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限量供水灌溉预报增产效益研究

限量供水灌溉预报增产效益研究

作者：沈洪政天津农学院

学位级别：硕士

水资源短缺使得灌溉用水普遍不能满足作物生长要求,因此,必须实施限量供水灌溉。限量供水灌溉是指将有限的水量灌溉到对作物产量形成最敏感的时期,以获得最大产量和效益。鉴于此,本文以山西省临汾市霍泉灌溉试验站冬小麦复播玉米和原平... 详细信息

水资源短缺使得灌溉用水普遍不能满足作物生长要求,因此,必须实施限量供水灌溉。限量供水灌溉是指将有限的水量灌溉到对作物产量形成最敏感的时期,以获得最大产量和效益。鉴于此,本文以山西省临汾市霍泉灌溉试验站冬小麦复播玉米和原平市阳武河灌溉试验站春玉米为研究对象,选取土壤水、热、氮运移转化模型,对土壤含水率、土壤温度和土壤氮素进行了模拟。通过不同典型年的灌溉制度优化,建立了动态灌水下限模型,利用动态灌水下限值进行灌溉预报并与经验灌水的增产效益进行了比较,主要结果如下:(1)利用冬小麦复播玉米和春玉米2015-2016年度的灌溉试验资料,对选取的土壤水分动态模型和土壤氮素运移转化模型进行了参数的率定和检验。冬小麦复播玉米和春玉米生育期内的土壤含水率模拟值和实测值具有较好的相关性,相关系数R均达到了0.7以上。对土壤氮素运移转化模型,0-60cm土层范围内硝态氮实测值和模拟值相关关系较好,达到0.6以上,且沿土壤深度方向的0-60cm硝态氮的含量分布与实测值相吻合。以上结果表明,本文选取的土壤水分和氮素运移转化模型具有很好的适用性。(2)利用作物生长模型对冬小麦复播玉米和春玉米的产量进行了模拟计算,结果表明,模拟的籽粒产量与实测产量具有很好的相关性,相关系数R达到了0.9以上,由此说明所选用的P123作物生长模型对模拟作物产量具有很好的适用性。(3)以霍泉灌溉试验站和阳武河灌溉试验站长系列(1954-2015年)降雨资料为依据,确定了不同典型年,进行了不同典型年的划分,并对不同典型年进行了限量供水灌溉制度的优化,据此建立了动态灌水下限模型。结果表明,随灌水量的增加,增产效益明显增加,并且,随降水量的增大,对应增产效益最大值的灌溉供水量明显减小。对75%和95%的典型年,随灌水次数的增加,增产效益明显增加。在较干旱的条件下,无论是处于干旱时期的冬小麦还是处于降雨量相对丰沛期的玉米,灌水均有较大的增产作用。(4)利用动态灌水下限值进行灌水预报,并与经验灌水进行了比较,在有限灌溉供水量条件下,预报灌水的效益普遍高于经验灌水。冬小麦复播玉米最大增产率为8.9%,最大效益率可达9.74%,春玉米最大增产率为9%,最大效益率可达13.03%。由此表明,由动态灌水下限值作为灌水下限进行灌溉可以增产增收。(5)分析结果表明,相邻时段的参考作物蒸发蒸腾量具有非常好的相关性,均可以达到极显著水平,时段为旬时,其相关系数R可以达到0.9以上。鉴于此,灌溉预报过程中充分利用实时监测的气象要素变化值,采用相邻时段的参考作物蒸发蒸腾量的相关关系预测未来10天的参考作物腾发量,用于预测作物实际腾发量;由于降水量变化的强烈随机性,灌水预报过程中采用了近十年日降雨量的平均值作为降水量预测值。(6)对农田土壤含水率预报误差进行了分析,冬小麦复播玉米两个年度土壤含水率最大相对误差为21.65%,最小值为0.06%,平均相对误差为7.95%;春玉米两个年度土壤含水率最大相对误差为34.71%,最小值为0.037%,平均相对误差为6.25%。均达到了甲等预报水平,表明本研究建议的预报方法合理可行。

