Characteristics of surface runoff in a sandy area in southern Mu Us sandy land

To better understand the key role of biological soil crusts (BSCs) in redistribution processes of limited water resources in semi-arid sandy ecosystems, surface runoff over BSCs in a sandy area in the southern Mu Us sandy area was observed in this study. The results indicated that runoff occurred twice among six rainfall events during the experimental period. Runoff yields varied among types of BSCs, and that they increased in the following order: light algae crusts, dark algae crusts and moss crusts. These findings showed that runoff yields were increasing with the development of BSCs. The percentage of runoff in individual rainfall events increased from light algae crusts to moss crusts, which indicated that the redistribution ratios of different types of BSCs differed. Surface runoff of BSCs may be influenced by rainfall, rain intensity, degree of water saturation of the BSCs before the rain and degree of development of BSCs. Formation of BSCs on the surface of sand dunes changed the spatial distribution pattern of water in this semi-arid sandy ecosystem, which increased the heterogeneity of resources such as water and nutrients. Therefore, making appropriate disturbances of BSCs during storm season is beneficial to maintaining the balance of natural resources in the semi-arid sandy ecosystem.     

近15年来呼伦贝尔沙地土地沙漠化发展及其驱动力

基于2001—2015年MODIS NDVI遥感数据反演了呼伦贝尔沙地近15年来植被覆盖度和沙漠化土地的空间格局与变化.结果表明:2001年以来呼伦贝尔沙地土地沙漠化总体有所减弱,但年际变化显著.其中:2001—2007年沙漠化土地以扩张为主;2007—2013年随植被覆盖缓慢恢复,沙漠化逐渐逆转;2013—2015年沙漠化有所加剧.降水量年际变化是该区沙漠化逆转或加剧最重要的驱动力.在气候变化背景下,未来几十年内该区沙漠化具有正过程发展趋势.     

超厚砂卵石地层气举反循环钻探工艺

采用气举反循环的钻探工艺，在孔径为3．0m、厚度为33m的超厚砂卵石地层桩基础施工中，改进了钻进施工工艺方法。研究结果表明：采用改进后的泥浆循环系统，提高了排渣的效率，实现了边正常钻进边排渣的工，作流程，在实际工程应用中具有可操作性；通过研究孔壁稳定与泥浆指标、孔内水头位置进行工程试验，获得的泥浆粘度比常规值低，节约了造浆成本，提高了钻探效益。此外，提出一个斯的钻杆孔内有效气量的简化计算公式。     

沙质环境中基于视觉的月球车定位方法

视觉里程计是月球车上重要的传感器之一,能够实现月球车在松软月面的定位,并对滑转率进行估计．针对沙质的月面模拟环境,为月球车开发了适应能力强的视觉里程算法．首先,研究基于形态学的图像增强算法以保证提取到足够多的特征点;其次,在对极线约束下实现角点的匹配,并且通过优化搜索窗口尺寸和预估搜索方向等方法提高匹配和跟踪的效率;再其次,采用随机抽样一致（RANSAC）算法进行运动估计,计算巡视器在6个自由度上的姿态变化;最后,在月面模拟场地对视觉里程算法进行试验,证明所提算法在特征稀少的环境中仍能保持较高的稳定性和定位精度．     

砂土海床海底管道贯入的数值模拟

为预测砂土海床海底管道贯入深度,在ABAQUS下建立了砂土海床海底管道贯入的耦合欧拉-拉格朗日有限元模型,模拟海底管道在风浪流及自重等荷载作用下贯入砂土海床的过程,研究了管-土界面摩擦系数、砂土内摩擦角、剪胀角及弹性模量对管道贯入深度的影响。结果表明,在海底管道贯入过程中,管道两侧海床隆起,在海床土体内形成了自管道底部延伸至海床表面的连续滑动面,砂土破坏表现为整体剪切破坏形式;管-土界面摩擦系数、砂土内摩擦角及剪胀角均会影响砂土海床海底管道贯入深度,其中砂土内摩擦角对海底管道贯入深度影响最大,而砂土弹性模量则对海底管道贯入深度没有显著影响。海底管道贯入阻力随管-土界面摩擦系数、砂土内摩擦角和剪胀角增加而呈幂函数增大。所提海底管道贯入深度预测公式考虑了管-土界面相互作用和砂土力学特性的影响,能准确预测砂土海床中管道的贯入深度,可为砂土海床海底管道在位稳定性评估提供基础数据。     

土工布对砂质土渗透特性影响规律的试验研究

设计了由马氏瓶和渗透仪组成的常水头渗透试验系统,展开了不设置土工布与设置土工布的对照试验,分别研究了土工布放置位置和层数对土体渗透性能的影响规律;土工布上部荷载对土工布自身渗透系数的影响．试验结果表明:土工布可以有效减小土体的渗透系数,增大其临界渗透破坏水头高度,从而提升土体的渗透稳定性．但土工布上部荷载的增加,会导致土工布自身渗透系数的变大．通过对试验数据的处理,发现渗透系数随着土工布位置的增高与土工布层数的增多而减小,临界渗透破坏水头高度随着土工布层数的增多而增大;在设置单层土工布的情况下,土工布放置于土体中间位置处时,临界渗透破坏水头高度达到最大,土体的渗流稳定性最好．使用本文所推导的公式,可以较好地计算土体内土工布设置的埋深与土体渗透系数的对应关系．      

