基于SWAT模型的黄河源区径流模拟

为了研究SWAT分布式水文模型在黄河源区的适用性,采用该模型对黄河源区径流进行模拟。使用黄河源区的DEM数据、土地利用数据、土壤数据和气象数据建立黄河源区的SWAT模型,利用SWAT-CUP软件和SUIF-2算法进行参数率定,以纳什效率系数(NSE)和相对误差(R_e)作为模型的评判标准,分析SWAT模型对黄河源区的径流模拟效果。结果表明:黄河源区月径流模拟值与实测值吻合较好,模型模拟率定期(1975—2000年)和验证期(2001—2012年)的NSE和R_e分别为0.81,-0.004和0.80,0.058,表明SWAT模型能够很好的模拟黄河源区的月径流。SWAT模型在黄河源区具有较好的适用性。

土的三维破坏准则在颗粒流模型中的应用

Savage-Hutter(S-H)颗粒流模型用一个只与材料参数相关的土压力系数来描述颗粒流内部的应力状态,不能很好地反映颗粒体在运动时的本构关系。通过引入颗粒体应力与速度梯度之间的关系,得到了一个能够反映颗粒流本构模型的崩塌动力学模型。另外,为解除S-H模型中对横向应力大小的假定,通过引入Von Mises、Drucker-Prager、Mohr-Coulomb和Matsuoka-Nakai等土的三维破坏准则,得到了广义摩擦系数的4种表达形式。该模型的主要优势是通过引入颗粒流的本构关系,能较好地体现颗粒流体在运动中的内在机制,并且材料强度参数简单易知。分析了由Drucker-Prager准则和Mohr-Coulomb准则所得到的材料强度参数,并探讨了广义摩擦系数与应力洛德角等物理量之间的关系。用所建议的模型来模拟颗粒流的运动过程,并将数值计算与试验结果进行对比,发现两者能够较好吻合。

边坡稳定分析中加速度临界滑动面研究

采用最大加速度也可以评价边坡的安全性。当黏聚力在土的抗剪强度中所占比重较小时,加速度与稳定系数的相关性较好。本文进一步比较加速度临界滑动面与稳定系数临界滑动面的关系,发现对于坡角α≥45°的简单边坡,在ξ<0.1时,加速度临界滑动面与稳定系数临界滑动面是比较接近的。对于加筋土边坡,在筋材较短时,稳定系数较小的区域分布在筋材末端位置;筋材长度较长时,其位置和区域随着筋材长度的增加不再发生明显变化。但加速度较大的区域几乎都分布在筋材末端。相关机理还需要进一步研究。

三江源风沙活动区沙漠化风险与风动沙含量关系

通过调查采样,分析了三江源多个典型风沙活动区的沙土颗粒成分,发现风动沙(最易蚀颗粒)含量与沙漠化程度间存在一定的关系。进而定义了用于表征区域发生沙漠化的风蚀风险指数,并应用到多种类型的土地的沙漠化风险评价中。分析结果表明:风蚀风险指数与风动沙百分含量直接相关,当区域内风动沙百分含量低于50%时,发生沙漠化的风险极低;当风动沙百分含量超过60%时,沙漠化风险随风动沙百分含量的增加而显著增长。因此,可通过判定区域样地中的风动沙百分含量,及时预警该区域在一定时期内发生沙漠化的风险,通过采取相关措施降低风动沙百分含量,抑制风动沙活动,结合合理有效的植被措施,可使活动沙丘逐步被固定下来。

基于CERES数据的青海省上空云特性时空规律研究

为了对青海省上空云特性在时空上的分布情况及变化规律进行研究,采用美国NASA地球观测系统2003年1月至2016年12月的CERES SSF Aqua MODIS Edition 4A云资料,根据青海省的地形地貌特征及原始CERES数据云分层的有效气压与海拔高度的对应关系,按距地表高度对原始CERES数据重新分层,云层距地高度0~3 000 m为低云,3 000~5 500 m为中低云,5 500~9 000 m为中高云,9 000 m以上为高云进行分析。结果表明:(1)青海省上空总云量取值范围在38.2%~71.3%,多年均值为59.5%,云量分布形势呈南高北低。(2)各季节(春夏秋冬)总云量平均值为66.2%,67.3%,52.5%,52.0%。(3)云中液态水路径和冰水路径取值范围为143.6~221.3 g/m^2,202.2~380.3 g/m^2。(4)青海省上空中高云、中低云、低云云量占各层云量总和的28.6%,43.7%,27.7%。(5)设定低云有效的临界条件为云量大于30%,低云有效天数多年均值为276.6 d。该结果为青海省人工影响天气作业的实施提供了数据支撑。