关键词：限量供水水文典型年优化灌溉制度动态灌水下限值增产效益

非线性入渗模型求参中参数初始值确定方法研究

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中国农村水利水电 2017年第10期 183-187页

作者：沈洪政王仰仁韩娜娜天津农学院水利工程学院天津300384

以土壤入渗Green-Ampt模型和Horton公式为例,提出利用泰勒级数法确定非线性模型参数拟合初始值的方法,并以天津农学院水循环试验基地入渗数据为依据,验证了方法的合理性。结果表明:对于非线性的Green-Ampt模型和Horton公式,利用泰勒级... 详细信息

以土壤入渗Green-Ampt模型和Horton公式为例,提出利用泰勒级数法确定非线性模型参数拟合初始值的方法,并以天津农学院水循环试验基地入渗数据为依据,验证了方法的合理性。结果表明:对于非线性的Green-Ampt模型和Horton公式,利用泰勒级数法确定入渗模型参数初始值具有很好的准确性,相关系数均达到0.85以上,经最小二乘法拟合后,相关系数可提高到0.99以上。同时,引入温度修正系数对入渗结果进行修正,显著地改善了入渗曲线拟合精度。在给定入渗试验条件下,Horton公式拟合的参数更稳定,具有更好的适用性。

关键词：入渗模型参数拟合泰勒级数法初始值

不同生物炭添加量对土壤水分运动过程的影响及模拟研究

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中国农村水利水电 2021年第9期 134-140页

作者：高言沈洪政杨婷何念马孝义西北农林科技大学水利与建筑工程学院陕西杨凌712100 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

针对中国西北干旱区季节性降雨不均匀,土壤蒸发损失大等问题,试图通过生物炭添加改善土壤水分入渗和蒸发过程。采用室内土柱试验,研究6种生物炭质量添加比例[0(CK)、1%(B1)、2%(B2)、3%(B3)、5%(B5)、7%(B7)]对土壤湿润锋运移距离、累... 详细信息

针对中国西北干旱区季节性降雨不均匀,土壤蒸发损失大等问题,试图通过生物炭添加改善土壤水分入渗和蒸发过程。采用室内土柱试验,研究6种生物炭质量添加比例[0(CK)、1%(B1)、2%(B2)、3%(B3)、5%(B5)、7%(B7)]对土壤湿润锋运移距离、累积入渗量和累积蒸发量的影响,并验证生物炭添加条件下不同入渗和蒸发模型的适用性。结果表明:生物炭添加量越多,减缓湿润锋运移进程效果越明显且土壤湿润锋运移深度与入渗历时呈幂函数关系。当对照组入渗结束时,B1、B2、B3、B5、B7处理与CK处理相比累积入渗量分别减少6.0%、11.9%、19.9%、28.0%、36.2%,表明添加生物炭可显著降低土壤累积入渗量。随着生物炭添加比例的增加,对土壤蒸发的抑制作用越明显。因此,综合考虑土壤入渗和蒸发过程,生物炭添加量在3%-5%时效果最佳。模型模拟结果表明,Kostiakov模型和Rose模型可以更好地描述生物炭添加条件下土壤水分入渗和蒸发过程。该研究可以丰富生物炭应用情景,以期为西北干旱区农田生物炭实际应用提供理论参考。

关键词：生物炭累积入渗量湿润锋蒸发入渗模型

种植密度与氮肥互作对全膜双垄沟播春玉米产量及氮素利用的影响

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节水灌溉 2022年第9期 100-107页

作者：许玥沈洪政孙维乾李世磊马孝义西北农林科技大学水利与建筑工程学院陕西杨凌712100 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

陇中地区是我国雨养春玉米重要产地,但该区长期存在氮肥利用效率低和种植密度不合理等问题,因此,在甘肃省定西市开展春玉米氮肥和种植密度试验,以期提出陇中雨养区维持春玉米高产效的种植密度与施氮方案。以先玉335为研究对象,采用裂区... 详细信息

