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作者：郭磊太原理工大学

学位级别：硕士

在干旱和半干旱地区,土壤水分是反映植被生长状况和农业干旱情况的重要指标,土壤长期缺水可能会导致区域内农业生态系统不断恶化,从而严重制约当地社会经济的快速发展。山西省作为农业用水大省,多年农业平均用水量占总用水量的60%左右,... 详细信息

在干旱和半干旱地区,土壤水分是反映植被生长状况和农业干旱情况的重要指标,土壤长期缺水可能会导致区域内农业生态系统不断恶化,从而严重制约当地社会经济的快速发展。山西省作为农业用水大省,多年农业平均用水量占总用水量的60%左右,土壤水分短缺所造成的影响将更加明显。近年来无人机因具有操作简便、时效性高、工作成本低以及机动性强,可及时准确地获取大面积农田土壤水分信息等优点,成为实现节水灌溉的重要工具。因此,本文以汾河灌区农业用水典型试验区—山西省中心灌溉试验站为研究区,基于无人机遥测影像构建玉米不同生育期土壤水分反演模型,为汾河灌区玉米的灌溉制度提供理论和技术支持。本文首先探究了研究区土壤水分与气候因子(降雨量、气温、风速以及蒸发量)的变化规律,并分析了二者之间的相关性,得出影响土壤水分变化的主控因子。其次利用无人机获取玉米不同生育期的多光谱影像数据,提取不同波段反射率、计算出31种植被指数,并对植被指数和不同深度土壤水分的敏感性进行了分析;然后运用反向传播神经网络(BP)、随机森林(RF)以及极端随机树(ET)3种机器学习算法构建不同深度和生育期的土壤水分反演模型,并比选得出玉米耕作层土壤水分最佳反演模型。第三对不同生育期下冠层/地表温度、植被株高以及叶面积指数与土壤水分的相关性进行了分析研究,并结合植被指数构建了偏最小二乘法(PLS)土壤水分反演模型。主要研究结果如下:(1)汾河灌区多年平均土壤水分呈不显著下降趋势;多年月均土壤水分呈倒双“S”型曲线变化,土壤水分的变化幅度随着土壤深度的增大而降低。多年平均降雨量、气温和蒸发量整体上呈上升趋势,三者的月均变化规律均表现为倒“V”型曲线;多年平均风速呈下降趋势,月均风速的变化规律表现为不规则倒“S”型曲线。降雨量、气温、蒸发量与土壤水分呈负相关关系,风速与土壤水分呈正相关关系,通过主成分分析得出气温是影响研究区土壤水分变化的主控因子。(2)对不同波段反射率计算得到的31种植被指数,采用灰色关联分析方法筛选出与土壤水分敏感性高的植被指数共有20种,其中选取次数较多的有SIPI、GNDVI、NRVI、NDVI、ARVI、DATT、OSAVI等7种植被指数,这些植被指数主要与NIR波段和R波段有关,表明这2个波段可作为汾河灌区玉米试验田土壤水分反演研究的主要数据源。(3)从不同生育期的反演效果来看,利用机器学习算法构建的反向传播神经网络(BP)、随机森林(RF)以及极端随机树(ET)3种土壤水分反演模型在灌浆成熟期的反演效果最好,在拔节期反演效果最差。在同一生育期下,BP、RF和ET模型验证集的决定系数R随着土壤深度的增加而减小,并且在45-60cm处验证集的R接近于0,表明3种模型的预测精度均随着土壤深度的增加而降低,0-45cm为模型最佳反演深度。在不同生育期和不同深度的土壤水分反演中,ET模型在3种模型综合表现较好,因此选定ET模型作为汾河灌区玉米土壤水分最佳反演模型。(4)在基于偏最小二乘法构建的植被指数、地面实测数据(冠层/地表温度、植被株高和叶面积指数)、以及植被指数联合地面实测数据的3种土壤水分反演模型中,植被指数联合地面实测数据所构建的土壤水分反演模型的精度最高,地面实测数据构建的模型次之,单纯利用植被指数构建的模型最差。表明相比于单纯利用植被指数进行土壤水分反演,地面实测数据的加入会对模型的反演精度起到一定提高作用,可使0-10cm、10-20cm、20-30cm以及30-45cm的R分别增加0.200、0.416、0.373以及0.300。

