基于尺寸效应的夯土水盐运移分布特征研究

水盐循环作用是夯土遗址渐进式破坏的主要影响因素之一。为了研究尺寸对夯土水盐运移分布特征的影响规律,制备5组含盐量为0.3%、边长为50、100、200、500、900 mm立方体夯土试样,并将其置于温度为10~27℃、相对湿度为20%~50%的室内环境进行自然失水试验。在失水周期内,通过钻孔取样,检测夯土试样表层至内部土体的含水率及含盐量,并分析不同尺寸夯土试样水盐运移特征及尺寸效应。试验结果表明:夯土试样的失水周期及表层土体盐分富集量随尺寸的增大而增大,失水速率随尺寸的增大而减小。不同尺寸夯土试样的失水周期分为快速失水、缓慢失水、稳定失水3个阶段,水盐运移活动主要发生在快速失水阶段。失水过程中,盐分随水分向试样表层运移,表层土体盐分含量增加,内部土体盐分含量降低,盐分集中富集在表层土体上。该研究可以为土遗址室内小块体试验、模拟足尺试验和野外观测试验研究提供理论支撑。

基于全过程输水损失的灌区渠系优化配水模型构建——以长岗灌区为例

为发挥灌区用水调度决策潜能,以黑龙江省长岗灌区为研究区,提出一种基于全过程输水损失的灌区渠系优化配水多目标模型,该模型充分考虑灌区骨干渠系内不同渠段、渠道之间的水量平衡和各级渠道的输水能力,兼顾渠系输水损失、配水及时性与公平性多目标的协同,优化决策配水流量与输水历时。此外,利用随机森林模型预测未来气候变化情境下灌区的供需水量,基于此,计算未来气候模式下的渠系输水损失并获得长岗灌区渠系优化配水方案。结果表明:同一生育阶段内上级渠道不同渠段的输配水损失水量占上级渠道输配水损失总量的比例差异性显著,任一生育阶段内上级渠道靠近渠首的第一个渠段的输配水损失水量占比最大(返青期、抽穗开花期和乳熟期均为20.71%、分蘖期为21.21%、拔节孕穗期为25.43%);通过渠系优化配水模型得到长岗灌区作物全生育期渠系输配水总量为230.51万m^(3),总配水历时为494.32 h,输水损失总量为8.66万m^(3),与灌区采用经验系数法计算的输配水损失水量相比,输水损失减少24.89%,显著提高输配水效率。该模型有助于提供科学、合理的渠系配水方案,为综合提升灌区水资源管理能力和精细化管理水平提供决策支持。

黄土丘陵沟壑区坡面水沙尺度传递效应及其影响因素分析

[目的]探究坡面水沙运动过程中的尺度效应,阐明黄土高原丘陵沟壑区水沙运动尺度效应影响机制,进而为水沙传递机理研究及黄河流域水沙综合治理提供科学支撑。[方法]基于黄河子洲径流试验站4个径流场径流泥沙资料,通过对比分析次降雨事件下不同坡长产流产沙过程,揭示了坡面产流产沙的尺度传递效应。提出尺度传递效率概念,用来表征上下层级间水沙传递关系,进而探究了径流泥沙传递效率的影响因素。[结果](1)不同降雨类型特征因素对坡面产流产沙的影响不同,降雨历时主要影响坡面产流产沙能力,平均雨强主要影响坡面产流产沙起始时间;(2)次降雨事件下,不同坡长的径流传递是较为理想的平衡传递机制,且随坡长增加,径流的传递能力呈减小趋势。而在40~60 m坡长条件下,泥沙的传递表现为非平衡传递过程,随坡长增加,泥沙的传递能力呈先增大后减小的变化趋势;(3)不同尺度坡面水沙传递效率的影响因素不同,径流深、平均雨强及雨后表层土壤含水率是影响水沙尺度效率传递的主要因素。[结论]黄土丘陵沟壑区坡面产流产沙能力受降雨特性及坡长的影响,水沙沿程传递存在明显的折损或增益的尺度效应,水沙传递效率受雨强、径流及土壤湿度等多重因素的调控。

散粮铁水联运过程装卸环节节粮减损的探讨

近年来,随着《粮食节约行动方案》的发布,做好节粮减损工作愈发重要。为实现粮食全产业链各环节减损,本文从装卸设备选型、作业减损通用要求、后续搭接设备要求及管理要求4个方面,提出散粮铁水联运中装卸环节节粮减损的建议,为散粮多式联运运输过程的节粮减损提供一定的参考,进而提高我国粮食安全保障水平。