陇中地区是我国雨养春玉米重要产地,但该区长期存在氮肥利用效率低和种植密度不合理等问题,因此,在甘肃省定西市开展春玉米氮肥和种植密度试验,以期提出陇中雨养区维持春玉米高产效的种植密度与施氮方案。以先玉335为研究对象,采用裂区试验设计方法,设置种植密度和施氮量2个因子。主区为种植密度(D),设置3个水平,D1:3.5万株/hm^(2),D2:5.5万株/hm^(2),D3:7.5万株/hm^(2)。副区为氮肥施用量(N),设置4个水平,N1:0 kg/hm^(2),N2:180 kg/hm^(2),N3:225 kg/hm^(2),N4:270 kg/hm^(2),研究了种植密度与氮肥互作对春玉米生长、产量、氮素利用效率以及土壤硝态氮残留的影响。结果表明:不同的种植密度与氮肥施用量对春玉米生长、产量和氮肥利用效率均有显著影响,且两者交互作用明显。中等密度中等氮肥施量(D2N3)处理下春玉米产量最大(10203 kg/hm^(2))、氮肥利用效率最高(37.5%)。氮肥利用效率较其他处理提高了39.0%-47.1%。同时,春玉米收获时,D2N3处理的土壤硝态氮含量也较低。综合考虑产量、氮肥利用效率和土壤氮素残留,密度为5.5万株/hm^(2),施氮量为225 kg/hm^(2)是陇中雨养区春玉米种植的最佳密度和氮肥组合。

关键词：全膜双垄沟播玉米施氮量种植密度产量氮肥利用效率土壤硝态氮残留

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以减产损失为指标的农业干旱评价方法研究

科技创新导报 2015年第22期12卷 161-162,165页

作者：沈洪政马青青金建华天津农学院水利工程学院天津300384

该文通过对山西省运城市30年的降雨、蒸发资料进行统计分析,先初步从降雨量及蒸发量判断该地区的气候情况,然后以冬小麦为例,通过作物的蒸发蒸腾量、水分生产函数计算减产损失（k=1m y y？）,并提出以减产损失为指标进行农业干旱评价,... 详细信息

该文通过对山西省运城市30年的降雨、蒸发资料进行统计分析,先初步从降雨量及蒸发量判断该地区的气候情况,然后以冬小麦为例,通过作物的蒸发蒸腾量、水分生产函数计算减产损失（k=1m y y？）,并提出以减产损失为指标进行农业干旱评价,为今后的农业干旱预防、评价提供科学依据。经研究分析可得,当减产损失值为0~0.2500时为轻旱;减产损失值为0.2501~0.4709时为中旱;减产损失值为0.4710~0.7477为重旱;减产损失值大于0.7478为严重干旱。

关键词：干旱旱灾减产损失干旱指标

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灌溉用多孔管极限长度分析研究

天津农学院学报 2016年第2期23卷 33-35,40页

作者：沈洪政刘文炜王仰仁刘莉许欣然田晶天津农学院水利工程学院天津300384 通辽市防汛抗旱物资供应管理站内蒙古通辽028000

通常情况下,多孔管极限长度的计算是基于出流量相等的假定进行的,实际情况是管道水流存在水头损失,出流量不相等。因此,本研究在出流量相等及不等两种情况下,对多孔管极限长度的计算结果进行比较分析;同时,分析研究在一行双管布置条件下... 详细信息

通常情况下,多孔管极限长度的计算是基于出流量相等的假定进行的,实际情况是管道水流存在水头损失,出流量不相等。因此,本研究在出流量相等及不等两种情况下,对多孔管极限长度的计算结果进行比较分析;同时,分析研究在一行双管布置条件下,不同供水方式对毛管极限长度的影响。结果表明:采用一行双管、双侧供水可显著增加毛管的极限长度,减少支管用量,节省投资。该研究可为微灌毛管设计提供参考。

关键词：极限长度水头损失滴灌带

等离子体增强型C3H6-SCR Mn基催化剂的制备及构效关系研究

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等离子体增强型C3H6-SCR Mn基催化剂的制备及构效关系研究

作者：沈洪重庆理工大学

学位级别：硕士

烃类（HC）选择性催化还原技术因其不需要额外的还原剂,可以实现烃类污染物的同时脱除在机动车尾气处理方向被广泛研究。贵金属催化剂（如Au、Ag、Pt）在低温HC-SCR中被广泛报道,但是贵金属由于高成本等局限性不适合进一步应用。因此,... 详细信息

