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海绵措施下降雨径流模拟及污染物削减率评价

水利水电技术（中英文） 2024年第2期55卷 78-89页

作者：康永德李伟许尔文任小凤兰州理工大学甘肃兰州730050 甘肃省祁连山水源涵养林研究院甘肃张掖734003 中国水利水电科学研究院内蒙古阴山北麓草原生态水文国家野外科学观测研究站内蒙古呼和浩特010020

【目的】为探明海绵措施对降雨径流的削减效果和污染物削减能力,以固原市23 km2海绵试点区为研究对象,模拟不同重现期下海绵措施实施前后降雨径流及污染物的变化规律。【方法】采用高精度地形、GPU加速技术,构建适用于固原市洪涝模拟的... 详细信息

【目的】为探明海绵措施对降雨径流的削减效果和污染物削减能力,以固原市23 km2海绵试点区为研究对象,模拟不同重现期下海绵措施实施前后降雨径流及污染物的变化规律。【方法】采用高精度地形、GPU加速技术,构建适用于固原市洪涝模拟的水文水动力模型。【结果】结果表明:(1)不同降雨情景下,实施海绵措施后,年径流控制率提高16%~20%,污染物削减率均在98%左右。(2)降雨雨型对径流总量控制率影响明显,小雨量时,大部分降雨被留在当地。(3)模型模拟结果为海绵措施布置提供了指导依据,2号积水点建议布设路旁植草沟和渗井,以减少主干道往该处汇流的水量;3号积水点建议完善排水管网;6号积水点建议布设植草沟及滞留溏;10号积水点建议在西侧主干道布设生态植草沟、透水性路面。【结论】构建了适用于固原市的洪涝模型,可实现海绵措施布置对降雨径流和污染物削减率的模拟,为该城市雨洪管理和城市规划提供了科学依据。

关键词：水文水动力模型海绵措施降雨污染物削减径流控制率

乌鲁木齐主城区臭氧污染特征及其传输路径分析

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环境科学 2024年

作者：杜新甜康永德陈红娜汤成鑫冒莹王敏仲刘新春新疆大学生态与环境学院中国气象局乌鲁木齐沙漠气象研究所塔克拉玛干沙漠气象国家野外科学观测研究站新疆沙漠气象与沙尘暴重点实验室中国气象局树木年轮理化研究重点实验室中国气象局阿克达拉大气本底野外科学试验基地兰州理工大学能源与动力工程学院新疆维吾尔自治区乌鲁木齐生态环境监测站

全球气候变化问题日益严重，随着我国对环境监管及治理的不断加强，以PM2.5污染为主的雾-霾天气逐步得到改善，而看不见的臭氧(O3)污染气体排放量则逐年增高，尤其是近地面O3污染问题较为严重，对城市生产生活及人民健康产生了严重危害... 详细信息

全球气候变化问题日益严重，随着我国对环境监管及治理的不断加强，以PM2.5污染为主的雾-霾天气逐步得到改善，而看不见的臭氧(O3)污染气体排放量则逐年增高，尤其是近地面O3污染问题较为严重，对城市生产生活及人民健康产生了严重危害.为深入了解O3的污染特性，本研究基于乌鲁木齐市主城区(天山区)2020年1月至2023年2月的O3监测数据、地面气象资料和全球资料同化系统气象数据，利用后向轨迹模型(HYSPLIT)聚类分析和浓度权重轨迹分析法(CWT)，探索乌鲁木齐市不同时间尺度内O3的质量浓度变化特征和潜在源区.结果表明：①乌鲁木齐市天山区2020—2022年O3-8h质量浓度呈逐年递增趋势，且具有明显的季节变化特征，ρ(O3-8h)大小为：夏季(110.33 μg·ｍ-3)>春季(87.67 μg·ｍ-3)>秋季(64.33 μg·ｍ-3)>冬季(39.67 μg·ｍ-3)；② 各个季节的温度、相对湿度和气压对O3-8h质量浓度的影响较为显著，其相关系数r分别为0.871、-0.752和0.644(P＜0.01)，全年风速变化较小，为次要气象因素，对O3质量浓度的影响不显著；③ HYSPLIT聚类分析结果表明，境外远距离输送对乌鲁木齐市天山区O3-1h质量浓度的影响较小，CWT结果表明，O3污染源主要集中在疆内乌鲁木齐以北地区，夏季高值区[ρ(O3-1h)>70 μg·ｍ-3]主要出现在乌鲁木齐、昌吉、阿勒泰和塔城等温度较高的地区；④ 秋季受本地人类活动排放污染物的影响较大.由此可知，乌鲁木齐O3污染存在明显的时空浓度变化特征，对乌鲁木齐城市O3污染的防控需要加强O3前体物的排放，同时考虑对周边地区实施协同减排的措施.

