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大通河流域土壤细菌及氮循环功能菌群沿海拔的空间分布

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环境科学 2024年第6期45卷 3614-3626页

作者：王竹刘扬王芳中国水利水电科学研究院流域水循环模拟与调控国家重点实验室北京100038 中国水利学会北京100053

探究土壤微生物的海拔分布格局及其驱动机制对理解气候变化下陆地生态系统的响应至关重要.土壤微生物群落的海拔分布格局随空间尺度有所差异,为此分别沿大通河流域干流流向(海拔梯度1 000 m)和山体坡面(海拔梯度500 m)设置了两种空间尺... 详细信息

探究土壤微生物的海拔分布格局及其驱动机制对理解气候变化下陆地生态系统的响应至关重要.土壤微生物群落的海拔分布格局随空间尺度有所差异,为此分别沿大通河流域干流流向(海拔梯度1 000 m)和山体坡面(海拔梯度500 m)设置了两种空间尺度的样带,利用高通量测序技术分析土壤细菌群落结构和多样性沿海拔的分布特征,基于FAPROTAX数据库分析氮循环功能类群的海拔分布,探讨驱动土壤细菌群落沿海拔分布的关键环境因子.结果表明:①土壤理化性质沿海拔分布有显著差异,总氮(TN)和硝态氮(NO_(3)-)含量与海拔正相关(P0.05);③细菌群落以酸杆菌门(Acidobacteria)、变形菌门(Proteobacteria)和拟杆菌门(Bacteroidetes)为优势门,其相对丰度随海拔升高分别增加、减小和微弱减小;④参与氮循环的功能类群共13种,以硝化作用、好氧氨氧化和好氧亚硝酸盐氧化作用为主,随海拔升高响应规律不同,其中硝化作用细菌丰度显著增加(P<0.01),好氧氨氧化和硝酸还原细菌丰度微弱增加,而参与含氮化合物异化还原的细菌丰度先增后减;⑤冗余分析表明海拔(ELEV)、p H和氨氮(NH4+)是驱动门水平土壤细菌群落的主要因子,Mantel分析表明土壤细菌氮循环优势类群均受海拔驱动(P<0.01).⑥流域和坡面尺度上细菌群落α-多样性沿海拔的规律一致,但土壤性质、氮循环功能菌群丰度和主要环境影响因子均不同.因此从不同空间尺度探究土壤微生物的海拔分布格局具有重要意义.

关键词：土壤细菌群落空间尺度氮循环功能类群海拔梯度大通河流域

磨刀门咸潮上溯对河口拦门沙地形变化的响应研究

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水资源保护 2024年第5期40卷 104-111页

作者：林中源胡晓张邹华志张光陈睿智唐琦水利部珠江河口治理与保护重点实验室广东广州510611 珠江水利科学研究院河流海岸研究所广东广州510611 中山大学海洋科学学院广东珠海519082

采用磨刀门河口拦门沙地形变化前后的2005年和2020年实测地形资料,基于FVCOM三维数值模型,对比分析了咸潮上溯对河口拦门沙地形变化的响应,并探讨了拦门沙萎缩对盐分输运的影响机制。结果表明:拦门沙萎缩导致磨刀门水道各取水口表、底... 详细信息

采用磨刀门河口拦门沙地形变化前后的2005年和2020年实测地形资料,基于FVCOM三维数值模型,对比分析了咸潮上溯对河口拦门沙地形变化的响应,并探讨了拦门沙萎缩对盐分输运的影响机制。结果表明:拦门沙萎缩导致磨刀门水道各取水口表、底层盐度差增大,水体层化程度增强,下游至上游层化增强程度逐渐减小,广昌泵站势能异常最大值增大25.2 J/m^(3),马角水闸、平岗泵站、竹洲头泵站分别增大8.3、2.9、0.2 J/m^(3);拦门沙萎缩后未改变磨刀门水道咸潮上溯规律,半月潮周期盐度峰值依然出现在小潮后的中潮期;拦门沙对咸潮上溯有较大阻碍作用,底层15 psu等盐度线最大上溯距离向陆推进5.1 km,对于取水更为重要的表层0.5 psu等盐度线最大上溯距离向陆推进2.9 km;稳定剪切盐通量显著增大是拦门沙萎缩后咸潮上溯加剧的主要原因,并叠加潮汐震荡盐通量增大的影响。

关键词：咸潮上溯河口拦门沙 FVCOM三维数值模型盐通量磨刀门

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大亚湾近岸浅海马尾藻遥感信息提取

测绘通报 2024年第5期 108-114页

作者：李俊何颖清邓孺孺熊龙海张锐豪水利部珠江河口治理与保护重点实验室广东广州510611 珠江水利委员会珠江水利科学研究院广东广州510611 中山大学地理科学与规划学院广东广州510006 惠州学院地理与旅游学院广东惠州516007

马尾藻对健康的沿海生态系统具有重要作用。遥感监测多针对开阔海域的漂浮马尾藻,对浅海底栖型马尾藻研究较少;技术方法大多基于经验模型,依赖大量实测数据。本文基于水体辐射传输过程,建立马尾藻遥感信息提取模型。大亚湾3个试验结果表... 详细信息

马尾藻对健康的沿海生态系统具有重要作用。遥感监测多针对开阔海域的漂浮马尾藻,对浅海底栖型马尾藻研究较少;技术方法大多基于经验模型,依赖大量实测数据。本文基于水体辐射传输过程,建立马尾藻遥感信息提取模型。大亚湾3个试验结果表明:①马尾藻丰度分布情况与野外调查数据基本吻合;②大亚湾的马尾藻在水域开阔程度高、水体交换条件良好、受一定风浪影响、水深小于1.6 m的环境条件下,长势更好,丰度更高;③水深、海浪作用是影响马尾藻生长分布的重要环境因子。本文方法对马尾藻资源的保护和海岸带生物多样性建设具有积极意义。