不同氮肥液浓度下微孔陶瓷根灌土壤水氮运移与流失特性的数值模拟研究

微孔陶瓷根灌(SICE)是一种新型地下节水灌溉技术,其可利用陶瓷灌水器内部微米级孔隙实现水肥液地持续微量供给,并以地下连续灌溉的方式为作物根区营造安全、稳定且适宜的土壤水分环境。区别于以间歇灌溉为主的水氮供施方式,目前利用SICE进行氮肥液持续微量供给时的土壤水氮运移及其流失特性尚不明晰,这限制了SICE在实际中的推广应用。因此,采用HYDRUS-2D建立了SICE持续微量供给下的土壤水氮联合运移模型,并于中国青海开展了微孔陶瓷根灌枸杞田间试验,用以模型校准和准确性验证,最后以地下滴灌(CK)为对照,利用模型研究了3种氮肥液浓度(211.54mg/L、169.23mg/L、126.92mg/L)下SICE土壤水氮运移与流失特性。研究结果表明,构建的土壤水氮联合运移模型在预测土壤水氮方面表现良好;与CK相比,SICE减缓了氮肥液进入土壤的速率,延长了水分与养分的有效供应时间(从6.67 h延长至480.00 h),降低了根层土壤中水分、铵态氮(NH4+-N)和硝态氮(NO3--N)的时间波动性,保证土壤水氮相对充足的同时还维持了土壤水氮环境的相对稳定,为枸杞水氮高效利用提供了有效保障;其次,在氮肥液持续微量供给期内,SICE将土壤水分、NH4+-N和NO3--N维持在枸杞根系密度最大处,充分保证了根、水、肥的高度匹配;此外,SICE在降低水分深层渗漏和氮素淋失方面表现明显优于CK,可将更多的水分和氮素保存在枸杞根系层中,增加氮素可用性的同时降低了硝酸盐污染地下水的风险。

短坡坡长变化对坡地风沙土产流产沙及氮磷流失的影响

通过野外水流冲刷试验,对比分析了不同坡长条件下坡面产流产沙及氮磷流失特征。结果表明,上方来水流量一定时,坡长越长,其坡面入渗量越大,径流量越小,且存在一个临界坡长,使得径流量和入渗量相当,累计径流量与坡长是负线性关系。随着坡长增加,产沙量增大,单位坡长的泥沙流失量在各坡长条件下差异并不显著(P>0.05)。累计泥沙量随着坡长增大而增大;幂函数比指数函数能更好的描述硝态氮和水溶性磷浓度变化过程;泥沙中硝态氮和有效磷的含量整体上随时间呈减小趋势。坡长越长,其养分富集率越大;随着坡长增大,存在一个临界坡长使得养分流失总量最大;土壤剖面硝态氮含量分布随着深度增大呈现出峰值特征,但是峰值存在的深度不同。土壤剖面有效磷主要积聚表层5cm以上,5cm以下有效磷含量极低。研究结果对进一步分析坡长对水土养分流失的影响具有参考价值。

模拟降雨条件下草被覆盖对坡地水土养分流失的调控机制研究

[目的]研究黄土坡面草被覆盖对拦蓄水沙及调控养分的作用,为黄土坡面治理提供科学依据。[方法]通过模拟降雨试验,收集降雨过程中坡面的径流泥沙样品,采用数据对比与统计分析相结合的方法,分析在不同草被覆盖条件下坡面径流泥沙以及养分磷流失过程,探讨草被覆盖率和草被格局对坡面泥沙及养分流失的调控作用。[结果]随着降雨历时的增加,径流呈平稳增长过程,泥沙、径流总磷、泥沙速效磷均呈波动变化过程;25%,50%,75%覆盖率坡面径流总磷和泥沙速效磷分别为裸坡流失量的66%,85%,80%和62%,47%,21%;草被格局对水沙养分调控作用的差异性表现为:泥沙>径流>泥沙速效磷>径流总磷。[结论]草被对径流总磷的调控作用不强,对泥沙速效磷的调控作用显著;草被格局对径流和径流总磷的调控作用有限,对泥沙与泥沙速效磷的调控作用显著。

输配水管道沿程水头损失计算方法探讨

输配水管道是城市供水系统的重要组成部分,管道沿程水头损失计算又是输配水管道设计的核心。探讨了常用水头损失计算公式的适用范围及公式中参数的选择。水力计算应根据不同的水流流态采用与之适应的计算公式,并选取对应的水力计算参数,使水力计算成果准确可靠。