关键词：臭氧(O ) 气象因子后向轨迹模型潜在源乌鲁木齐

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帕米尔高原黑碳气溶胶浓度特征与溯源分析

中国沙漠 2024年第2期44卷 66-77页

作者：汤成鑫康永德陈红娜杜新甜王敏仲何清刘涛刘新春新疆大学生态与环境学院新疆乌鲁木齐830046 中国气象局乌鲁木齐沙漠气象研究所塔克拉玛干沙漠气象国家野外科学观测研究站/新疆沙漠气象与沙尘暴重点实验室/中国气象局树木年轮理化研究重点实验室新疆乌鲁木齐830002 兰州理工大学甘肃兰州730050 新疆维吾尔自治区乌鲁木齐生态环境监测站新疆乌鲁木齐830011 塔什库尔干塔吉克自治县气象局新疆塔什库尔干845250

帕米尔高原作为“中巴经济走廊”建设的关键区域,毗邻干旱半干旱沙漠地带,荒漠化严重,容易发生起沙现象。为研究帕米尔高原黑碳不同时间尺度上的浓度变化特征和潜在源区,利用AE-33黑碳仪对帕米尔高原2019年3月至2022年12月的黑碳质量浓... 详细信息

帕米尔高原作为“中巴经济走廊”建设的关键区域,毗邻干旱半干旱沙漠地带,荒漠化严重,容易发生起沙现象。为研究帕米尔高原黑碳不同时间尺度上的浓度变化特征和潜在源区,利用AE-33黑碳仪对帕米尔高原2019年3月至2022年12月的黑碳质量浓度进行连续观测,利用HYPSLIT后向轨迹模型对观测期间内的黑碳进行聚类分析、潜在来源贡献因子分析(PSCF)和浓度权重轨迹分析(CWT)。结果表明:(1)2019年3月至2022年12月黑碳浓度呈现波动下降趋势,黑碳排放量少,空气清洁度高;日变化呈双峰型分布,峰值分别出现在09:00和20:00。(2)黑碳浓度在季节上呈现冬季(713.33±126.16 ng·m^(-3))>秋季(648.00±70.23 ng·m^(-3))>春季(403.33±30.64 ng·m^(-3))>夏季(390.67±32.89 ng·m^(-3))的变化规律,境外污染排放和季节性自然环境变化是黑碳浓度变化的主要原因。(3)黑碳浓度与温度(r=-0.522)、风速(r=-0.427)和湿度(r=0.345)相关性显著水平较高。(4)帕米尔高原黑碳浓度随季节变化差异明显,受远距离输送影响,四季气流主要源于境外。春季潜在源集中于巴基斯坦北部和克什米尔地区,秋季潜在源集中在乌兹别克斯坦苏尔汉河州、塔吉克斯坦杜尚别和戈尔诺-巴达赫尚自治州,冬季受境外排放源影响严重。帕米尔高原黑碳存在明显的时空浓度变化特征,且受气象因素及远距离输送影响潜在源区主要为境外地区。

