土壤侵蚀模型试验中的降雨相似及其实现

模型试验方法是促使土壤侵蚀研究由野外走向室内,由经验趋向理论的重要途径.降雨相似是土壤侵蚀模型试验相似性要求的重要方面.模拟天然降雨特性的困难,及恰当解释未能达到充分模拟条件下获得的资料的困难,阻碍了这种方法的应用和发展.作者首次运用物理学方法,描述降雨现象,进而推导出降雨相似性法则.并在此基础上,对降雨可否做缩小比例尺的模拟;目前广泛采用的各种1:1比例尺的降雨模拟方法的相似性程度与纠偏途径,以及由降雨相似性准则可能导出的雨滴终点速计算公式等展开讨论.     

我国土壤侵蚀科学研究回顾和展望

本文回顾了我国土壤侵蚀科学研究的历史,基于对我国土壤侵蚀科学研究面临的机遇与挑战求分析,提出了今后我国土壤侵蚀研究应加强的研究领域,包括土壤侵蚀过程与机理,土壤侵蚀预报模型,土壤侵蚀环境效应评价,侵蚀灾害预警,重大工程及全球变化对侵蚀环境影响和土壤侵蚀研究新技术与方法等。     

晋陕黄土丘陵区土地利用与土壤侵蚀动态机制仿真研究

晋陕黄土丘陵区土壤侵蚀严重,不合理利用土地是导致侵蚀加剧的主要原因.关于土壤侵蚀预报,国内外有大量研究,多采用回归或相关方程预测田块、农场等小范围侵蚀量和选择农业措施.作者首次用仿真模型按系统运行和调控机制模拟大区域土地利用与土壤侵蚀的长期动态变化. 类似研究未见报道.     

多尺度土壤侵蚀评价指数

针对不同尺度研究土地利用与土壤侵蚀的关系是自然地理学研究的前沿领域和热点问题. 基于景观生态学的“尺度-格局-过程”原理, 在考虑土地利用、地形、土壤、降雨等影响因素的基础上, 应用尺度转换的方法, 构建了不同尺度土壤侵蚀评价指数, 提出了多尺度土壤侵蚀评价指数的研究思路与方法. 多尺度土壤侵蚀评价指数适用于土地利用与土壤侵蚀的关系评价和多尺度土壤侵蚀评价研究, 为区域土地利用格局的优化设计和多尺度综合研究提供了新的方法.     

黄土高原土壤抗冲性机理初步研究

黄土及其上面发育的土壤无根系盘绕、固结,抗冲性很差,是导致黄土高原水土流失严重、生态环境恶化的重要内在原因.因此,研究该区土壤抗冲性的成因,是解决土壤侵蚀预测预报和水土保持综合治理的重大理论和实践问题.关于土壤抗冲性这一概念最早由朱显谟在60年代,根据黄土高原土壤抗侵蚀能力的特点,提出应把土壤抗蚀性和抗冲性明确区分开来进行研究,但有关这方面的系统研究至今尚未见报道.作者自1987年以来对黄土高原土壤剖面的     

210Pbex在土壤中的深度分布和通过210Pbex法求算土壤侵蚀速率模型

中国和英国的3个土壤剖面给出了非农耕地和农耕地土壤中210Pbex和137Cs的深度分布, 这两种核素的深度分布非常相似, 非农耕地核素的最大浓度出现在土壤表层, 向下浓度呈指数急剧降低; 农耕地核素基本均匀分布于犁耕层深度内. 中国黄土高原的210Pbex本底值为573 mBq/cm2, 略高于英国的520 mBq/cm2. 20世纪50～70年代核试验产生的137Cs在土壤中呈非稳定态分布, 而土壤中的天然核素210Pb在土壤环境和侵蚀过程长期不变的情况下, 呈稳定态分布. 因此, 土壤中210Pbex的质量平衡不同于137Cs. 根据210Pbex连续沉降、衰变和流失的过程, 推导出非农耕地和农耕地土壤中210Pbex稳定态分布的质量平衡模型, 用以计算土壤侵蚀速率. 此外, 还给出了通过无侵蚀草地土壤中210Pbex的深度分布, 求算农耕地210Pbex表层富集系数的方法.     