烃类（HC）选择性催化还原技术因其不需要额外的还原剂,可以实现烃类污染物的同时脱除在机动车尾气处理方向被广泛研究。贵金属催化剂（如Au、Ag、Pt）在低温HC-SCR中被广泛报道,但是贵金属由于高成本等局限性不适合进一步应用。因此,设计并合成出低温活性好、温度操作窗口宽的非贵金属催化剂用于HC-SCR反应是目前的研究热点和难点。本文采用共沉淀法联合介质阻挡放电（DBD）等离子体活化的材料合成方法,设计合成了一系列具有优异低温活性和宽温度窗口的金属掺杂（Bi、Mo、Nb-Ce）Mn基MOR分子筛CH-SCR催化剂,并探究了不同制备方法以及不同活化方式对Mn基MOR分子筛CH-SCR催化剂脱硝性能的影响。采用XRD、BET、SEM、HR-TEM、EDS-mapping、FT-IR、H-TPR、NH-TPD、XPS等一系列表征对催化剂的结构、表面形貌、氧化还原能力、表面酸性、活性金属表面状态等进行了研究,探讨了Mn基CH-SCR催化剂的构效关系。主要开展的工作如下:1、采用了浸渍法、均相沉淀法、共沉淀法制备了5Mn-3Bi/MOR-DBD催化剂,并分析其在CH-SCR反应中的脱硝性能。结果表明,与普通浸渍法相比,5Mn-3Bi/MOR-CPM-DBD催化剂具有更好的低温活性和更宽的操作温度窗口,其NO转化率在150-350℃超过85%。结合表征分析,优异脱硝的性能归功于催化剂的强氧化还原能力、丰富的表面酸性位点、高浓度的Mn、Mn,以及组分之间的强协同效应。BET和SEM表征结果表明,在DBD等离子体的作用下,共沉淀法（CPM）会导致大量活性金属进入分子筛孔道内部,而并不是负载在MOR载体表面,这对脱硝是极其有利的。2、采用共沉淀法制备了5Mn-3Mo/MOR-CPM催化剂,研究了不同活化方式对5Mn-3Mo/MOR-CPM催化剂结构和CH-SCR脱硝性能的影响。与传统焙烧相比,冷等离子体（RF、DBD）联合共沉淀法合成的5Mn-3Mo/MOR-CPM催化剂表现出优异的脱硝活性。5Mn-3Mo/MOR-CPM-RF催化剂表现出最高的CH-SCR活性（在150-350℃时NO转化率超过85%）,在200℃时NO转化率最高,达到98%。结合表征分析,低温等离子体活化处理可以增强催化剂的氧化还原性能以及表面酸度,促进NO、CH的吸附与活化。XPS表明等离子体处理的催化剂比传统焙烧处理的催化剂Mn/(Mn+Mn)、O/（O+O）比值更高,这有利于CH-SCR反应,提升催化剂的脱硝性能。3、采用RF等离子体、DBD等离子体、传统焙烧法分别活化了以共沉淀法制备的5Mn-3Nb-3Ce/MOR-CPM催化剂前驱体,研究了不同活化方式对5Mn-3Nb-3Ce/M OR-CPM催化剂结构和CH-SCR脱硝性能的影响。5Mn-3Nb-3Ce/MOR-CPM-RF催化剂表现出优异的低温活性和宽操作温度窗口,其在200℃最高NO转化率可达100%,T（NO转化率达到90%的温度）为150-350℃。结合表征分析,H-TPR和XPS表征结果表明RF等离子体活化处理可增强催化剂组分之间的协同效应。NH-T PD显示5Mn-3Nb-3Ce/MOR-CPM-RF催化剂的表面酸性位点数目最多,有利于气体的吸附与活化。RF等离子体活化会形成更高浓度的Mn与表面化学吸附氧（O）,促进Ce向Ce转化,从而提升催化活性。SEM和HR-TEM以及EDS-mapping显示等离子体处理的催化剂活性组分的平均粒径更小,且高度分散。另外,表面活性金属的分散度是影响5Mn-3Nb-3Ce/MOR-CPM催化剂的关键因素。