关键词：黑碳气溶胶帕米尔高原后向轨迹模型潜在源

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基于GPU加速的溃坝洪水演进模拟研究

水电能源科学 2024年第3期42卷 20-24页

作者：康永德李伟许尔文任小凤王荣新闫春鸣敬文茂兰州理工大学能源与动力工程学院甘肃兰州730050 甘肃省祁连山水源涵养林研究院甘肃张掖734000

溃坝洪水演进与淹没范围快速模拟,对指导抢险救灾至关重要。为此,引入GPU加速技术,构建了一套高效高分辨率溃坝数值模型,与经典三驼峰溃坝试验对比发现,模拟结果与试验结果非常吻合,并利用该模型模拟了典型溃坝洪水演进及溃口流场、溃... 详细信息

溃坝洪水演进与淹没范围快速模拟,对指导抢险救灾至关重要。为此,引入GPU加速技术,构建了一套高效高分辨率溃坝数值模型,与经典三驼峰溃坝试验对比发现,模拟结果与试验结果非常吻合,并利用该模型模拟了典型溃坝洪水演进及溃口流场、溃后水位变化情况。结果表明,模型能较好地模拟溃坝洪水演进,较好捕捉溃口发展过程及泥沙输移。t=200 s时溃决流量出现小峰值4 m3/s,t=450 s时,溃决流量出现最大峰值13.8 m3/s;随着下泄流量增大,溃口加速侵蚀和冲刷并逐渐连通,溃口由0.21 m扩大至0.40 m。GPU加速比约为CPU的10.33~13.75倍,且网格数越多,加速效果越明显。

关键词：溃坝水动力模型洪水演进 GPU加速

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塔克拉玛干沙漠土壤风蚀观测及模拟研究

塔克拉玛干沙漠土壤风蚀观测及模拟研究

作者：康永德新疆师范大学

学位级别：硕士

环塔克拉玛干沙漠边缘一周,随机采集138个样品,包含不同下垫面,沙丘顶部,平坦沙地,砾质荒漠地表、林带、农田等,进而分析138个样品微团粒粒度分布特征及其与粉尘释放的关系。其次,利用塔中和肖塘10米塔的气象数据,计算了肖塘和塔中的空... 详细信息

环塔克拉玛干沙漠边缘一周,随机采集138个样品,包含不同下垫面,沙丘顶部,平坦沙地,砾质荒漠地表、林带、农田等,进而分析138个样品微团粒粒度分布特征及其与粉尘释放的关系。其次,利用塔中和肖塘10米塔的气象数据,计算了肖塘和塔中的空气动力学参数,分析该参数与粉尘释放通量的关系。最后,利用DPM模型验证观测值和模拟值的效果,对模型参数进行初步修正,以期适用于今后塔克拉玛干沙漠的土壤风蚀研究。基本结论如下:(1)利用对数正态分布模型,对138个样品进行拟合,结果显示:所有试验样品微团粒的粒度分布均为1个对数正态分布群体的组合。不同微团粒粒度分布的起动摩阻风速,跃移通量和粉尘释放通量存在明显差异。(2)3个对数正态分布群体依次是粉细沙群体、细沙群体、粗沙群体,中值粒径依次为90μm、225μm、500μm,标准偏差分别为1.02、1.53、1.08,各占比例约为30%、49%、21%。模拟塔克拉玛干沙漠粉尘释放通量主要依据上述参数,因此表土微团粒粒度分布是模拟的重要基础。模拟结果得出,粉细沙、细沙、中砂它们的粉尘释放通量差异约为10ug.m.s0ug.m.s量级。塔克拉玛干沙漠其周边沙地和流沙覆盖的农田粉尘释放通量约为10ug.m.s量级,周边戈壁与荒漠地带释放通量为10ug.m.s量级。(3)利用风温廓线法计算了塔克拉玛干沙漠塔中和肖塘地区的空气动力学粗糙度及其变化特征。结果表明:塔中和肖塘两处观测点在观测日内,风速随着高度的增高而增大,4月1日和4月20日两天风速较大。利用4m和10m两层风速资料,分别计算了肖塘和塔中地区在中性层结大气条件下稳定床面的空气动力学粗糙度,取值范围分别是1.69×10m.8×10m、0.3×10m.8×10m,平均值分别为9.08×10m、5.4×10m。(4)选取了2m、4m高度的风速资料,计算了中性层条件下肖塘地区和塔中地区的摩阻风速,其变化范围是0.14.55m·s,0.05.15m·s,平均值为:1.26m·s、2.56m·s。粗糙度随着摩阻风速的变化较为明显,沙粒跃移过程的空气动力学粗糙度较大。(5)从众多粉尘释放模型来看,DPM模型在野外试验研究中取得了较好的模拟效果。其输入参数及物理机制等方面都认为是目前较好的模型。但美中不足的是DPM模型在模拟粉尘释放的有关问题时起动摩阻风速难以界定。本研究中,起动摩阻风速达到0.21 m.s时,撞击颗粒的冲击作用才能产生足够的动能克服粉尘间的黏结力,粉尘才能释放,观测值约为0.34m·s,因此可认为是局部地区的弱粉尘释放事件。(6)从观测和模拟的粉尘释放通量结果来看,在粗糙度不变的情况下,地表风速越大,则摩阻风速也越大,观测和模拟的粉尘释放通量也随之增大,大体呈现一致的变化趋势。实测跃移通量约为模拟值的122%,模拟值与实测值相关性较好,相关系数的二次方为0.907,模拟值稍微低。总的来说,本文采用的DPM粉尘释放模型在预测跃移通量和实测值之间有较好的一致性,证明该模型在估算平坦沙地的输沙率时可靠的。(7)利用Bell模型、Hotta模型、邵亚平等模型分别计算了沙漠、农田、林带的结合能系数n,依次为3.08、2.05、2.53,经过初步修正,改为:(?),这样可使得观测值与模拟值接近。