沙苑生态环境变迁

目的对关中东部黄河、渭河、洛河三角地带沙苑生态环境变迁做深入分析和研究,为治理和改善沙苑生态环境提供历史借鉴和科学依据。方法基于历史文献与野外实地考察进行分析。结果将沙苑生态环境变迁过程划分为4个主要阶段,对造成变迁的原因作了初步分析。结论形成初期主要受历史时期气候变迁的影响;之后的几个时期主要为人类不合理的开发,生态环境不断恶化;建国后,经过合理的改造,生态环境不断得到改善。     

二维砂质海滩的堤前冲刷试验研究

从波浪及泥沙运动的相似律出发，得到海滩模型的基本相似准则，并采用天然沙的正态模型进行海堤前砂海滩的冲刷试验，试验结果可为海滩剖面的维护及海堤布置提供设计依据。     

砂土地震液化判别方法的综合应用

在当前国家重视基本建设、加快农村城镇化的背景下,砂土地震液化判别在岩土工程勘察中的重要性在不断提升,意义显而易见。文中在分析国内现行标准中规定的饱和砂土液化判别方法局限性的基础上,结合工程实例,提出了多种砂土液化判别方法综合运用、综合评价的方法,并验证其适用性,具有一定的实用价值。     

软化砂砾岩上的拱坝新结构

为在砂砾软岩上经济、快速地修建拱坝,针对软岩强度低、变形大的特点,分析了水压和累积自重作用下软岩上的拱坝受力和变形规律,提出了以下工程策略:上游坝面周边设置人工拱面缝释放岩石拉应力,缝端用槽钢止裂;下游布置推力墩增强坝肩,限制变位;扩大基础均化坝体由自重产生的压应力集中。结果表明:在软岩上采取上游面设置人工拱面缝释放拉应力,下游面设置推力墩限制变位的措施后,拱坝及其周边岩石能够满足内应力及承载力要求。     

六种沙蒿花粉形态的比较研究

通过光学显微镜和扫描电镜．观察了蒿属6种沙生半灌木的花粉形态．结果表明，6种沙蒿的花粉形态高度一致,极面观均为三裂圆形，赤道面观为圆形或椭圆形，具三孔沟，外壁纹饰在光镜下为表面颗粒状，在电镜下为排列较疏的刺，刺基外延．     

夏季高寒沙地乌柳林的水分来源

【目的】共和盆地位于青藏高原的半干旱区,属于典型的高寒沙地,是青海省土地荒漠化最严重的区域之一。乌柳是当地退化草地恢复的主要树种,乌柳林的稳定性是其可持续管理的关键。研究夏季乌柳林的水分来源以分析它们在半干旱区能否维持稳定性。【方法】利用稳定氢、氧同位素技术研究了夏季4个林龄乌柳林的水分来源,比较乌柳林的木质部水分与各潜在水源的稳定氢、氧同位素值,确定7月乌柳林主要利用的水源。【结果】不同林龄乌柳林可利用不同深度的土壤水或地下水。其中,2年生乌柳林主要利用地表下25 cm的土壤水,占总水源的75.5%; 10年生乌柳林主要利用地表下25～75 cm的土壤水和地下水,占总水源的73.9%; 20年生乌柳林主要利用地表下50～75 cm的土壤水和地下水,占总水源的67.7%; 30 年生乌柳林主要利用地表下25 cm的土壤水和地下水,占总水源的69.6%。随着林龄的增加(从10 a到30 a),乌柳林对地下水的依赖性逐渐增强。【结论】乌柳林通过调整水分利用策略来适应共和盆地的半干旱气候。利用稳定的深层土壤水和地下水有助于长期维持乌柳林稳定性,建议将乌柳作为高寒沙地和其他半干旱地区退化植被恢复的主要树种推广。     

面向沙土环境的仿生软体机器人及交互力学模型

现有的沙土移动机器人大多采用刚性结构, 在复杂的工作环境中 常常会发生打滑、沉陷、翻倒等问题, 缺乏良好的环境适应能力. 针对该问题设计了一种面向沙土环境的仿弹涂鱼气动软体机器人; 基于地面力学理论和软体机器人建模方法, 考虑机器人在沙土环境下的约束条件, 通过对软肢体与沙土间力学交互特性的分析, 建立了软肢体/机器人-沙土交互力学模型, 并构建了输入气压与机器人运动特性的关联; 通过实验验证了软体机器人-沙土交互力学模型的有效性和准确性. 实验结果表明, 该软体机器人具有环境适应性强、控制简单、柔顺性高等优点.     

