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沟灌二维入渗水氮运移特性与数值模拟

沟灌二维入渗水氮运移特性与数值模拟

作者：聂坤堃西安理工大学

学位级别：硕士

沟灌是中耕作物广泛采用的灌水技术。经多年的研究发展,沟灌系统的管理与设计水平有一定程度的提高,但水肥利用效率不高仍是目前存在的主要问题。基于此,采用试验研究、数值模拟与理论分析相结合的技术路线,开展了沟灌二维入渗水氮运移... 详细信息

沟灌是中耕作物广泛采用的灌水技术。经多年的研究发展,沟灌系统的管理与设计水平有一定程度的提高,但水肥利用效率不高仍是目前存在的主要问题。基于此,采用试验研究、数值模拟与理论分析相结合的技术路线,开展了沟灌二维入渗水氮运移特性研究,得到以下主要结论:(1)选取杨凌区砂壤土和黏壤土作为典型土壤,分析了离心机法测定土壤水分特征曲线过程中的土壤收缩特性,采用三直线模型对其收缩过程进行描述,并采用数值模拟方法分析了考虑容重变化和未考虑容重变化2种情景模式下所得水力特性参数的合理性。结果表明,三直线模型可较好的描述离心机法测定土壤水分特征曲线过程中的土壤收缩特性,且考虑土壤容重变化条件下所估算的水力特性参数更为合理,可较为显著的提高沟灌水分运动的数值模拟精度。(2)通过HYDRUS软件建立沟灌二维入渗水分运动模型,并对其求解以模拟土壤水分运动过程,结合室内试验对模拟结果进行了验证,并分析了不同因素对沟灌入渗特性的影响。结果表明,沟灌湿润体内土壤含水率和累积入渗量模拟值与实测值具有较高的一致性,说明所建模型可用于沟灌二维入渗过程的模拟;土壤质地和容重对于沟灌过程中的累积入渗量和湿润锋的影响均较大,沟中水深对累积入渗量影响显著,但沟中水深变化仅对水平向湿润锋运移影响较大,对垂直向几乎无影响;土壤初始含水率则对湿润锋的运移速度影响较大,但对累积入渗量的影响相对较小。(3)采用数值模拟方法对不同KNO3浓度条件下的土壤水力特性参数进行反演,并对组合下的沟灌肥液入渗的水肥运移过程进行了模拟。结果表明,NO3--N的分布与水分分布规律类似,表现出易随水动的特性,而K+主要分布在灌水沟附近,土壤初始含水率、容重、沟中水深因素等对K+的分布影响均不大,而土壤质地对K+分布的影响大于其他因素。(4)通过对比沟灌不同肥液(KN03)浓度与清水的入渗特性,发现水肥耦合有利于土壤下渗,并且能够提高湿润体内的平均含水率,并建立水肥耦合条件下累积入渗量计算模型和湿润锋运移模型。通过HYDRUS软件对养分再分布进行模拟,发现再分布的过程中,硝态氮有较高的深层渗漏的风险。本文在研究过程中,模型建立在假定土壤均质,水分和养分在土壤中均匀分布的基础上,忽略了其他因素(优先流、层状土、植物覆盖等)对水肥运移的影响,且文中采用的土壤质地较为单一,对于其他土壤质地本文所得结果是否适用,还有待进一步研究;同时,试验过程中所设置肥液浓度差距不大且仅有3个梯度,溶质对土壤入渗的影响是否会在某一浓度存在峰值,亦需要进一步的研究。

关键词：沟灌肥液入渗土壤水力特性参数数值模拟

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沟灌土壤湿润体空间矩特征参数估算模型

水科学进展 2017年第6期28卷 829-838页

作者：聂卫波马孝义聂坤堃费良军西安理工大学水资源研究所陕西西安710048 西北农林科技大学旱区农业水土工程教育部重点实验室陕西杨凌712100

为进一步增加矩分析理论在研究沟灌土壤湿润体运移特性方面的实用性,采用数值模拟和理论分析相结合的方法,定量分析了土壤初始含水率、入渗水深、沟底宽和边坡系数等因素对沟灌自由入渗条件下土壤湿润体空间矩特征参数的影响,并建立了... 详细信息