关键词：塔克拉玛干沙漠土壤风蚀微团粒 DPM模型对数正态分布模型

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制粒前调质温度和水分的设计与处理

饲料工业 2001年第3期22卷 8-9页

作者：宁福胜周军康永德广州易德化工有限公司 510300 长春市长大饲料厂

塔克拉玛干沙漠土壤粒度分布特征及其对粉尘释放的影响

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农业工程学报 2020年第5期36卷 167-174页

作者：杨兴华康永德周成龙霍文杨帆潘红林孟露何清中国气象局乌鲁木齐沙漠气象研究所乌鲁木齐830002 新疆气象局乌鲁木齐830002

塔克拉玛干沙漠是中国西北的重要粉尘源区,研究区域粒度分布特征及粉尘释放量有助于评估区域大气环境质量及其气候效应。基于此,按照空间分布特征及下垫面类型(农田、沙丘、荒漠)环塔克拉玛干沙漠采集地表土壤样品138个,利用Mastersizer... 详细信息

塔克拉玛干沙漠是中国西北的重要粉尘源区,研究区域粒度分布特征及粉尘释放量有助于评估区域大气环境质量及其气候效应。基于此,按照空间分布特征及下垫面类型(农田、沙丘、荒漠)环塔克拉玛干沙漠采集地表土壤样品138个,利用Mastersizer2000激光粒度仪分析土壤粒度组成,利用DPM模型计算粉尘释放通量,以期揭示塔克拉玛干沙漠地表土壤微团粒粒度分布特征及其对粉尘释放通量的影响,研究结果表明:1)138个样品中流动沙丘和沙垄的粉砂和黏粒含量累计之和最少,约占10%~18%左右,属于砂质土和砂壤质土。农田(绿洲、林带区)样品多为草甸土,粉砂和黏粒累计含量约占50%~80%,戈壁(荒漠区)样品中粉砂和黏粒的含量差异较大,砂质土和砂壤土的粉砂和黏粒的含量累计之和约占20%~30%。2)地表土壤微团粒中粒径较小的是细砂和粉细砂,可用3个对数正态分布群体表示,即:粉细砂群体、细砂群体、粗砂群体,中值粒径依次为90、225、500μm,标准偏差分别为1.02、1.53、1.08,各占比例约为30%、49%、21%。3)塔克拉玛干沙漠粉细砂和细砂的粉尘释放量最大,中砂粗砂次之,极粗砂最少,其最大差值的数量级为10^-2μg/(m^2·s)。研究结果可以较好地反映不同下垫面粉尘释放差异,对定量评估区域乃至全疆的粉尘释放量等具有重要意义。