关键词：无人机多光谱土壤水分玉米机器学习汾河灌区气候因子

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基于图像和光谱特征的土壤水分反演研究

基于图像和光谱特征的土壤水分反演研究

作者：张雨露太原理工大学

学位级别：硕士

土壤含水量是气候、水文、农业和生态等领域的关键参数。近年来,随着智能手机/数码相机的普及和多光谱传感器的出现,数字图像技术和光谱技术成为经济、快速、环保且无损获取土壤含水量的方法,它对小尺度土壤水分测量具有越来越重要的价... 详细信息

土壤含水量是气候、水文、农业和生态等领域的关键参数。近年来,随着智能手机/数码相机的普及和多光谱传感器的出现,数字图像技术和光谱技术成为经济、快速、环保且无损获取土壤含水量的方法,它对小尺度土壤水分测量具有越来越重要的价值。针对现有研究中存在的水分反演模型对不同质地表层土壤适用性差、水分反演精度低,且不能反演深层土壤水分的问题,本文主要做了如下研究:首先通过开展室内控制试验,以粗砂土、细砂土、粉砂质壤土、壤质黏土和粉砂质黏土5种质地土壤为研究对象,研究了每种土壤的图像和光谱共14种特征参数对土壤水分的敏感性。其次,利用水分敏感性较大的特征参数构建了室内控制试验的图像特征和光谱特征反演的线性回归模型和神经网络模型。第三,以山西省中心灌溉试验站玉米试验田为例,利用表层0-5 cm的图像/光谱特征参数构建了0-70 cm不同深度土壤含水量的图像和光谱特征参数反演模型;并基于0-5 cm的反演模型构建了5-70 cm不同深度土壤含水量反演模型。主要得出以下结论:(1)图像特征参数红色灰度值(R)、绿色灰度值(G)、蓝色灰度值(B)、色调(H)、饱和度(S)、亮度(V)以及全色灰度值(DN)7种参数中,水分敏感性较大的3种参数为R、V和DN;光谱反射率R、R、R、R和R,以及最大与最小光谱反射率之差(R-R)和最大与最小光谱反射率之和(R+R)7种参数中,水分敏感性较大的4种参数为:R、R、(R-R)和(R+R)。对于同种参数,5种质地土壤的特征参数对水分的敏感性由小到大依次为:粗砂土、细砂土、粉砂质壤土、壤质黏土、粉砂质黏土,敏感性随着黏粒含量的增加而增大。(2)室内控制试验中,土壤水分敏感图像特征参数构建的5种土壤的BP和GA-BP神经网络模型反演精度高于LR和PLS线性回归模型,其中,GA-BP模型对5种质地土壤水分反演效果最好,R能达到0.980以上,RMSE和MAE均低于1.000%。利用水分敏感光谱特征参数构建的GA-BP模型对5种质地土壤水分反演的R达到了0.980以上,RMSE和MAE均低于1.000%。表明GA-BP模型对不同质地土壤水分反演均适用。(3)室外试验中,利用表层0-5 cm的土壤水分敏感图像/光谱特征参数,构建的不同深度土壤含水量图像和光谱特征参数反演模型(C-W)计算的0-5cm、5-10cm、10-20cm、20-30 cm、30-50 cm和50-70 cm土壤水分的R在0.901～0.990之间,RMSE在0.754～1.138%之间,MAE在0.536～0.987%之间,模型的反演精度随着土层深度的增加而降低,0-20 cm土壤水分的反演精度最好。(4)室外试验中,基于表层0-5 cm土壤水分反演模型计算的土壤含水量构建的不同深度土壤含水量反演模型(W-W)计算的5-10cm、10-20 cm、20-30 cm、30-50 cm和50-70 cm土壤水分R在0.843～0.987之间,RMSE在0.899～1.375%之间,MAE在0.590～1.117%之间。该模型对5-10cm和10-20 cm土层含水量的反演精度与C-W模型差别不大;20-30 cm、30-50 cm和50-70 cm土层含水量的反演精度低于C-W模型。(5)室内和室外条件下,对于不同质地、不同深度土壤水分的反演,图像特征参数构建的模型与光谱特征参数构建的模型相比精度相差不大。

