了一种基于特征工程和北方苍鹰优化算法的长短期记忆网络(Feature Engineering-Northern Goshawk Optimization-Long Short Term Memory,FE-NGO-LSTM)混合模型。首先对水质数据集进行缺失值补齐、特征筛选与特征多项式构造,然后基于NGO-LSTM模型优化模型参数,提升预测性能;对不同多项式阶数下的特征预测效果进行分析之后,将该模型与基于灰狼优化算法、鲸鱼优化算法及粒子群优化算法的LSTM模型进行对比;最后,在太湖流域东苕溪城南监测断面对该模型进行了验证,计算FE-NGO-LSTM模型预见期为4,8,12,16,20,24 h的预测结果。试验结果显示:当多项式阶数为2阶时,模型预测效果最好,FE-NGO-LSTM模型相比基于其他优化算法的LSTM模型,平均绝对误差、均方误差、均方根误差分别至少降低9.0%,12.9%及6.3%,且随着预见期的增加,预测误差仍在可接受范围内,说明FE-NGO-LSTM模型在预测溶解氧浓度时具有一定优势与泛化性。

基于MIKE11模型的城市引配水方案研究——以宁波市区鄞东南平原为例

城市化建设的快速发展对城市河道水环境产生一定影响,为提高河道水生态环境,满足人民群众对高品质生活的愿望,拟开展河网引配水研究工作。以宁波市区鄞东南平原为研究对象,基于MIKE11一维水量水质耦合模型构建城市河网引配水模型,分析论证不同引水水源水质、引水规模、引水闸泵布置方案下的水动力特性与水质改善效果,确定合理的引水水源水质、引水规模与闸泵布置方案。

基于水动力水质耦合模型的洪泽湖水质驱动机制及换水周期研究

洪泽湖是南水北调东线工程重要的调节湖泊,也是淮河下游地区重要的水源地。受人类活动影响,湖泊面临自由水面积缩减、局部富营养化、植被覆盖度降低等多重环境问题。本研究围绕现阶段洪泽湖的水环境问题,统计污染源对入湖污染负荷的贡献度,建立水动力水质耦合模型,模拟湖泊水体更新能力,评估影响水质的关键因子。结果表明,洪泽湖污染主要来源为外源输入,湖泊不同区域换水周期差异显著。本研究可为南水北调东线沿线湖泊的水环境研究提供借鉴。

MIKE11模型在毕节市白甫河城区段水环境现状分析评价中的应用

白甫河作为贵州省毕节市的母亲河,受城市发展及人口扩张影响,城区河段水环境现状日益严峻。为了解白甫河水环境现状,科学制定生态修复与保护方案,本文应用DHI(丹麦水利研究所)MIKE11软件构建白甫河毕节城区段一维水动力-水质耦合模型,从水动力和水质角度分析评价河段水环境现状。结果表明:采用MIKE11能直观反映研究区沿程的水位、流量、水质变化情况;可通过分析水位、流量、水质沿程变化图确定河道生态修复及水质治理的关键控制段,选定更适宜的河流生态修复技术,为城区河段制定水环境保护措施提供参考依据。

基于水动力水质耦合模型的城市河湖生态补水方案——以武汉市东沙湖水系为例

研究城市河湖生态补水对于城市的可持续发展以及满足人们的生活需求具有重要意义。沙湖港、罗家港位于武汉中心城区,是东沙湖水系引江济湖的引水通道。结合东沙湖水系整体布局和水系连通的情况,研究探讨了从长江引水补充沙湖港、罗家港的生态补水方案,通过建立二维水动力水质耦合数值模型,模拟沙湖港、罗家港生态补水方案的运行效果。结果表明,从武钢泵站引长江水,罗家港、沙湖港(青山港—罗家港段)TP和NH3-N浓度显著降低,沙湖港(徐东大街—罗家港段)虽然得到了一定程度的换水,但该段水质改善效果极其微弱。由于长江水质的TN、TP含量较高,生态补水对于降低TN浓度的效果非常有限,在利用长江补水进港渠时,还需要防止长江水带来富营养化风险。相关研究成果可为定量评估城市河湖生态补水效果提供借鉴。

基于Delft3D模型对深圳湾近岸海域污染物迁移模拟

以深圳市深圳湾近岸海域为研究对象,基于Delft3D软件,建立深圳湾三维水动力水质耦合模型。利用实测数据对模拟结果进行验证,分析深圳湾海域水质时空变化规律。模拟结果表明,深圳湾内的污染物浓度整体较高,浓度分布受潮汐变化敏感性强,不仅受各污染源点源强与流量的影响,而且受湾内的潮汐动力影响,污染物浓度值总体从湾口向湾顶逐渐增大,浓度梯度由外向内递增。

闸控河网水文-水动力-水质耦合数学模型——I.理论

针对流域级闸控大型河网水环境日常管理的应用需求与实际特点,将资料适应性强的水文学方法与数据要求相对严苛的水动力-水质数值模型相融合,构建了一维与二维嵌套、分块组合的闸控大型河网水文-水动力-水质耦合数学模型DHQM(Hydrology,Hydrodynamics,and Water Quality Model for Impounded Rivers)。模型由河道径流模拟、闸坝调度过程模拟、河道水质模拟、区间入流及入河污染负荷估算和水质预警实时校正等5个模块组成。模型可服务于水环境实时预警和调度,也可为闸坝水文环境效应的量化提供基础工具。

黄河典型河段水量水质一体化调配模型

以黄河兰州至河口镇河段为研究对象,采用分解、协调、耦合和控制技术,通过数据实时传递与反馈实现水量水质的同步耦合,以河段取水量、断面下泄流量和水功能区水质指标为辨识参数实现调配目标的在线辨识与过程控制,建立具有循环迭代、在线反馈和滚动修正功能的水量水质一体化调配模型。以1956—2000年天然径流为输入,以2020水平年黄河上游需水和排污为例,通过优化提出河段水量水质一体化调配方案。结果表明,通过对取水量及其过程、污染物入河量与过程的协调控制,2020年水平河口镇以上河段地表耗水量125.2亿m3,低于黄河分水指标,COD和氨氮入河量控减率分别为50.6%和65.7%,水功能区水质达标率100%。模型可实现河段水量水质一体化调配。

淮河中游水量水质联合调度模型研究

针对淮河中游的特点,建立了一个能适应水系密布、河网交错、水库闸坝众多、相互制约等复杂水流条件和防污调度要求的一、二维水量水质耦合的非恒定流模型。采用1999年和2004年淮河中游的联防调度实测资料对模型进行率定和检验的结果表明,所建模型能够准确客观地描述淮河中游洪水、污染物的运动规律,预测和评价各种调度方案的改善水质效果。

闸控河网水文-水动力-水质耦合数学模型——Ⅱ.应用

针对中国多闸坝重污染河流的典型代表——淮河中游河网,为提高其流域水环境预警及应急响应能力,依据水文-水动力-水质耦合数学模型DHQM(Hydrology,Hydrodynamics,and Water Quality Model)的理论框架,构建了由淮河干流、沙颍河和涡河3个一维模块和鲁台子、蚌埠闸2个二维模块组成的淮河中游河网水文-水动力-水质耦合数学模型。采用经过验证的模型针对一个虚拟的水污染事故情景,分析了不同调度方案与淮河干流来水组合下污染团下泄对下游水质的影响;并以保障淮河干流蚌埠市饮用水源地的取水水质安全和减轻事故对下游水质的影响程度为目标,优选出分期小流量慢速下泄污染水体为最佳的水量水质联合应急调度方案。