为进一步增加矩分析理论在研究沟灌土壤湿润体运移特性方面的实用性,采用数值模拟和理论分析相结合的方法,定量分析了土壤初始含水率、入渗水深、沟底宽和边坡系数等因素对沟灌自由入渗条件下土壤湿润体空间矩特征参数的影响,并建立了其与主要影响因素间的函数关系式。结果表明,土壤初始含水率、入渗水深和沟底宽对垂直向土壤水分分布的质量重心影响较大;水平向湿润锋的平均离散度主要受土壤初始含水率、入渗水深、沟底宽和边坡系数的影响,而垂直向对土壤初始含水率和入渗水深变化的敏感性较高;选取不同土壤质地对所建模型的可靠性进行了验证,结果表明所建模型估算不同入渗时刻的空间矩特征参数值与根据HYDRUS软件模拟结果所得计算值具有高度一致性,所有验证组合条件下两者相对误差绝对值均值均低于8.5%,且无显著性差异,说明所建模型估算沟灌土壤湿润体空间矩特征参数具有高度可靠性。研究结果可为沟灌灌水方案设计和管理提供理论基础和技术支撑。

关键词：沟灌土壤湿润体矩分析特征参数

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离心机法测定土壤水分特征曲线中的收缩特性

排灌机械工程学报 2019年第11期37卷 978-985页

作者：聂坤堃聂卫波马孝义西安理工大学水资源研究所陕西西安710048 西北农林科技大学水利与建筑工程学院陕西杨凌712100

为了探明土壤在离心力作用下的收缩规律,开展了离心机法测定土壤水分特征曲线试验.砂壤土和黏壤土分别设定3个初始容重,以离心机法测定的数据为基础,研究了离心力变化下的土壤收缩规律,并通过van Genuchten-Mualem(VG-M)模型对2种情景模... 详细信息

为了探明土壤在离心力作用下的收缩规律,开展了离心机法测定土壤水分特征曲线试验.砂壤土和黏壤土分别设定3个初始容重,以离心机法测定的数据为基础,研究了离心力变化下的土壤收缩规律,并通过van Genuchten-Mualem(VG-M)模型对2种情景模式(考虑容重变化和未考虑容重变化)下所测定的土壤水分特征曲线进行拟合,并以此估算所得的土壤水力特性参数对沟灌二维水分运动特性进行了数值模拟,同时结合室内试验对比分析了参数的合理性.结果表明,离心机转速增大,土壤含水率降低,容重随之增大,当吸力为7000 cm时,砂壤土和黏壤土的容重分别近于1.81和1.79 g/cm 3;基于土壤收缩特征曲线,供试土壤收缩过程可采用三直线模型进行表征,但各收缩段的吸力范围存在差异;与未考虑容重变化所得VG-M模型中的参数值相比,考虑土壤容重变化所得的滞留含水率θr和进气吸力值倒数a均增大,但形状系数n均减小;以考虑土壤容重变化所得VG-M参数为基础进行沟灌二维水分运动数值模拟,其入渗水量、湿润锋运移距离(垂直和水平)与实测值的误差绝对值均值分别为5.8%,3.0%和2.6%,较未考虑容重变化时精度分别提高了39.2%,57.2%和52.9%.因此离心机法测定土壤水分特征曲线的过程中需考虑土壤容重的变化,且以此获得的参数能够较为显著地提高数值模拟精度.

关键词：土壤水分特征曲线土壤收缩容重数值模拟土壤水力特性参数

基于NSGA-Ⅲ算法与TOPSIS决策下的区域水资源多目标优化配置

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排灌机械工程学报 2022年第12期40卷 1233-1240页

作者：赵钦白清俊聂坤堃王晗曾雪梅西安理工大学水利水电学院陕西西安710048

为缓解水资源供需紧张,指导区域用水管理,以社会、经济、生态综合发展为目标,供水量与需水量双向约束构建区域水资源优化配置模型.结合该模型特点,引入NSGA-Ⅲ算法对模型进行求解,以寻求Pareto前沿面与最优解集.同时,利用TOPSIS决策理... 详细信息

为缓解水资源供需紧张,指导区域用水管理,以社会、经济、生态综合发展为目标,供水量与需水量双向约束构建区域水资源优化配置模型.结合该模型特点,引入NSGA-Ⅲ算法对模型进行求解,以寻求Pareto前沿面与最优解集.同时,利用TOPSIS决策理论对众多Pareto可行解进行综合评价,选择权衡解作为最佳折中方案.将该模型应用于南阳市鸭河口灌区进行验证,对灌区来水频率P=75%时近期水平年与远期水平年进行水资源优化配置,并进行二次水资源供需平衡分析.结果表明,相对于基本方案,折中方案在近期水平年余水量增长至11497.60万m^(3),可节约水资源3272.38万m^(3);远期水平年由缺水4279.28万m^(3)变为余水3950.30万m^(3),可节约水资源8229.58万m^(3),节水效果明显,符合鸭河口灌区整体规划与用水需求.

