大尺度非饱和土壤水分运动的随机模型及有效参数的结构分析

本文将大尺度空间上的局部土壤水力特性及土壤水分变量视为三维统计平稳随机场的实现，在土壤参数及土壤水分变量的随机扰动为小扰动的条件下，通过对描述小尺度非饱和土壤水分运动的数学模型进行了平均处理，推导出描述大尺度非饱和土壤水分运动宏观特征的数学模型，模型的控制性方程与Ｒｉｃｈａｒｄｓ方程的形式是一样的，应用谱分析理论对层状土壤条件下模型有效参数及负压水头方差的结构进行了分析，通过分析得到有效参数是各向     

基于GLUE的新安江模型参数不确定性分析及应用

结合新安江模型在东洋河流域的应用,提出了基于GLUE方法的新安江模型参数不确定性分析。采用GLUE算法抽样结果对东洋河流域进行不确定性预报,选用水文模拟中常用的确定性系数作为似然判据,通过设定0.7为阀值,得到的90%置信区间的流量过程,实例研究表明,以该结果进行不确定预报是可行的。     

基于MCMC的新安江模型参数不确定性分析及应用

针对新安江模型参数不确定性分析过程中出现的参数多、收敛慢、计算负担重等问题，提出基于MCMC方法的新安江模型参数不确定性分析，该方法通过Markov链MonteCarlo抽样方法求解得到模型各参数后验分布，显著提高了算法的计算速度和求解质量。参数后验分布结果为区间预报提供了条件，实例研究表明，以该结果进行不确定预报是可行的。     

基于弹性板理论陡倾角层状围岩弯曲长度影响因素分析

新疆布伦口-公格尔水电站有些标段处于层状岩层中,在施工过程中出现了弯曲滑移破坏。针对这一问题,依据弹性板稳定理论,建立了陡倾角层状围岩弯曲失稳机制力学模型,并推导出岩板弯曲长度极限平衡方程公式,同时分析了陡倾角层状围岩弯曲段长度随各力学参数变化的规律,成果具有一定的实用价值。     

基于SWAT的径流模拟参数优化方案及不确定性分析

SWAT模型在水科学领域应用极为广泛,顺序不确定拟合算法（SUFI-2算法）是SWAT校准优化的首选工具,提高SUFI-2算法的率定效率对SWAT的应用十分重要。在SUFI-2算法中设立NS、R2和PBIAS 3种目标函数,在此基础上,分析14种水文相关参数敏感性,基于95PPU不确定性的限制原则（P-factor>0.7且R-factor<1）率定参数范围,结合模拟性能评价的分级准则遴选最佳模拟,最后采用出山店水库1980～2018年水文资料进行验证。结果表明：3个目标函数中,PBIAS对参数变化的响应程度最强,利用PBIAS确定的敏感参数有CN2,CANMX,SOL＿BD,GW＿DELAY,GWQMN, GW＿REVAP,ESCO,RCHRG＿DP和SOL＿AWC;率定期和验证期模拟不确定性与降水分布相关;遴选的最佳模拟在不同时期表现出的性能稳定高效,证明遴选方法可行。研究成果对于提高水文模型优化效率具有借鉴意义。     

基于抽样分布理论的P-Ⅲ型分布均值的不确定性分析

针对P-Ⅲ型分布参数的不确定性问题,提出了应用抽样分布理论进行研究的方法。引入抽样分布及特征函数的概念,推导了P-Ⅲ型分布样本均值的分布函数,构造辅助随机变量并推导了其分布函数,在总体的离势系数和偏态系数已知情况下,结合上下概率分位点得到了总体均值的置信区间;方法应用于上犹江流域,计算得到了其设计洪峰的置信区间。理论推导表明,样本均值和辅助随机变量仍服从P-Ⅲ型分布,且辅助随机变量的分布参数仅与总体的离势系数和偏态系数有关。将该方法应用于上犹江流域,设计洪峰的置信区间合理,说明基于抽样分布理论研究P-Ⅲ型分布均值的不确定性是可行的,且分析结果受总体离势系数影响较大而受偏态系数影响较小。     