电催化氧化醇类用非晶态镍基催化剂的研究进展

对10年来非晶态镍基合金在电催化氧化醇类的研究进行了综述,指出各自的优势与不足。

基于组合权重–理想点法的应变型岩爆五因素预测分级

基于理想点法的基本理论,综合考虑了岩爆发生机理,选取围岩洞壁最大主应力与岩石单轴抗压强度的比值、围岩洞壁最大切向应力与岩石单轴抗压强度的比值、岩石单轴抗压强度与岩石单轴抗拉强度比值、岩石弹性能指数以及岩体完整性系数作为评判预测指标,通过层次分析法和熵权理论计算主客观权重,综合确定各个指标的权重系数,构建了应变型岩爆组合权重–理想点法预测分析模型。通过统计相关工程案例,利用模型进行工程实例分析,验证了该模型的可行性与适用性。基于岩爆预测分级模型,开发了相应程序,可以为类似工程岩爆预测与等级划分提供重要支撑。

超临界CO2-水-煤相互作用后冲击载荷下煤的动态响应

为研究CO2注入关闭/废弃矿井中煤的力学行为,利用?50 mm分离式Hopkinson压杆(SHPB)试验装置,对自然状态、饱水状态和超临界CO2-水-煤作用后煤样分别进行动态压缩试验,分析3种状态煤样试件在冲击载荷作用下的破坏形态、能量特征以及动态力学参数。试验结果表明:①随应变率增高,相对于自然和饱水状态煤样,超临界CO2-水-煤相互作用后煤样的破碎块度数量更多,碎块粒径更小;②随入射能增大,3种状态煤样的能量反射率、透射率及耗散率的线性变化趋势不同,超临界CO2-水-煤相互作用后煤样的能量反射率显著增高,能量耗散率显著降低;③超临界CO2-水-煤作用后煤岩材料性质发生弱化,在冲击载荷下通过微裂隙萌发扩展来提高耗散能密度,其动态抗压强度和动态弹性模量与耗散能密度间关系介于自然和饱水状态煤样之间。本次试验证实CO2-水-煤作用过程中发生的矿物化学反应、吸附膨胀诱导微观结构改变、裂隙表面能降低等因素能够明显影响煤样的动态响应特征。尽管本文的试验不能完全反映关闭/废弃封存CO2的真实情况,但为后续CO2-水-煤相互作用下煤样动态响应特征研究提供了借鉴。

PtRu合金催化剂电催化氧化甲醇的作用机理

利用化学还原法合成了4种不同Pt/Ru原子比例的合金型PtRu/C、核壳型Ru@Pt/C及Pt/C直径相近的纳米金属催化剂。结果表明:Ru@Pt/C、PtRu/C催化剂纳米金属粒子的直径平均约为9~11nm,Ru@Pt/C呈核壳型结构;Ru@Pt/C电催化氧化甲醇机理较为符合电子效应机理,PtRu/C电催化氧化甲醇机理较为符合电子效应与双功能机理共同作用机理,催化机理的明确为新型催化剂的研发和改性提供了坚实的理论依据。

H_(x)PO_(4)^((3-x)-)印迹聚吡咯膜材料的制备及其电控离子交换性能

采用恒电位电化学聚合法在镀金石英晶片上制备聚吡咯(PPy)印迹膜材料,通过SEM、FT-IR和XPS对膜材料的形貌、结构和组成进行表征。结果显示,材料表面微观形貌为菜花状,膜材料内含有H_(2)PO^(-)_(4),具有H_(2)PO^(-)_(4)印迹PPy膜材料的特征。使用电化学法考察其对H_(x)PO_(4)^((3-x)-)的交换性能,结果表明,离子交换容量随pH值的增大先减小后增大,呈"V"形,随NaH_(2)PO_(4)浓度的增大而单调增大,最高可达150 mg/g.