关键词：土壤含水量图像和光谱特征不同质地土壤不同深度土壤 GA-BP土壤水分反演模型

基于HEC-RAS模型的惠济河开封段防洪除涝研究

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基于HEC-RAS模型的惠济河开封段防洪除涝研究

作者：高亮太原理工大学

学位级别：硕士

我国平原低洼区范围较大,洪涝灾害发生频繁,比较典型的是淮河流域,其“两头翘中间洼”的总地势造成了易涝的特点,涝区总面积达10万km2(其中耕地约1亿亩)。本次研究区所属的惠济河流域位于豫东地区、属黄淮平原,区内洼地农田土壤质地较好... 详细信息

我国平原低洼区范围较大,洪涝灾害发生频繁,比较典型的是淮河流域,其“两头翘中间洼”的总地势造成了易涝的特点,涝区总面积达10万km2(其中耕地约1亿亩)。本次研究区所属的惠济河流域位于豫东地区、属黄淮平原,区内洼地农田土壤质地较好,适宜耕作,主要农作物以小麦、玉米为主,是国家粮食生产核心区之一。据有关资料统计,从1991-2007年的17年间,河南省惠济河洼地内共发生涝灾面积为726万亩,年平均涝灾面积42.7万亩,占治理区总耕地面积的24%。多年的洪涝灾害,给当地农民的生产、生活造成了巨大损失,成了一个无法解除的结。因此,加快惠济河洼地的治理工作,特别是惠济河干流的河道整治,从根本上解决惠济河的防洪除涝问题,是十分重要和迫切的。鉴于此,本文以惠济河干流开封段河道综合治理项目为依托,将HEC-RAS模型引入河道综合治理工程,完成了以下几方面的研究工作。 1、基于HEC-RAS模型,利用河道178个横断面测量数据构建了惠济河开封段现状的数字河槽和河漫滩模型;2、依据所构建的河槽和河漫滩数字模型,对现状河道存在的问题进行了分析研究。结果表明,现状河道河床普遍较高、较窄,河道边坡不均匀、不稳定,河槽底部凹凸不平,河道淤积严重,严重降低了河道的行洪排涝能力。 3、对不同河流断面5年一遇、20年一遇设计流量进行了模拟计算,得出5年一遇的水位为70.97～58.94m,20年一遇的水位为71.58～59.77m。 4、按5年一遇设计流量的河道水力模拟计算结果,分析确定了河道疏浚工程水力断面;按20年一遇设计流量的河道水力模拟计算结果,分析确定了堤防整治工程堤顶高程;并利用HEC-RAS模型对河道疏浚工程、堤防整治工程治理效果进行分析评价,得出按5年一遇设计流量整治后河道水位降低0.6-1.91m,平均降低0.93m,20年一遇流量整治后水位降低0.18-1.73m,平均降低0.60m,该工程项目的实施能有效提高惠济河开封段行洪排涝能力。

关键词： HEC-RAS模型惠济河平原洼地防洪除涝

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一维非饱和土壤热湿迁移规律及数值模拟研究

一维非饱和土壤热湿迁移规律及数值模拟研究

作者：郭毅太原理工大学

学位级别：硕士

含水量和温度是影响表层土壤内生物活性、种子萌发和植物生长的两个关键要素。土壤作为一种典型的多孔介质,发生在其内的水分迁移和热量传递是一个复杂的耦合传输过程,研究和掌握非等温条件下土壤热湿迁移规律对旱区水土资源高效利用有... 详细信息