基于SWAT模型新开发梯田模块的中国南方红壤区梯田水沙及养分流失模拟

【目的】采用SWAT模型新开发梯田模块对中国南方红壤区梯田的水沙和养分流失进行模拟,分析SWAT模型梯田模块在中国南方水土流失地区的适用性。【方法】采用SWAT模型中新开发的梯田模块,结合其全球应用验证,在初步对美国软埝验证的基础上,利用资料较全的位于中国南方红壤区的云南尖山河小流域2007-2008年典型径流小区降雨径流、侵蚀产沙和总氮实测资料,对隔坡梯田水沙及面源污染调控过程进行模拟与验证。【结果】SWAT模型梯田模块对红壤区径流、侵蚀产沙及总氮的模拟结果能满足模型精度要求。利用梯田模块对红壤区隔坡梯田结构进行的优化表明,在坡度小于18.58°,梯田单元坡长小于20m的坡地上修建平坡比大于1∶5的单阶地隔坡梯田,可满足容许土壤流失量的要求。【结论】基于SWAT模型开发的梯田模块能够反映中国南方红壤区梯田降雨径流泥沙养分的运移过程,为研究水土保持措施对流域水循环影响提供了新的技术支撑。

水蚀条件下土壤初始含水量对黄土坡地溶质迁移的影响

水蚀条件下坡地水分溶质迁移规律对农业生产和水土资源保护具有重要作用。通过室内模拟降雨试验,研究了1.3%,5.7%,9.7%,14.2%和18.9%共5个含水量坡地土壤PO43-、K+和Br-的迁移特征。结果表明溶质流失量和流失率均随土壤初始含水量的增加而增加,径流中溶质平均浓度与前期含水量呈抛物线关系,1.3%含水量坡地平均浓度均高于5.7%和9.7%坡地,18.9%含水量坡地最高。溶质在土壤剖面的垂向迁移量由大至小依次为:Br->K+>PO43-。前期含水量越低,非吸附性的Br-向较深土层的入渗量越大。K+和PO34-的质量传递系数Km均随土壤初始含水量增加而增加,Br-和K+的Km较大,PO34-的Km最小。基于对流-弥散理论的质量传递系数Km可以反映非吸附性Br-随地表径流迁移的特征,但不能够反映土壤侵蚀对吸附性K+和PO34-地表流失的影响。避免在雨季里喷施大量速效肥料,可以有效地减少养分,尤其是吸附性养分的地表流失。

咸水中胶体迁移-沉积对砂介质渗透性损失的数学模型

采用室内土柱试验,研究咸水中胶体迁移引起砂介质渗透性变化的特征,通过胶体迁移-沉积作用的分析对砂介质渗透性损失的机理进行了探讨.结果表明:砂介质渗透性随孔隙体积数变化的动态特征符合Boltzmann函数;砂介质渗透性总的损失率为37.4%;渗透系数的损失量随孔隙体积数的增加而增加.胶体在砂介质中的穿透曲线呈"S"型,其中的2个拐点将曲线分成开始穿透、快速穿透和平稳穿透3个阶段,但并没有完全穿透,其迁移过程中发生了沉积.胶体沉积作用是砂介质渗透性降低的主要原因.

排水农田氮素运移、转化及流失规律的研究

在总结文献和室内外试验基础上，对排水条件下氮素运移、转化及流失规律进行了分析研究；建立了一维、二维土壤水和地下水中氮素运移转化数学模型；探索了有限元数值计算法耦合求解水流和氮素运移模型，并提出了改进流线追踪法，克服了已有简易计算方法中采用经验数据，精确方法计算繁复，且耗机时多的缺点，可用于排水农田氮素运移长期预报。

长江上游成为第二条黄河的可能性及其防治对策

从气象因素和下垫面因素出发 ,重点针对长江上游地区的金沙江和嘉陵江流域 2个主要产沙区地表侵蚀和河流泥沙输移特征、来水来沙条件 ,以及人类活动对水土流失的影响程度 ,分析了长江上游成为第 2条黄河的可能性。认为气象因素是影响重点产沙区沙量变化的关键因素 ,而长江上游地面物质侵蚀量和河流泥沙的发展主要受人类不合理的社会经济活动影响。由于长江上游地区水热条件和地貌特征具有相对的稳定性 ,并考虑“长治”工程积极开展水土保持的综合治理工作 ,长江上游的河流泥沙在相当长的一段时期内不会发生显著变化。最后还根据该地区的现实情况 。