北京奥运村洪水淹没风险模型研究

随着城市化的加剧, 城市暴雨积水的风险越来越大, 城市洪水问题已成为全球性环境灾害的热点问题. 如何有效分析城市水文过程, 准确评估城市洪水风险是市政建设和水资源管理的迫切需要. 城区人工下垫面复杂, 水利设施众多, 传统的水文模型和水动力模型均难以准确地模拟洪水非恒定演变过程. 以城市复杂环境下的产汇流、排水、积水等过程作为研究对象, 首先建立水文模型实时模拟降雨径流过程, 进而分别建立适用于排水系统的一维水动力模型和适用于地表洪水漫流的二维水动力模型, 最终在地理信息系统平台上将这三类模型进行在线耦合, 最终建立起适用于城市洪水预测模拟的耦合模型系统. 以北京奥运村为例, 针对不同的典型降雨过程, 对该模型系统进行验证和分析, 模拟结果表明该模型能够有效地模拟复杂市区降雨积水过程, 能够提供可信度较高的城市洪水潜在风险评估, 切实指导区域水利设施建设和水资源管理.     

液体燃料回燃现象的理论分析

液体燃料的整个回燃过程包括预燃烧阶段、第二次供油阶段和产生回燃阶段. 针对这一过程, 定量地建立了热烟气层的温度随时间变化的动力学模型. 模型考虑了液体燃料挥发成气体带来的热损失率、热烟气层的质量增加以及由此带来的焓损失率. 本文把模型的模拟结果与实验结果进行了很好的比较并对模型的模拟结果进行了分析, 同时指出通风受限条件下的燃烧效率和实际燃烧的反应速率是很值得研究的问题.     

水跃区水流脉动压力频谱相似律研究

模型相似律是水工模型与原型之间的换算准则, 前人对水流脉动压力相似律已做了大量的研究, 但是对脉动压力频谱的相似准则至今仍没有达成共识. 本文将水跃作为研究对象, 对1:1, 1:2和1:5系列模型上测试所得的脉动压力频谱的主频和优势频段等进行了比较. 结果表明, 水跃强旋滚区脉动压力频谱符合重力相似律; 跃首跃尾脉动压力频谱主频和优势频段都很低, 不同比尺的脉动压力频谱较相近, 常被误认为λ_f=1, 但优势频段和频谱图归一化分析表明, 跃首跃尾脉动压力优势频段也基本符合重力相似律.     

土壤的侵蚀正在损害着世界的经济

根据世界观察研究所,一个华盛顿低级智囊机构的最新研究表明:世界上近一半的农田,正在以一种损害其固有生产力的速度,流失其土壤表土。并说:如果不制止的话,过度的土壤侵蚀,将最终导致粮食价格的上涨和持久的饥饿援助。世界观察主席,与爱德华,C.沃尔夫一起的合作者,莱斯特、R.布朗告诫说:“为了满足对粮食产量的追求,世界上正在开始开垦土地,把一种可以重新恢复的资源变成了一种不可重新恢复的资源”。他们写了一篇论文是,土壤的侵蚀:一种潜移默化的世界经济危机。在这篇论文中,他们第一次计算了世界上土壤的侵蚀损失量,估算了每年农田过度损失的表土在2540亿吨之多。     

三江源区典型高寒草甸土壤侵蚀的137Cs定量分析

高寒草甸是青海三江源地区的主体生态系统. 高寒草甸的根系盘结, 形成坚实的“地毯式”草皮层, 固土持水能力强, 是维持“中华水塔”的主要贡献者. 为了定量分析典型高寒草甸的抗侵蚀能力, 本文选择草皮层完整、植被覆盖度在60%以上的典型高寒草甸坡面, 进行了土壤侵蚀的¹³⁷Cs核素示踪研究. 结果表明: (1) 各采样坡面土壤侵蚀强度属微度-轻度侵蚀水平, 玉树县玛龙村坡面多年平均土壤侵蚀模数为464 t km^-2 a^-1, 玛多县野牛沟乡坡面为415 t km^-2 a^-1, 称多县珍秦乡坡面为875 t km^-2 a^-1. (2) 在坡面尺度上, 土壤侵蚀速率与植被覆盖度呈负相关, 植被覆盖度越高, 坡面侵蚀模数越小(P<0.01, R²=0.986); 在样点尺度上, 土壤侵蚀速率与植被覆盖度之间也具有较好的负相关关系(P<0.01, R²=0.555). (3) 三江源地区高寒草甸坡面侵蚀强度及其与植被覆盖度的关系表明, 植被是土壤侵蚀的最主要影响因素之一, 具有完整草皮层且植被覆盖度较高的高寒草甸, 对于土壤保护和防止水土流失具有重要的意义.     