关键词：氮氧化物 Mn基催化剂丙烯-选择催化还原等离子体

风机过滤单元（FFU）的结构优化设计与性能分析研究

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风机过滤单元（FFU）的结构优化设计与性能分析研究

作者：沈洪令重庆交通大学

学位级别：硕士

随着我国半导体、新能源等高端产业的发展,各类产品对生产环境提出了更高的要求,极大的推动了洁净技术的发展。因此,现代洁净室对室内的气流组织、洁净度有着更严格的要求,生产环境会直接影响到产品的质量与合格率。但洁净室生产环境的... 详细信息

随着我国半导体、新能源等高端产业的发展,各类产品对生产环境提出了更高的要求,极大的推动了洁净技术的发展。因此,现代洁净室对室内的气流组织、洁净度有着更严格的要求,生产环境会直接影响到产品的质量与合格率。但洁净室生产环境的要求提高,能耗也会随之增加。在保证洁净生产环境的前提下,为了迎合我国碳达峰、碳中和的重要战略,现代洁净室的节能减排尤为重要。FFU是安装在现代洁净室末端的洁净装备,通常几十至上万台同时工作,FFU的能耗占洁净室能耗很大比例,而且FFU的风量与出风的均匀性也会影响到洁净室的气流组织与洁净度。因此,研究FFU空气动力及能耗性能,改善面风速的均匀性,对现代智能化工厂洁净室的节能减排、生产环境改善都有着重要现实意义和应用价值。本文基于空气流体动力学CFD仿真分析,综合应用了响应面法、Taguchi正交实验设计法及多岛遗传算法,针对FFU的离心叶轮与内部流道结构进行优化设计。离心叶轮以体积风量为优化目标,以提升空气动力及能耗性能,内部流道以面风速不均匀系数为优化目标,以提升面风速均匀性,探讨了余压、空气动力效率、能耗性能指数与面风速的关系,得到FFU最佳的结构优化结果,并制造了FFU优化样品,测试验证优化效果。主要工作与结论如下:(1)进行了离心叶轮的优化设计,使用响应面法与多岛遗传算法相结合的方式,得到离心叶轮几何结构的最优组合参数。分析离心叶轮结构参数对FFU体积风量的影响显著性,从大到小的顺序为:叶片出口安装角>叶片出口宽度>叶片数>叶片进口安装角。采用多岛遗传算法求解响应面函数模型,得到离心叶轮最优结构参数:叶片数9,叶片出口安装角42°,叶片进口安装角28°,叶片出口宽度85mm。基于最优结构参数重新建立离心叶轮模型,并对多个余压工况点进行CFD数值模拟,其体积风量提升显著。根据最优结构参数3D打印了离心叶轮样品,装配在FFU上进行了性能测试,FFU出风面速度为0.45m/s时,不同余压工况点下,空气动力效率平均提高了9.26%,能耗性能指数平均降低了8.41%。测试结果表明,优化后的离心叶轮使得FFU空气动力及能耗性能改善显著。(2)进行了FFU内部流道的优化设计,探讨了出风结构形式、出风面积、静压箱厚度对面风速均匀性的影响:对于出风结构形式而言,导流板应设计对称形式,还应满足四侧出风;出风面积越大,面风速均匀性越好;静压箱厚度越高,面风速均匀性也越好。同时,在电机底板与箱体顶部的空间设计了一种新型圆弧导流板,并通过Taguchi正交实验设计对圆弧导流板的几何结构参数、出风面积及静压箱厚度进行优化,获得最优组合参数:出风面积58%、静压箱厚度90mm、导流板安装距离60mm、导流板蜗舌安装角55°、导流板扩张角50°。通过最优组合参数重新建立FFU流体域模型,进行CFD数值模拟,得到面风速不均匀系数为5.3%;并制造FFU样机,FFU实物测试面风速不均匀性系数为8.03%,模拟结果和实测结果误差在合理范围内。对比优化前后的实物FFU,优化前FFU的面风速不均匀系数为24.77%,优化后FFU的面风速不均匀性系数为8.03%,面风速不均匀系数降低了67.6%,FFU面风速均匀性提升显著。

关键词： FFU CFD 结构优化能耗性能面风速均匀性

磷、钾肥减施对不同穗型中粳水稻品种产量与品质的影响

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磷、钾肥减施对不同穗型中粳水稻品种产量与品质的影响

作者：沈洪历扬州大学

学位级别：硕士