含水量和温度是影响表层土壤内生物活性、种子萌发和植物生长的两个关键要素。土壤作为一种典型的多孔介质,发生在其内的水分迁移和热量传递是一个复杂的耦合传输过程,研究和掌握非等温条件下土壤热湿迁移规律对旱区水土资源高效利用有重要的现实和实际指导作用。目前,大多数的非饱和土壤热湿迁移研究常常忽略水蒸气扩散对水分和热量迁移的影响。鉴于此,本文首先对中砂和黏土进行了热源作用下不同含水率的热湿迁移实验研究,而后利用Hydrus-1D对土壤热湿迁移中水蒸气的贡献进行了探索,分别进行了2种土壤（砂土和壤砂土）、2个温度（30℃和40℃）和6个含水率（0.08、0.11、0.13、0.15、0.20和0.30cm/cm）等10个情景中土壤含水率和温度受水蒸气影响的数值模拟研究。主要结论如下:（1）在一维非饱和土柱热湿迁移实验中,土壤温度变化规律为:加热初期,土壤温度迅速升高,但随着加热时间的延长,温度的上升速度逐渐放缓,并在达到最大值后维持稳定;含水率变化规律为:加热初期,近热源处土壤水分迅速堆积达到一个峰值,随后水分向远离热源方向迁移,土壤含水率不断下降。（2）实验进行到1440min时,土壤含水率仍然在不断下降,而此时土柱内温度已经稳定,表现出土壤湿度场的变化滞后于土壤温度场的现象。热源温度越高,土壤水分迁移越剧烈,形成的含水率峰值现象越明显;相较于中砂,黏土更易在近热源处形成含水率峰值。（3）对砂土和壤砂土两种土质进行的有无水蒸气影响的数值模拟显示:水蒸气迁移对两种土质水分迁移有重要影响,且对壤砂土的水分迁移影响更大;水蒸气迁移对不同土质的温度提升均有影响,且对壤砂土提升程度更加明显。（4）土壤含水率越低,水蒸气迁移对温度的提升幅度越大,随着含水率不断增加,水蒸气迁移对土壤温度的影响不断减小直至消失;初始含水率越低水蒸气迁移在整体水分迁移中的作用越大。当初始含水率继续增加至相对饱和（含水率大于0.20cm/cm）时,水蒸气对整体水分迁移的影响可忽略。因此,在低含水率土壤热湿迁移研究时,应考虑水蒸气迁移对含水率和温度的影响,在高含水率时,可忽略水蒸气的影响。

关键词：非饱和土壤热湿迁移 Hydrus-1D 数值模拟研究水蒸气迁移

中国私人美术馆资金获取模式初探 ——以木木美术馆为例

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中国私人美术馆资金获取模式初探 ——以木木美术馆为例

作者：刘琛中央美术学院

学位级别：硕士

私人美术馆是我国美术馆事业的重要组成部分,近年来得以蓬勃发展。然而,私人美术馆在收藏、研究、策展、运营管理、教育推广等方面存在许多不足,这些问题在某种程度上或多或少的与资金问题相关联。资金问题是关系美术馆生存和发展的根... 详细信息

私人美术馆是我国美术馆事业的重要组成部分,近年来得以蓬勃发展。然而,私人美术馆在收藏、研究、策展、运营管理、教育推广等方面存在许多不足,这些问题在某种程度上或多或少的与资金问题相关联。资金问题是关系美术馆生存和发展的根本问题之一。在现行的政策环境下外部"输血"条件的改善需要时日,完善内部"造血"功能非常必要。本文将商业画布作为工具梳理了美术馆创造价值、传递价值、获取价值的逻辑过程。并以木木美术馆为案例,进行了个案的分析研究,探讨中国私人美术馆提升"自供血"能力的可能性。笔者主要采取了深度采访法、案例分析法、文献梳理法相结合进行创作。以博物馆学、营销学等经济学为理论基础,以商业画布为工具,结合了木木美术馆的案例,试图可以找到帮助私人美术馆通过分析自身优劣势,找到适合自身发展的个性化道路,建立适合自身的资金获取模式,促进美术馆的建设发展。

关键词：私人美术馆盈利商业画布

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基于改进突变理论的大同市水安全评价

基于改进突变理论的大同市水安全评价

作者：武鑫太原理工大学

学位级别：硕士

大同市位于京津冀水源地保护区及雄安新区上游水源涵养区,是中国重要的能源化工基地。随着经济社会的发展与生态文明建设的推进,全市的水资源短缺、水环境污染、水生态恶化等问题越发凸显,水安全已经成为制约大同市经济社会可持续发展... 详细信息