关键词：水资源优化 NSGA-Ⅲ算法 TOPSIS决策 Pareto解鸭河口灌区供需平衡

平作紫花苜蓿滴灌前后盐碱地土壤水盐运移研究

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节水灌溉 2019年第1期 68-71页

作者：卢垟杰刘庆聂坤堃刘淑慧陕西省土地工程建设集团有限责任公司西安710075 陕西地建土地工程技术研究院有限责任公司西安710075 西安理工大学水利水电学院西安710048 太原理工大学水利科学与工程学院太原030024

试验为研究滴灌对盐碱地土壤的改良作用,合理开发和利用盐碱地资源,以耐盐碱牧草紫花苜蓿为试验材料,按12 mm的灌水定额和一周一次的灌水频率,来研究滴灌过程中,一次滴灌前后盐碱地土壤水盐运移规律。结果表明:滴灌对盐碱地土壤有良好... 详细信息

试验为研究滴灌对盐碱地土壤的改良作用,合理开发和利用盐碱地资源,以耐盐碱牧草紫花苜蓿为试验材料,按12 mm的灌水定额和一周一次的灌水频率,来研究滴灌过程中,一次滴灌前后盐碱地土壤水盐运移规律。结果表明:滴灌对盐碱地土壤有良好的淋洗作用,滴灌后24和72 h,滴头下表层土壤的电导率和p H分别较滴灌前降低了72.2%和8.2%、74.7%和5.0%。滴灌结束后,随时间增加,土壤水分蒸发量增多,返盐现象严重。

关键词：滴灌盐碱地水盐运移

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考虑肥液浓度影响的沟灌土壤入渗特性研究

地下水 2020年第6期42卷 106-109,146页

作者：聂坤堃聂卫波白清俊西安理工大学水利水电学院陕西西安710048

为揭示肥液浓度影响的沟灌土壤水分运动规律,采用试验研究和理论分析相结合的研究方法,量化分析了肥液(硝酸钾KNO3)浓度变化对沟灌累积入渗量及湿润体运移的影响,并建立了以KNO3浓度为变量的沟灌累积入渗量和湿润体运移距离估算模型,并... 详细信息

为揭示肥液浓度影响的沟灌土壤水分运动规律,采用试验研究和理论分析相结合的研究方法,量化分析了肥液(硝酸钾KNO3)浓度变化对沟灌累积入渗量及湿润体运移的影响,并建立了以KNO3浓度为变量的沟灌累积入渗量和湿润体运移距离估算模型,并对估算模型的可靠性进行了验证。结果表明,KNO3溶液在一定浓度范围内增强了土壤入渗能力,即随着KNO3浓度增加,沟灌累积入渗量与湿润体运移速度均增大;试验条件下沟灌累积入渗量与湿润体运移距离估算模型中参数均与KNO3浓度呈线性函数关系;当KNO3溶液浓度为0.90 g/L,砂壤土和黏壤土条件下沟灌累积入渗量与湿润锋运移距离估算模型所得结果与实测值具有较好的一致性,两者的相对误差绝对值均值均小于5.5%,说明文中所建沟灌累积入渗量和湿润体运移距离估算模型是可靠的,研究结果可为沟灌施肥系统设计与管理提供理论基础。

关键词：沟灌土壤入渗累积入渗量湿润锋运移

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基于局部路径图的自动化漏洞成因分析方法

软件学报 2024年第10期35卷 4555-4572页

作者：余媛萍苏璞睿贾相堃黄桦烽中国科学院软件研究所可信计算与信息保障实验室中国科学院大学计算机科学与技术学院

快速的漏洞成因分析是漏洞修复中的关键一环,也一直是学术界和工业界关注的热点.现有基于大量测试样本执行记录进行统计特征分析的漏洞成因分析方法,存在随机性噪声、重要逻辑关联指令缺失等问题,其中根据测试集测量,现有统计方法中的... 详细信息