鄂尔多斯盆地北部晚古生代物源体系及聚砂规律

为了认识沉积充填与大面积成藏的关系,根据大量的野外露头和钻井资料,对鄂尔多斯盆地北部上古生界的物源体系和砂体发育特征进行研究。结果表明:本溪—太原期的陆表海阶段物源供给有限,小型潮控三角洲与大面积潮坪交错发育;山西—下石盒子期为陆内坳陷盆地形成发展期,物源供给充分,大型浅水三角洲在宽缓的斜坡上大面积聚砂;上石盒子期盆地进入成熟稳定阶段,坡降进一步降低,发育聚泥为主的网状河三角洲;在宽缓的古地貌背景下多河道浅水三角洲的频繁进退和侧向迁移,使多物源供砂、多水系输砂和缓斜坡聚砂组成的"源-输-汇"三元耦合聚砂系统形成了大面积立体网毯状砂体,为岩性-地层圈闭小而多、大面积分布奠定了基础,成就了鄂尔多斯盆地上古生界"满盆生气、到处含气、岩性控气"的富气规律。     

非饱和土砂土湿吸力

为了研究非饱和砂土湿吸力的影响因素及变化规律,利用非饱和砂土作为挡土墙的填土,通过观测填土的临界深度,应用朗肯主动土压力理论求其似粘聚力,根据似粘聚力来研究非饱和砂土颗粒间湿吸力的变化规律。研究结果表明:非饱和砂土的湿吸力是随着含水量的增大而增大,且开始阶段速率变化大;当非饱和砂土具有湿吸力时,存在一个临界含水量和临界粒径;在含水量相同条件下,相同粒径磨圆愈好湿吸力愈大。该研究方法操作简单、新颖,其结论可为非饱和土的研究提供参考。     

沙区林农复合经营效果的试验研究

通过沙区林农复合经营连续4年的试验,得出林农复合系统能有效改善微生态环境,使系统内光、热、水资源得到重新分配,系统生产力的提高主要来自资源共享增益和林木生长增益,系统内水分利用效率一般比旷野农田提高10.3%~15.0%.林农复合经营能满足社会的多样性要求,实现土地资源的持续利用和增强抗灾能力.     

砂性地层中盾构隧道掘进围岩变形特性

以狮子洋隧道砂性地层段地质条件和施工资料为基础,建立有限差分数值计算模型.通过比较不同断面监测点随开挖进程的位移值,结果表明:先掘隧道围岩向中心收缩,上下部围岩变形明显大于两侧;后掘隧道对先掘隧道有横向外挤的作用,但对纵向几乎没有影响.对有、无渗流作用的2种工况的比较分析说明,起初渗流对围岩变形影响不大,但最终加剧了围岩的变形程度.提出了开挖面前方土体扰动的累积效应和累积效应曲线的确定方法,通过该曲线可确定土体扰动范围和程度,经过理论分析,认为影响土体位移速率的2个因素是土体与开挖面间距和盾构推力.     

风沙区农田防护林营建多样性及景观效益

在各树种不同配置方式试验研究基础上,提出了风沙区构建多样性、稳定性农防林的框架,结果表明,营建针叶常绿林带或针阔混交林带在防护效果和观赏价值上皆优于纯阔叶林带.针对风沙区农防林单纯林带比重大、空间分布欠合理等问题,提出景观补救方法引入新"斑块"扩大混交比例,增加观赏价值高的树种种类,采取人工抚育、修枝等措施创造适宜的观赏环境.     

砂性土中土拱形态演变试验研究

目前对于土体中的土拱形态假设众多,土拱形态的演变研究不足。本文利用室内模型装置对土拱的形态和演变规律进行了试验研究,试验模型可以形成宏观的土拱,能够直接观测土拱的形成和演变过程。对试验过程中记录的土拱照片进行处理后,通过拟合和统计分析,得出土拱的合理形态曲线方程。试验表明：砂性土中土拱不是恒定不变的,而是处于不断变化的状态;土体中会先形成一组类似的土拱后,再转变为另一组类似的土拱;土拱的形态也不是单一的形态,砂性土中的土拱形态由下而上从抛物线转变为椭圆曲线。     

科尔沁沙地范围确定及风沙地貌特征研究

科尔沁沙地范围的界定,目前尚未达成共识.本文利用Landsat8OLI影像和ASTER GDEM数据,采用水系流域分割方法,划定科尔沁沙地的自然地理范围.并提取了各类沙丘分布信息,对沙丘格局特征和形态示量做了定量研究.结果表明,科尔沁沙地面积64 387.22km2,风沙覆盖面积37 381.00km2.风沙地貌分布及格局具有一定规律性,沙丘类型自西向东、自南向北趋于简单,并主要分布在西辽河干、支流沿岸的冲积平原上,不同河谷形态、走向其两侧沙丘发育呈现差异性,河流对沙地发育演化及维持其平衡态具有重要意义.