大同市位于京津冀水源地保护区及雄安新区上游水源涵养区,是中国重要的能源化工基地。随着经济社会的发展与生态文明建设的推进,全市的水资源短缺、水环境污染、水生态恶化等问题越发凸显,水安全已经成为制约大同市经济社会可持续发展的首要问题。因此,科学合理地评价大同市水安全状况并提出相应的保障措施,对于大同市社会经济、水生态、水环境和水资源等融合协调发展具有十分重要的现实意义。本文在前人研究的基础上,对突变理论从三个方面进行改进:将印第安人茅屋突变模型引入评价体系,模型的控制变量由4个增加到5个;利用熵值法计算指标权重,降低了指标排序的主观性;构建了总突变级数转换函数式,避免了评价值接近对评价结果的干扰。在系统分析国内外关于水安全概念与内涵、水安全评价体系的基础上,针对大同市水安全现状,构建了大同市水安全评价体系。该评价体系自上而下分为目标层、准则层和指标层3层结构;目标层为水安全,准则层包括社会经济、水生态、水环境、水资源、水管理等5个子系统,指标层包括地下水开采系数、废污水排放量、水资源总量等22项评价指标。以2017年为现状年,以县区为评价单元,采用改进的突变理论对大同市水安全现状进行评价。评价结果表明2017年大同市水安全状况整体较差,9个县区中仅有市区和灵丘县2个县区水安全等级为较安全,新荣区、大同县、阳高县、天镇县、广灵县、浑源县、左云县7个县区水安全等级为较不安全。由水安全子系统评价结果可知,社会经济子系统存在的主要问题是经济发展规模偏低、人口增速偏高;水生态子系统的主要问题是地下水超采、水土流失和生态用水比例偏低;水环境子系统的主要问题是废污水排放量偏大、污水处理率偏低和河流污染;水资源子系统的主要问题是水资源总量相对匮乏且分布不均,水管理子系统的主要问题是水利投入偏少、用水效率偏低和管网漏损。针对各县区水安全存在的问题,提出相应的水安全保障和改进措施,主要包括优化产业结构和布局、控制人口增长、地下水超采区治理、水土保持与生态修复、河流水环境治理、实行最严格水资源管理制度等。本研究可为大同市水安全体系的构建与水安全战略规划提供参考。

关键词：水安全大同市突变理论熵值法评价体系

乌利·希克（Uli Sigg）中国当代艺术收藏个案研究

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乌利·希克（Uli Sigg）中国当代艺术收藏个案研究

作者：刘亭廷中央美术学院

学位级别：硕士

乌利·希克（Uli Sigg）目前是最重要的中国当代艺术收藏家之一,从改革开放以后参与、见证了中国当代艺术的发展。他首创的中国当代艺术奖（CCAA）也影响了中国当代艺术的体制。2012年他将大部分藏品捐给了香港M+视觉文化博物馆,但目前... 详细信息

乌利·希克（Uli Sigg）目前是最重要的中国当代艺术收藏家之一,从改革开放以后参与、见证了中国当代艺术的发展。他首创的中国当代艺术奖（CCAA）也影响了中国当代艺术的体制。2012年他将大部分藏品捐给了香港M+视觉文化博物馆,但目前却缺乏对这位收藏家关于中国当代艺术收藏系统的个案研究,本文主要通过参与拍摄乌利·希克（Uli Sigg）先生的纪录片,以采访调研以及文献分析的方法,尝试从艺术管理学的学术视角对乌利·希克（Uli Sigg）的中国当代艺术收藏进行较为系统、深入的个案研究。论文从乌利·希克（Uli Sigg）的背景、收藏渠道和收藏类型学、乌利·希克（Uli Sigg）与中国当代艺术国际展览、中国当代艺术奖（CCAA）、香港M+视觉文化博物馆六方面对相关史料进行分析,以进一步探讨其收藏的价值与意义、研究其与艺术博物馆的关系。