快速的漏洞成因分析是漏洞修复中的关键一环,也一直是学术界和工业界关注的热点.现有基于大量测试样本执行记录进行统计特征分析的漏洞成因分析方法,存在随机性噪声、重要逻辑关联指令缺失等问题,其中根据测试集测量,现有统计方法中的随机性噪声占比达到了61%以上.针对上述问题,提出一种基于局部路径图的漏洞成因分析方法,其从执行路径中,提取函数间调用图和函数内控制流转移图等漏洞关联信息.并以此为基础筛除漏洞成因无关指令(即噪声指令),构建成因点逻辑关系并补充缺失的重要指令,实现一个面向二进制软件的自动化漏洞成因分析系统LGBRoot.系统在20个公开的CVE内存破坏漏洞数据集上进行验证.单个样本成因分析平均耗时12.4 s,实验数据表明,系统可以自动剔除56.2%噪声指令和补充并联结20个可视化漏洞成因相关点指令间的逻辑结构,加快分析人员的漏洞分析速度.

关键词：漏洞分析成因分析函数间调用图函数内控制流转移图统计分析

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基于复合神经网络重构对象的永磁同步直线电机变参数型位移速度并行控制

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电工技术学报 2024年第8期39卷 2470-2484页

作者：鲍明堃周扬忠福州大学福建省新能源发电与电能变换重点实验室福州350116

针对永磁同步直线伺服电机(PMSLM)传统位移控制算法中控制器系数固定带来的控制精度不足等问题,提出一种基于复合神经网络重构对象的PMSLM变参数型位移速度并行控制策略。首先,利用动子位移、线速度的误差信息设计变参数并行控制器;其次... 详细信息

针对永磁同步直线伺服电机(PMSLM)传统位移控制算法中控制器系数固定带来的控制精度不足等问题,提出一种基于复合神经网络重构对象的PMSLM变参数型位移速度并行控制策略。首先,利用动子位移、线速度的误差信息设计变参数并行控制器;其次,建立含有控制对象多维信息的复合径向基神经网络观测动子位移,并得到控制对象的偏导信息;再次,基于闭环稳定条件,以周期检索的误差与控制目标的比较结果为基础,构建完整的位移速度并行控制器参数更新策略;最后,实验结果表明,该文所提控制策略能实现不同给定位移的高精度控制,且具有控制不同对象参数的泛用性。

关键词：永磁同步直线电机并行控制复合径向基神经网络变参数更新机制

面向PyPI生态系统的漏洞影响范围细粒度评估方法

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软件学报 2024年第10期35卷 4493-4509页

作者：王梓博贾相堃应凌云苏璞睿中国科学院软件研究所中国科学院大学奇安信技术研究院

Python语言的开放性和易用性使其成为最常用的编程语言之一.其形成的PyPI生态系统在为开发者提供便利的同时,也成为攻击者进行漏洞攻击的重要目标.在发现Python漏洞之后,如何准确、全面地评估漏洞影响范围是应对Python漏洞的关键.然而... 详细信息

Python语言的开放性和易用性使其成为最常用的编程语言之一.其形成的PyPI生态系统在为开发者提供便利的同时,也成为攻击者进行漏洞攻击的重要目标.在发现Python漏洞之后,如何准确、全面地评估漏洞影响范围是应对Python漏洞的关键.然而当前的Python漏洞影响范围评估方法主要依靠包粒度的依赖关系分析,会产生大量误报;现有的函数粒度的Python程序分析方法由于上下文不敏感等导致存在准确性问题,应用于实际的漏洞影响范围评估也会产生误报.提出一种基于静态分析的面向PyPI生态系统的漏洞影响范围评估方法 PyVul++.首先构建PyPI生态系统的索引,然后通过漏洞函数识别发现受漏洞影响的候选包,进一步通过漏洞触发条件验证漏洞包,实现函数粒度的漏洞影响范围评估. PyVul++改进了Python代码函数粒度的调用分析能力,在基于PyCG的测试集上的分析结果优于其他工具(精确率86.71%,召回率83.20%).通过PyVul++对10个Python CVE漏洞进行PyPI生态系统(385 855个包)影响范围评估,相比于pip-audit等工具发现了更多漏洞包且降低了误报.此外,在10个Python CVE漏洞影响范围评估实验中, PyVul++新发现了目前PyPI生态系统中仍有11个包存在引用未修复的漏洞函数的安全问题.

关键词： PyPI生态系统漏洞影响范围函数粒度评估静态分析

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