中国水土流失基础研究的机遇与挑战

水土流失是制约人类生存和社会可持续发展的重大环境问题,是我国各种生态问题的集中反映,对粮食安全和生态安全造成了严重威胁。国家973项目“中国主要水蚀区土壤侵蚀过程与调控研究”以我国东北黑土漫岗区、西北黄土高原区、南方红壤丘陵区、西南紫色土山丘区4个水蚀区为重点,以土壤侵蚀过程为研究对象,拟解决主要水蚀区土壤侵蚀的发生发展过程与驱动机制、复杂环境下土壤侵蚀模型构建的理论与方法、水土流失与水土保持环境效应评价理论与调控机理等三个关键科学问题。研究水土流失发生发展过程与驱动机制,指导水土保持措施配置与战略规划;阐明流域产沙和水沙运移规律,减少江河洪涝灾害、维系大江大河和大湖安全;构建多尺度土壤侵蚀预报模型,预测发展趋势,指导水土保持规划;建立水土流失与水土保持的环境效应评价理论,为生态建设和制定中国水土保持宏观战略对策提供科学依据。     

GIS支持下的降雨型滑坡危险性空间分析预测

基于GIS的滑坡分析模型的基础上, 针对现有模型的优势和不足, 提出了改进的SINMAP模型. 该模型将滑坡确定性模型与基于DEM的水文分布模型进行有效的集成, 考虑了由于降雨引起的地下水的不同分布, 所造成的静水压力及地下水渗流过程中产生的动水压力对滑坡稳定性的影响. 以中国西南典型的降雨型滑坡分布区—— 云南小江流域为例, 探讨了模型应用的有效性, 详细研究分析了小江流域滑坡危险性在不同降雨条件下的空间分布规律, 特别是随降雨条件的变化、滑坡变形失稳区域的扩展趋势以及失稳位置、失稳面积等的空间变化特征, 给出了滑坡发生与降雨、地形坡度、集水区面积等因素之间的定量关系. 在此基础上, 推算出小江流域滑坡失稳的降雨量阈值, 对区域性降雨型滑坡危险性进行快速有效的分析和预测.     

稻田土壤镉的表面络合模型及其生物有效性验证

中国南方分布的稻田土壤以酸性可变电荷土壤为主(pH 6.5).重金属Cd作为重要污染物,其生物有效性在酸性条件下相对较高,因此,研究可变电荷稻田土壤中Cd的吸附特征并建立模型准确评价Cd的生物有效性具有重要意义.本研究通过测试不同p H下的稻田土壤Cd吸附曲线,建立了表面络合模型(SCM),模拟Cd的吸附行为;并且采用田间实验的稻米Cd累积量,对SCM预测的有效态Cd进行验证. Cd的吸附实验表明,随pH升高Cd的吸附量升高,至pH 5.5时Cd以吸附态为主.利用电位滴定实验和不同pH下Cd的吸附实验,建立了Cd吸附的1-site/2-p K表面络合模型,该模型能够很好地拟合Cd在可变电荷土壤中随p H变化的吸附特征.水稻田间实验数据表明,酸性(pH 5.5)稻田土壤pH与水稻籽粒Cd呈显著负相关(P 0.05),因为p H决定的吸附平衡是影响有效态Cd含量的关键;采用连续提取法获得的Cd形态(1 mol L-1MgCl2提取的可交换态和1 mol L-1NaOAc/HOAc提取的碳酸盐结合态)与水稻籽粒Cd含量无显著相关(P 0.05);而采用模型预测的溶解态Cd与水稻籽粒Cd含量极显著相关(P 0.01),说明本模型预测的有效态Cd明显优于连续提取法.因此,应用SCM模型,可以更为准确地预测稻田土壤有效态Cd及其Cd在土壤-水界面的形态分配,为Cd的生物有效性评估提供新的思路.     

基于相变过程的格子Boltzmann模型及应用

基于SC模型提出了一种新的描述气液相变过程的格子Boltzmann模型. 通过对单组分相变过程的模拟, 验证了该模型的正确性. 通过对vdW流体的模拟以及与Maxwell构建原理的对比, 发现相对于SC和Zhang模型, 新模型能够得到与理论解相近的结果, 计算产生的最大伪速度介于SC和Zhang模型之间, 但扩大了温度的变化范围, 提高了模型的最大分离密度比, 使得新模型计算更加稳定, 适用范围更加广泛. 根据工程热力学中的对比态原理, 以工程中常用氨和水两种工质为例, 利用新模型分别模拟不同状态方程控制下的相变过程, 并与实验值进行了比较, 结果表明P-R状态方程更加适合描述氨和水等物质的相变过程, 特别地, P-R状态方程模拟结果与氨的实验值更加接近, 结果具有重要工程意义.     