基于GLUE 方法的饱和多孔介质中溶质运移模型参数不确定性分析

模型参数的不确定性分析是模型不确定性研究的重要内容之一。本文以示踪剂Br和反应性溶质Cu在石英砂中的运移为例,采用GLUE方法探讨了多孔介质中溶质运移模型参数的不确定性。研究结果表明,仅对水力学参数θs和λ进行识别时,θs和λ的可识别性较强。对耦合Freundlich等温吸附的模型参数进行识别时,由于参数间的相互作用,θs和λ的可识别性降低;吸附特性参数kF的后验分布基本呈均匀分布,可识别性较差,吸附特性参数β、ω、f的取值区间则相对收敛,可识别性较强。K-S检验结果表明,参数区域敏感度由高到底的排序为f、ω、β、kF、λ、θs,主要是因为石英砂对Cu的吸附以动力学反应为主,而f和ω是与动力学吸附反应相关的两个参数。上述结论有助于加深对溶质运移模型参数的理解和提高模型预测的可靠性。     

基于UQ-PyL的SWAT模型参数不确定性分析综合评估

为解决SWAT (soil and water assessment tool)模型在复杂情形下的参数不确定性分析问题,引入参数不确定性分析平台UQ-PyL(Uncertainty Quantification Python Laboratory),开发UQ-PyL与SWAT模型的耦合模块,使得UQ-PyL中的各种算法能够方便快捷地应用于SWAT模型的参数不确定性分析。为验证UQ-PyL用于SWAT模型参数不确定性分析的效果,在我国不同气候条件下的4个流域构建SWAT模型,综合对比评估UQ-PyL与SWAT-CUP对模型参数的不确定性分析结果。结果表明：UQ-PyL多种敏感性分析方法筛选出的敏感参数比SWAT-CUP单一方法筛选的结果更加合理;使用UQ-PyL率定的参数在4个流域应用中都表现良好,优化后模拟结果的纳什效率系数均在0.55以上,收敛次数在550次以内;在4个流域的模拟中,UQ-PyL能提供计算效率更高的算法ASMO,也能提供模拟结果更准确的算法SCE。综上,与SWAT模型相耦合的UQ-PyL能够支持SWAT模型用户在不同系统下对模型参数进行更高效的不确定性分析研究。     

基于GLUE的垂向混合产流模型参数不确定性分析

水文模型能将复杂的水文现象和过程进行概化,其不确定性研究已成为模型研究的重要方向之一。以半湿润地区洛河流域为研究区域,构建了基于垂向混合产流模型的流域产流模拟模型,采用GLUE方法并结合5项相关指标对构建的模型进行不确定性分析。结果表明:使用GLUE方法对垂向混合产流模型进行不确定性评估和参数优选过程中,在置信度为95%的前提下,模型预报区间的覆盖率达到87.5%,对称度S和T接近于0,数据模拟对称度良好。     

基于称重法的土壤水传感器分层跟踪率定方法研究

为解决传统土壤水传感器率定方法受土壤密度变化的影响导致传感器率定精度和土壤含水率监测准确性不高的问题,结合淮北平原砂姜黑土垂直剖面土壤密度变化情况将土壤分为20~50cm,70~100cm 和120~150cm三层进行跟踪率定,并将分层前后土壤水率定值进行了对比分析。与未分层方法相比,三个土层体积含水率数值相对误差分别由-11.48%~-2.97%-2.85%~10.29%,-1.58%~13.14%缩减至±7.9%,±6.9%和±6.1%以内,多次误差均值由1.38%,1.25%和2.8%分别降低到0.61%,1.24%和2.22%。结果表明：基于称重法的土壤分层传感器率定方法比未分层条件下土壤水传感器率定结果、效率和精度更高,率定方法更科学,为现代农业生产提供了更加有效的土壤墒情监测手段。     

毛管埋深和土壤层状质地对地下滴灌番茄根区水氮动态和根系分布的影响

通过2年日光温室滴灌施肥灌溉试验,探讨毛管埋深和土壤层状质地对根区土壤水分、NO-3N和番茄根系分布的影响,为地下滴灌的设计和运行提供依据。毛管埋深取0、15和30cm三个水平,设置0、150和 225kgN／hm\+2三个施氮量水平,3种土壤包括均质壤土(L)、上砂下壤土壤(SL)和壤土中有砂土夹层土壤 (LSL)。研究结果表明,番茄生育期内根区平均土壤含水率和根长密度在0～20cm土层中随毛管埋深的增加而降低,在20～70cm土层中随毛管埋深的增加而增大。地下滴灌土壤NO-3N含量在0～20cm土层中较地表滴灌有所增加。毛管埋深番茄总根长密度影响不显著,而最大根长密度随毛管埋深增加而降低,且出现的土层变深。层状土壤质地对土壤水分、NO-3N和番茄根系在土壤剖面上的分布影响较大,与均质壤土处理相比,LSL处理 0～20cm土层土壤含水率降低18％,NO-3N含量降低23％,根长密度增加44％,土壤剖面上总根长密度与均质壤土处理相当;SL处理0～20cm土层土壤含水率降低28％,NO-3N含量降低55％,根长密度降低35％,土壤剖面上总根长密度较均质壤土处理降低37％,因此在上粗下细层状土壤中应慎用地下滴灌。     