Ni-B-M(M=Cr,Cu)非晶态纳米粒子电催化氧化甲醇的性能对比研究

通过化学还原法制备了非晶态Ni-B,Ni-B-Cr和Ni-B-Cu纳米粒子催化剂,并采用XRD,TEM和XPS表征催化剂的物性结构、表面元素组成和价态形式。应用循环伏安法(CV)、计时电流法(CA)和电化学阻抗谱(EIS)进行电化学性能测试,结果表明:Ni-B-Cr的甲醇氧化峰电流与Ni-B的相当,其活性稳定性提高;Ni-B-Cu的甲醇氧化峰电流为1143.16 A/g,显著高于Ni-B(789.67 A/g),活性稳定性与Ni-B相近,其主要原因归于Cu(Ⅲ)作为新的催化活性位点协同Ni活性位催化甲醇转化。

静水条件下超疏水性对混凝土Ⅰ型裂缝扩展的影响

高水压力随水流浸入作用于结构缺陷或裂缝缝面导致结构开裂或裂缝扩展的工程问题在国内外多座高坝中均有发生.超疏水混凝土表面对水分具有较强的排斥作用,水流浸入裂缝的范围小于普通混凝土,对于上述工程问题应具有抑制作用.为此,将裂缝受力扩展考虑为Boussinesq问题,并借鉴Westergaard应力函数,推导了集中荷载下的缝面位移函数和均布荷载下的缝面位移和裂缝延长线应力函数.根据应变能释放率理论,建立了水流入浸导致裂缝扩展的计算模型与迭代步骤,可以进行不同疏水性材料裂缝扩展的定量分析.算例分析表明,相对普通混凝土,超疏水混凝土对高水压下的裂缝扩展具有较好的抑制作用,而且超疏水混凝土裂缝尖端具有更好的应力状态.

空中水资源及其降水转化分析

本文在回顾空中水资源利用的愿景和相关研究成果、分析空中水资源的概念和内涵的基础上,定义了白水,用以代表空中水资源.白水指的是通过地表某处上空的统计意义上具备降水潜力的水物质通量.白水和其他水资源一样,一般表述为年度水量,其本质是水物质的更新通量.将空中水物质的水平运动垂直积分投影到地表二维空间,对于地表任一点,白水的量纲为[L^2 T^(-1)],与地表水资源常用的[L^3 T^(-1)]不同.将某地的降水通量与相应时段的白水的比值定义为白水降水效率,量纲为L^(-1),代表白水每运动单位距离产生的降水量占其自身的比例.将白水概念扩展到地表流域,则可通过沿流域边界积分得到进入某一流域的白水,量纲为[L^3 T^(-1)].将该流域上空全部白水输送路径上的降水效率沿各自路径积分后加权平均,即得到流域的白水降水转化率(无量纲)为流域内的降水占进入该流域的白水的比例,可以采用降水量除以白水与径流量的1/2之差来近似计算.本文采用再分析数据研究了我国大陆附近的白水降水效率的空间分布特征,并选择长江、黄河、珠江、三江源流域开展相关特征参量对比分析.结果表明,白水降水效率是反映气候和地理条件的降水转化能力的公允度量,可直接用于不同地区的对比分析;流域的白水降水转化率可用于分析流域空地水资源循环中的数量关系.研究和评估白水及其降水转化特征,是空地水资源耦合分析及空中水资源开发利用的基础.通过技术手段提高局部地区的白水降水转化率,并与地表水利工程联合调控,有望实现一定规模的空地水资源耦合利用,是水资源开源的新机遇.

基于卫星降水融合产品的黄河源区汛期径流模拟

黄河源区(唐乃亥水文站以上)多年平均径流量约200×108m3,占黄河天然径流量的34%,是黄河流域的主要产流区和重要的水源涵养区.黄河源区历史汛期径流的变化一直是学界关注热点.本文以数字流域模型研究对象,旨在提高黄河源区历史汛期径流模拟结果精度.首先对比评价了黄河源区多源降水数据,相比于地面雨量站数据和CMORPH降水数据,CMORPH地面融合降水数据在黄河源区分辨率较高,精度可靠.其次集成了适用于黄河源区的大尺度、高分辨率的数字流域模型,利用融合降水数据,完成了黄河源区汛期径流的模拟.将2008~2012年汛期划分为率定年和验证年,径流模拟结果显示,率定和验证期逐日径流过程的Nash-Sutcliffe效率系数较高,汛期径流量符合良好,证明了数字流域模型在黄河源区的适用性,有利于黄河源区水资源分布进一步的评估和管理.