西气东输第五标段水土流失特点及防治对策

西气东输管道工程是我国“十五”期间四大重点建设工程之一 ,第五标段线全长 391.9km,途径两省六县 ,线路走向由西向东。沿程地貌类型多变 ,反复穿越铁路、道路、水渠与河流 ,对沿线环境产生一定影响 ,易造成人为水土流失 ,为减少和防治水土流失 ,必须采取水土保持防护措施 ,以保证输气管道的安全运行 。

水土流失及其对农业非点源污染的影响

农业非点源污染已经成为制约经济、社会和环境可持续发展的重要因素,并直接影响人们的饮水和粮食安全。文章介绍了水土流失和农业非点源污染的概念,分析指出水土流失是农业非点源污染发生的重要形式和运输载体。在概括水土流失影响因素的基础上,提出了水土流失的防治对策,给出了水土流失和农业非点源污染研究的建议。

分区计量下区域供水产销差率修正算例研究

介绍了国内供水产销差现状与控制的主要技术手段分区计量技术,探讨了分区计量下区域转输水量对产销差率计算的影响;根据算例对2种算法进行了探讨,对不同转输水量情况下的产销差考核指标进行了修正。结果表明,分区考核是产销差管理的重要手段,分区计量中区域转输水量对产销差率的计算产生较大的影响,在考核区域产销差率时,应充分考虑转输水量的影响,并根据实际情况进行一定的补偿修正。

我国农业面源污染过程模拟的困境与展望

我国农业面源污染依然严重,模型是面源污染防控决策支持的有效工具。本文在农业面源污染模型分类的基础上,系统梳理了各类模型在田块流失过程、流域迁移消纳过程中的构建方法。在田块产流过程模拟中,模型大多采用单一超渗或者蓄满产流机制;在流域迁移过程的消纳过程模拟中,迁移路径基于D8算法,采用固定的消纳系数模拟迁移过程中的消纳量。基于我国面源污染产生的特点,本文进一步总结了上述模型在我国农业面源模拟过程中的困境:在田块流失过程中,在我国旱地与水田并存情况下需同时考虑两种产流机制,在南方水域面积大的区域还需考虑农田氨挥发近距离沉降;在地表迁移过程中需考虑多地形(丘陵和平原)、多水体分布特点,地下迁移过程需考虑生物地球化学滞留和水文滞留过程。针对上述困境,文章展望了我国面源污染模型可能的解决方案,以期为我国农业面源污染模型的轻简化和高精度发展提供借鉴。

灌溉田块中污染物流失规律的数值模拟及其验证

本文将土壤中水流运动和溶质迁移结合,考虑降雨、扩散和对流作用对溶质地表径流损失的影响,对溶质的地表损失规律进行研究,建立了新的水流和溶质迁移模型。通过室内土壤实验对该模型进行了验证,实验数据和模拟结果吻合良好。此模型可用来分析灌溉田块中溶质地表及地下流失,为农业面源污染分析提供参考。

铁路重点运输企业水损耗因素及节水措施研究

通过对铁路机务段、车辆段等重点运输企业用水的调查,找出了水损耗的主要因素。在此基础上提出了以下建议:(1)强化节水奖励力度:在铁路局及站段层面完善并落实专门的节水奖励政策,用水指标应根据工作量、定员及单位实际合理核定,节约部分全部用于基层职工的奖励。(2)站段所有用水终端均应安装计量水表(三级表),并建立用水台帐。

基于SHAW模型的河套灌区秋浇渠系优化配水模型研究

河套秋浇是为满足来年春播作物水盐需求而进行的保墒淋盐灌溉。针对传统基于作物需水预测成果进行渠系配水存在的预报依赖性强和中长期预报精度低问题,本文提出了一种不需要作物需水预测成果的渠系优化配水模型框架,该框架依据春播初期作物水盐要求,将SHAW模型嵌入优化配水模型,确定秋浇配水计划。河套灌区永济灌域2016年秋浇配水计划编制实例研究表明:与传统基于需水预测的配水方法相比,新方法得到的配水计划可以在不增加渠首引水量及渠道输水损失总量基础上显著提升淋盐效果,使春播初期0~40cm土层水盐状态更加适宜于作物播种,春播初期土壤0~40cm土层平均盐分超标由60%以上降低至5%以下,同时配水公平性也得到提升。