关键词：乌利·希克(Uli Sigg) 中国当代艺术香港M+视觉文化博物馆

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土壤导热系数影响因素及模型分析

土壤导热系数影响因素及模型分析

作者：桂金鹏太原理工大学

学位级别：硕士

土壤层作为地球关键带中的重要层位,是关键带中物质和能量交换的重要通道,研究土壤的水热变化过程对合理开发利用和保护土壤资源意义重大。导热系数作为表征土壤热物性的基础参数,是土壤水热变化规律及其传输模型构建的关键参数,在土壤... 详细信息

土壤层作为地球关键带中的重要层位,是关键带中物质和能量交换的重要通道,研究土壤的水热变化过程对合理开发利用和保护土壤资源意义重大。导热系数作为表征土壤热物性的基础参数,是土壤水热变化规律及其传输模型构建的关键参数,在土壤污染防治、工程建设和浅层地温能开发利用中发挥着关键作用。鉴于此,本文对导热系数的热探针测试装置和算法、导热系数影响因素和导热系数常用模型进行了分析研究,得出了以下结论:(1)通过实验探讨了热探针的长径比和填充材料对导热系数的影响。结果表明,热探针长径比越大,导热系数测量相对误差越小,实验测试的5种长径比组合中,长径比为85的热探针效果最好;填充材料的对比分析得出环氧树脂比铜粉的性能更稳定、误差更小;提出测试数据前处理方法可有效提高导热系数的计算精度。(2)对砂土和黏土而言,含水率和含盐率对导热系数的影响为:含水率不超过20%,黏土和砂土的导热系数随含水率增加而增大,且砂土的导热系数均大于黏土的导热系数;对于砂土当含水率一定时,NaSO的含量增加其导热系数减少,Na Cl的含量增加其导热系数增加,Na Cl的浓度变化对土壤的导热系数影响更大一些。(3)利用Campbell模型、Johansen模型、C(?)té和Konrad模型和Lu-Ren模型等导热系数常用模型对砂土和黏土适用性进行了分析,结果表明,Johansen模型比较适合黏粒较多的土壤,C(?)té和Konrad模型和Lu-Ren对砂土和黏土的适用性均较好。Campbell模型受土壤质地影响较大,本文对其进行了改进给出适合于砂土和黏土导热系数计算的参数值。

关键词：导热系数热探针法影响因素模型

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临汾市水资源承载力研究

临汾市水资源承载力研究

作者：许晖程太原理工大学

学位级别：硕士

在我国经济社会快速发展的背景下,全社会对水资源的需求量显著提高,对水资源系统的稳定性和安全性构成了挑战。而水资源承载力作为衡量区域经济社会和水资源系统之间协调发展程度的指标,对其进行合理评价可为经济社会发展规划制定、水... 详细信息

在我国经济社会快速发展的背景下,全社会对水资源的需求量显著提高,对水资源系统的稳定性和安全性构成了挑战。而水资源承载力作为衡量区域经济社会和水资源系统之间协调发展程度的指标,对其进行合理评价可为经济社会发展规划制定、水资源可持续利用、良好生态环境维护奠定基础,为贯彻绿色发展理念和人民幸福生活提供保障。本文以2018年为现状年,在综合考虑临汾市整体和各县（市、区）水资源状况和经济社会发展水平的基础上,以临汾市各县（市、区）为评价单元,从经济社会、水资源和生态环境3个方面出发,构建了14个指标的水资源承载力评价体系;应用模糊综合评价法和集对分析法,按水资源承载力弱、较弱、中等、较高、高等5个等级,对临汾市水资源承载力进行了评价。评价结果为:2018年临汾市水资源承载力总体为较弱水平。（1）临汾市东部山区水资源承载力处于中等水平,但各县水资源承载力水平相差较大。其中安泽县的水资源承载力属于较高水平,水资源承载力综合评分值达0.62;古县水资源承载力综合评分值为0.54,属于中等水平;但同属于东部山区浮山县的水资源承载力综合评分值仅为0.22,属于较弱水平。（2）临汾市中部平川区水资源承载力属于较弱水平。其中霍州市和翼城县水资源承载力综合评分值分别为0.40和0.41,属于中等水平;尧都区、侯马市、曲沃县、襄汾县和洪洞县的水资源承载力综合评分值分别为0.35、0.34、0.25、0.24和0.31,均处于较弱水平。（3）临汾市西部山区水资源承载力属于中等水平。其中水资源承载力达到中等水平的县有吉县、乡宁县和蒲县,其水资源承载力综合评分值分别为0.45、0.49和0.45;水资源承载力处于较弱水平的县为大宁、永和、隰县和汾西县,水资源承载力综合评分值分别为0.33、0.32、0.35和0.33。针对各县（市、区）水资源承载力现状,提出相应的水资源承载力提高方法和改进措施,通过各项工程措施及非工程措施,提高临汾市总体的水资源承载力。本研究可以为临汾市产业结构调整和政策制定提供参考,具有一定的现实意义,并丰富了临汾地区水资源承载力相关研究。