地下能源储库群容积激光测量方法及现场实验

快速准确地测量大型地下能源储库群容积,不仅是检验工程设计和施工建设成果科学合理性的一种方法,也是能源储运工程的基本要求和油库运行期间动态调控的基础。为了快速精确获取储库群容积和厘米级的高程-容积曲线,研发了基于断面的激光精细测量系统(LSMS),建立了相应的数据处理方法。并成功将其应用到某地下能源储库的容积测量中,获得了厘米级的高程-容积曲线,通过回归计算,获得了容积真值,容积测量精度达到-0.06%,优于规范要求一个数量级。最后,结合全站仪和基站式三维激光扫描仪(TLS)的实验数据,对8个技术指标进行了对比分析,验证了激光精细测量系统及相应的数据处理方法的可行性和正确性。

地下能源储库群激光测量模拟与参数设计

实际的激光测量中往往无法综合考虑激光测量参数的影响,导致激光测量参数设计不合理,测量数据质量不高。该文基于激光测量参数的影响特点,综合考虑多个影响因素,建立了激光测量参数的控制标准和地下能源储库测量参数设计模型,并对具体的测量参数进行了流程设计。结合实际的地下能源储库的工程参数及工程要求,实现了固定式和移动式激光测量方法的测量模拟和参数设计,并采用设计的测量参数进行了地下能源储库的激光测量,得到了较高质量的测量数据。结果表明:激光测量模拟与参数设计方法是一种有效地满足复杂工程应用和测量要求的参数优化设计工具。

天空河流:发现、概念及其科学问题

介绍了天空河流的发现、概念及未来研究.对气象再分析数据的分析发现,大气水汽通量场中不仅存在通量强度相对周围区域更大的局部性条带结构,而且整个水汽通量场中都存在着通量相对较高的水汽输送网络结构,形成了全球及区域水汽输送的主干通道.由于这些通量强度很高的条带构成的网络结构是水汽汇聚、输送最为集中、强度最大的网络,与地表河流具有类似的分级属性,我们可将这种水汽输送的网络结构上称为'天空河流(River in the Sky)',或简称'天河(Sky River)'.天河是对水汽集中输送带概念的升华和深化,新的概念的提出有利于我们认识大气中的水汽输运规律,对研究地球水循环长期演化规律的统计特征及其与地表水文、泥沙等流域过程的相互作用机制具有重要的价值.

边坡滑动面构造的数学函数

在边坡稳定分析中,滑动面的自由度越小,搜索效率越高,但解的空间也变小了,可能难以覆盖真正的临界滑动面;增加顶点、增大自由度会扩大解的空间,但它会降低搜索效率,而且也不利于找到真实解。因此,如何构造滑动面是边坡稳定分析的关键问题之一。该文对滑动面的常用构造方法进行综述,在此基础上提出了构造滑动面的新的方法。包括基于极坐标的方法和基于logistic函数的方法,并且引入了参数方程。在此基础上,给出了滑动面的综合方程。从而把滑动面构造的几何问题转换为已知函数的参数选择问题,有望减少滑动面的自由度以及缩小相关参数的选择区间。

基于AIRS资料的青海省空中水汽时空规律研究

采用美国NASA地球观测系统"云与地球辐射能量系统"(CERES)的2002年9月至2016年9月的AIRS/Aqua L2 Standard Physical Retrieval (AIRS+AMSU) V006资料,分析了青海省空中垂直积分水汽含量在时空上的分布情况及变化规律.结果表明:(1)青海省空中水汽含量多年均值为5.93kg/m^2,地表高程越高的地区,空中水汽含量越低;(2)各季节(春、夏、秋、冬)空中水汽含量均值分别为4.67、11.6、5.47、2.12kg/m^2;(3)在多年变化趋势上,研究时段内青海省空中水汽含量呈统计不显著的增加趋势,斜率为0.00356kg/m^2·a,相对增速为0.0582%/a;除青海湖周边外,青海省北部水汽含量的增长速率快于南部;(4)各个季节空中水汽含量变化斜率分别为0.00713、0.00636、-0.00527、-0.00221kg/m^2·a.