关键词：粉尘粒度侵蚀土壤释放

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塔里木盆地塔中地区野外微梯度风沙流观测

干旱区研究 2017年第3期34卷 591-597页

作者：康永德杨兴华何清杨帆霍文艾力.买买提明新疆师范大学地理科学与旅游学院新疆乌鲁木齐830054 中国气象局乌鲁木齐沙漠气象研究所新疆乌鲁木齐830002 塔克拉玛干沙漠大气环境观测试验站新疆塔中841000

利用2014年7月至8月塔中地区沙尘与扬沙天气下风沙流运动的实测数据,对0~85 mm高度内风沙流运动进行了研究。结果表明:(1)0~85 mm高度层,输沙率(Q)随风速(v)增大呈幂函数规律增加,R2≥0.975 7,且输沙率主要集中在0~35 mm高度内。(2)总... 详细信息

利用2014年7月至8月塔中地区沙尘与扬沙天气下风沙流运动的实测数据,对0~85 mm高度内风沙流运动进行了研究。结果表明:(1)0~85 mm高度层,输沙率(Q)随风速(v)增大呈幂函数规律增加,R2≥0.975 7,且输沙率主要集中在0~35 mm高度内。(2)总输沙率和撞击颗粒数的最佳拟合函数为线性函数,R2≥0.878 2,相关性较好;塔中地区1 min最小临界起沙风速为4.0 m·s-1。(3)跃移运动集中在10:00—20:00,总输沙率最大值出现在12:00—16:00,17:00以后输沙率明显下降。

关键词：风沙流微梯度输沙率撞击颗粒数塔中塔里木盆地

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近地层沙尘水平通量与集沙效率野外观测分析

农业工程学报 2017年第13期33卷 168-174页

作者：康永德夏开伟杨兴华霍文杨帆何清艾力.买买提明新疆师范大学地理科学与旅游学院乌鲁木齐830054 中国气象局乌鲁木齐沙漠气象研究所乌鲁木齐830002

沙漠是沙尘物质的重要源区,沙漠近地层沙尘水平通量的测量与研究是认识沙尘输送过程、评估风沙活动强度的基础。集沙仪是测量沙尘水平通量的最重要手段之一,被广泛应用于各种观测试验中。集沙效率是集沙仪最重要的参数,是校正沙尘水平... 详细信息

沙漠是沙尘物质的重要源区,沙漠近地层沙尘水平通量的测量与研究是认识沙尘输送过程、评估风沙活动强度的基础。集沙仪是测量沙尘水平通量的最重要手段之一,被广泛应用于各种观测试验中。集沙效率是集沙仪最重要的参数,是校正沙尘水平通量测量数据的依据。选择塔克拉玛干沙漠腹地塔中地区的典型平沙面为观测点,利用全自动高精度集沙仪,H-11B型Sensit风蚀传感器、10 m气象塔,于2010.7-2010.8月开展了野外观测试验,基于观测数据对全自动集沙仪的集沙效率、近地层沙尘水平通量进行了分析研究。结果表明:相同时段内,集沙总量与Sensit风蚀传感器所记录的跃移颗粒数具有较好的线性关系,R^2值平均为0.6053;全自动集沙仪在5 cm高度上的平均集沙效率为94.3%;观测期间,不同沙尘天气过程的沙尘输送量存在显著差异,通过宽2 cm×高5 cm截面的最大沙尘水平通量为190.335 kg,最小为1.2 kg;5 cm高度上的跃移输沙率总体上随着风速的增加而增大,但其中有部分天气时段输沙率随风速的变化不一致,而此情况下对应时段的地表温度明显更大。

关键词：土壤侵蚀风自动集沙仪集沙效率沙尘水平通量沙尘天气