210Pbex在土壤中的深度分布和通过210Pbex法求算土壤侵蚀速率模型

中国和英国的3个土壤剖面给出了非农耕地和农耕地土壤中²¹⁰Pb_ex和¹³⁷Cs的深度分布, 这两种核素的深度分布非常相似, 非农耕地核素的最大浓度出现在土壤表层, 向下浓度呈指数急剧降低; 农耕地核素基本均匀分布于犁耕层深度内. 中国黄土高原的²¹⁰Pb_ex本底值为573 mBq/cm², 略高于英国的520 mBq/cm². 20世纪50~70年代核试验产生的¹³⁷Cs在土壤中呈非稳定态分布, 而土壤中的天然核素²¹⁰Pb在土壤环境和侵蚀过程长期不变的情况下, 呈稳定态分布. 因此, 土壤中²¹⁰Pb_ex的质量平衡不同于¹³⁷Cs. 根据²¹⁰Pb_ex连续沉降、衰变和流失的过程, 推导出非农耕地和农耕地土壤中²¹⁰Pb_ex稳定态分布的质量平衡模型, 用以计算土壤侵蚀速率. 此外, 还给出了通过无侵蚀草地土壤中²¹⁰Pb_ex的深度分布, 求算农耕地²¹⁰Pb_ex表层富集系数的方法.     

改变地球,人比大自然还厉害

科学家最近通过研究发现,人类移动地面土壤的能力,比风、雨和河流等所有自然侵蚀过程的总和还强。具体而言,在改变地球面貌的速度方面,人类大约是从1000年前开始超过自然力量的。过去科学家一直以为由农牧业、采矿业和砍伐森林等人类活动所造成的土壤移位程度,和由自     

基于多智能体的微观交通流模拟模型

在分析传统跟驰模型和元胞自动机模型不足的基础上, 提出了基于多智能体的微观交通流模型. 在模型中创建了一种新的跟驰方法, 设计了具有推理机制的汽车换道策略, 模拟城市主干路和高速公路交通流. 实验结果表明, 本模型比元胞自动机模型有更高的模拟精度, 在研究复杂交通流方面优于传统跟驰模型, 能较好地模拟堵塞、自由流和同步流等车流现象.     

生物多样性和生态系统功能对全球变化的响应与适应：协同方法

生物多样性与生态系统功能对全球变化的响应与适应是极其复杂的,为了更深入了解和认知,需要融合多学科技术、应用协同方法对其进行研究：其中长期定位观测有助于认识有长时间滞后效应的生态过程或具有重要生态功能的缓慢过程;全球变化实验在自然环境条件下可定量区分各环境因子及其相互作用对生态系统动态的影响;梯度研究可以完善不同时空尺度分析之间的耦合;过程研究则是对野外调查、长期观测或控制实验进行有益补充;这四种研究方法可以镶嵌使用,互补互惠,共同为模型结构的建立和完善提供理论认知,并为模型运行提供参数估算和独立验证数据。模型一方面通过集成各种调查、观测、实验等信息,可以提供强大的模拟分析与预测能力;另一方面它又可以反馈信息来指导各种观测、实验和研究的设计与数据收集,是全球变化研究中必不可少的集成分析工具。     

生物多样性和生态系统功能对全球变化的响应与适应:协同方法

生物多样性与生态系统功能对全球变化的响应与适应是极其复杂的,为了更深入了解和认知,需要融合多学科技术、应用协同方法对其进行研究:其中长期定位观测有助于认识有长时间滞后效应的生态过程或具有重要生态功能的缓慢过程;全球变化实验在自然环境条件下可定量区分各环境因子及其相互作用对生态系统动态的影响;梯度研究可以完善不同时空尺度分析之间的耦合;过程研究则是对野外调查、长期观测或控制实验进行有益补充;这四种研究方法可以镶嵌使用,互补互惠,共同为模型结构的建立和完善提供理论认知,并为模型运行提供参数估算和独立验证数据。模型一方面通过集成各种调查、观测、实验等信息,可以提供强大的模拟分析与预测能力;另一方面它又可以反馈信息来指导各种观测、实验和研究的设计与数据收集,是全球变化研究中必不可少的集成分析工具。