关键词：水资源承载力临汾市组合权重模糊综合评价集对分析法

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土壤热物性参数测试及变化规律实验研究

土壤热物性参数测试及变化规律实验研究

作者：段妍太原理工大学

学位级别：硕士

我国能源总量丰富，但人均能源可采储量远低于世界平均水平。从2003年起，我国己经成为世界上仅次于美国的石油消费大国，发展“低碳经济”、“可再生能源”成为我国乃至世界各国实现社会经济可持续发展的必由之路。浅层地温能具有清洁... 详细信息

我国能源总量丰富，但人均能源可采储量远低于世界平均水平。从2003年起，我国己经成为世界上仅次于美国的石油消费大国，发展“低碳经济”、“可再生能源”成为我国乃至世界各国实现社会经济可持续发展的必由之路。浅层地温能具有清洁环保、再生迅速、可循环使用的优势，因此浅层地温能的开发利用工程迅速成为国内外学者、工程师的关注热点，其中土壤源热泵系统因其良好的稳定性、环保性在近些年获得国家的大力推广。在土壤源热泵系统中，土壤的换热性能是决定系统设计和运行的关键，而固、液、气三相结合的土壤间各因素的相互影响，使其导热机制更加复杂，很难通过理论计算得出反映土壤热物性的参数值。因此，进行不同类型土样的基本参数和热物性参数测试，就成为研究土壤换热性能的关键。本文通过室内实验，对土壤热物性参数随基本物性及水力参数的变化规律展开研究。首先通过颗粒配比制备不同含水率下粗砂、中砂、细砂、粉砂和粘土5种类型的土样，并测定它们的密度、比重、孔隙度、渗透系数等基本物性及水力参数，随后采用热探针法、平板法2种实验方法测定土样的导热系数、比热容和导温系数等热物性参数，然后分析研究了含水率对土壤热物性的影响规律。另外，本文还选取中砂为研究对象，进一步测定分析了孔隙度、渗透系数对土壤热物性的影响规律。结果表明，5种土的导热系数均随含水率的增加而增大，但不是线性增加，而是呈现出阶段性变化。含水率在00%范围内时，导热系数由大到小顺序为粗砂、中砂、细砂、粉砂和粘土。含水率大于20%时，中砂、细砂、粉砂的导热系数变化趋平并呈现轻微下降趋势。含水率大于25%时，粘土的导热系数才呈现出下降趋势。5种土的比热容随均随含水率的增加而增大，且在含水率10%0%之间增长最为迅速。导温系数同样随含水率的增加呈现出阶段性变化，在含水率增长初期随含水率的增加而增大，当粗砂、中砂、细砂含水率增至10%5%，粘土含水率增至20%时，导温系数开始随含水率的继续增加而减小。在相同含水率下，中砂的导热系数随孔隙度的增加而减小，比热容随孔隙度的增加而减小。导温系数随孔隙度的增加而增加，但孔隙度较小时变化幅度不明显，孔隙度增至0.507时才开始有显著增加;在相同含水率下，中砂的导热系数随渗透系数的增加而减小，比热容随渗透系数的增加而减小，导温系数随渗透系数的增加而增加。本文基于实验数据对土壤热物性随基本物性及水力参数的变化关系进行了公式拟合，拟合效果较好。研究结果可为土壤源热泵等浅层地温能开发利用工程的建设提供基础数据和理论支持。

关键词：土壤热物性实验测试热探针法平板法变化规律