Study on soil water characteristics of tobacco fields based on canonical correlation analysis

In order to identify the principal factors influencing soil water characteristics (SWC) and evaluate SWC effectively, the multivariate-statistical canonical correlation analysis (CCA) method was used to study and analyze the correlation between SWC and soil physical and chemical properties. Twenty-two soil samples were taken from 11 main tobacco-growing areas in Guizhou Province in China and the soil water characteristic curves (SWCC) and basic physical and chemical properties of the soil samples were determined. The results show that: (1) The soil bulk density, soil total porosity and soil capillary porosity have significant effects on SWC of tobacco fiels. Bulk density and total porosity are positively correlated with soil water retention characteristics (SWRC), and soil capillary porosity is positively correlated with soil water supply characteristics (SWSC). (2) Soil samples from different soil layers at the same soil sampling point show similarity or consistency in SWC. Inadequate soil water supply capability and imbalance between SWRC and SWSC are problems of tobacco soil. (3) The SWC of loamy clay are generally superior to those of silty clay loam.     

层状地基中考虑固结和流变的垂直单桩的理论分析

利用积分方程求解了考虑固结和流变的层状饱和土地基中的垂直受荷单桩问题。为了求解该问题，首先利用层状饱和土的圆形载荷基本解，建立了时域内层状饱和土地基中单桩的积分方程。对所得的积分方程进行Laplace变换，得到变换域内的积分方程。对变换域内的积分方程采用Schapery逆变换方法得到时域内单桩的近似积分方程。数值求解所得的积分方程可以得到桩的沉降、轴力、剪力和孔压     

基于模糊可信度约束的不确定性农业水资源规划模型研究

水资源短缺问题是制约农业经济发展的重要因素,因此在水资源规划中应着重考虑水资源利用效率与农业效益之间的平衡问题。研究提出了基于模糊可信度约束算法建立的农业水资源规划模型,通过调节用水量与农业效益之间的平衡关系,实现农业效益最大化。所建立的模型改进了以往规划方法的不足,并提出不同可信度水平λ值以及不同情景下的灌溉系统分析,可以为决策者提供重要参考依据。实例研究结果表明:乌鲁木齐某地农业灌溉系统中3类作物的灌溉配比对最终收益利润总和的影响较大,可信度水平λ是权衡收益与成本的重要因素。通过研究可信度水平λ值对模型的影响,可为决策者提供更多的水资源管理优化备选方案,并有效提高农业灌溉系统的社会、经济和环境效益。     

GIS技术支持下的给水管网模型与网络分析

介绍了GIS技术在城市给水管网管理中的作用,分析了给水管网结构和特点以及给水管网拓扑关系的自动与半自动生成,最后利用GIS技术实现了对给水管网的网络分析和动态模拟。     

基于多源数据融合的土体空间参数不确定性缩减

土体参数存在空间变异性,导致结构响应具有不确定性。忽视这种不确定性或采用偏差参数可能导致工程安全问题,甚至引发工程灾害。现场测量数据可用于改进对基坑开挖等岩土工程中结构响应的估计,通过SPT等直接测量方法得到的勘察数据与土体刚度参数直接相关,在这些数据的基础上,基于Kriging法约束随机场的条件模拟可用于改进对参数空间分布的估计。此外,当监测数据与位移等土体结构性能或响应相关时,利用集合卡尔曼滤波器（EnKF）反分析也可降低土体参数的不确定性。本文采用多源数据融合的形式将直接和间接两种方法结合在一起进行土体开挖分析,结果表明：两种方法结合使用可以显著降低土体参数的不确定性,从而降低结构响应中的不确定性。     

冬小麦—夏玉米种植模式下的农田水量平衡模拟及人渗补给规律分析

在大量室内外实验及田间土壤水分动态监测基础上，模拟描述了雄县试区常见作物种植模式下层状土体的田间水量动态平衡过程，根据宏观根系吸水模型假设和根系吸水函数确定了冬小麦、夏玉米的实际蒸腾率。并依据模拟值与田间实测土水势值拟合最佳为准则估算作物的实际裸间土面蒸发，在田间水量平衡基础上，得到３３０ｃｍ土体底层处的下渗补给量，分析了区内降雨（灌溉）入渗补给规律及地下水变化特征。