关键词：马尾藻海洋底栖生境丰度近岸浅海混合像元分解

基于PIT技术的老口航运枢纽鱼道通行效率及鱼类行为分析

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农业工程学报 2024年第8期40卷 216-222页

作者：宋韵涛曾令锋谭细畅吴志强闭增钊衷英杰孙扬言乔梁桂林理工大学环境科学与工程学院桂林541004 老口航运枢纽南宁530007 水利部珠江水利委员会水文局广州510610 广西岩溶地区水污染控制与用水安全保障协同创新中心桂林541004 广西环境污染控制理论与技术重点实验室桂林541004

PIT(passive integrated transponder)射频芯片跟踪作为一种监测方法,被广泛应用于鱼类洄游行为监测及评估鱼道过鱼效率。为了解鱼类在郁江老口航运枢纽鱼道的上溯速度、昼夜特征行为及鱼道通行效率等情况,从而为鱼道设计提供更多参考,... 详细信息

PIT(passive integrated transponder)射频芯片跟踪作为一种监测方法,被广泛应用于鱼类洄游行为监测及评估鱼道过鱼效率。为了解鱼类在郁江老口航运枢纽鱼道的上溯速度、昼夜特征行为及鱼道通行效率等情况,从而为鱼道设计提供更多参考,该研究以优势种鲮(Cirrhinus molitorella)为试验对象,搭半双工(half duplex,HDX)PIT标记射频芯片跟踪系统,在鱼道中设置了5个监测断面。有效试验鱼共63尾,全部为野生个体,全长范围为16.00~23.50 cm,均值为(19.05±1.49)cm。试验发现,试验鱼在白天活动较为活跃,夜晚则处于休息状态;多数个体在标记放流后上行至第一个天线所需时间超过10 h;标记试验鱼通过整个鱼道的历时为648~5359 min,总通行效率为50.79%。研究可为国内过鱼设施通行效率量化及鱼道中鱼类上溯行为特征研究提供参考。

关键词：鱼道监测 PIT标记过鱼效率行为模式

基于浮动投影方法的三维非线性结构拓扑优化研究

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机电工程 2024年第10期41卷 1776-1783页

作者：张映博李家春陈跃威邹中妃王永涛贵州大学机械工程学院贵州贵阳550025 浙江大学机械工程学院浙江杭州310058 贵州理工学院机械工程学院贵州贵阳550003 贵州省水利科学研究院贵州贵阳550002

针对三维非线性拓扑优化设计时的单元畸变现象与刚度准则选取问题,以涉及几何与材料非线性的超弹性结构为研究对象,对三维非线性结构拓扑优化进行了研究。首先,将物理场变量与Mooney-Rivlin模型线性相乘以表征设计域的超弹性,并提出了... 详细信息

针对三维非线性拓扑优化设计时的单元畸变现象与刚度准则选取问题,以涉及几何与材料非线性的超弹性结构为研究对象,对三维非线性结构拓扑优化进行了研究。首先,将物理场变量与Mooney-Rivlin模型线性相乘以表征设计域的超弹性,并提出了一种用于线性插值方案的改进附加超弹性技术,通过将Yeoh超弹性材料加入到低刚度区域,缓解了单元畸变现象;然后,基于三场密度模型,构造了三维超弹性结构拓扑优化的数学列式,在该框架下,比较了最小化末端柔度和最大化平衡势能两种刚度准则,推导了相应的灵敏度表达式,并采用浮动投影方法施加了设计变量的0/1约束;最后,采用两个数值算例对该方法的有效性进行了验证。研究结果表明:大变形情况下,不同目标函数的优化结果在拓扑构型和结构响应方面具有显著差异,但与线性设计相比,其均具有更优的力学性能。

关键词：三维结构超弹性结构变形分析非线性效应刚度准则浮动投影方法 Mooney-Rivlin模型

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深埋隧洞软岩力学特性与合理参数取值研究

岩石力学与工程学报 2024年第S01期43卷 3217-3228页

作者：张茂础颜天佑张国强李建贺武松长江设计集团有限公司湖北武汉430010 长江勘测规划设计研究有限责任公司湖北武汉430010 长江设计集团有限公司水利部水网工程与调度重点实验室湖北武汉430010

针对深埋软岩力学特性与合理参数取值问题,通过室内高围压条件下的三轴试验,研究引江补汉工程志留系页岩的力学特性,分析不同层面倾角对页岩力学特性和破坏模式的影响,基于试验研究、理论分析、工程类比与反演、规范验证等多种手段的系... 详细信息

针对深埋软岩力学特性与合理参数取值问题,通过室内高围压条件下的三轴试验,研究引江补汉工程志留系页岩的力学特性,分析不同层面倾角对页岩力学特性和破坏模式的影响,基于试验研究、理论分析、工程类比与反演、规范验证等多种手段的系统研究,提出一套深埋软岩合理力学参数取值方法,同时以地应力反演值的外包络线确定了软岩洞段不同埋深下的地应力大小,通过研究发现:随着围压由低变高,岩石试样的黏聚力随之增加,内摩擦角随之降低,当层面倾角为0°时,页岩试样的强度参数最高,当层面倾角为55°时,其强度最低,且此角度下的岩石破坏面与层面一致,基于三轴试验结果、H-B强度准则、同地层隧道工程类比和收敛约束法理论反演,总结出深埋软岩合理力学参数取值方法,体现了围压对岩体等效力学参数的影响,在此基础上,采用强度应力比和开挖变形量对引江补汉工程深埋软岩变形量、变形等级和规模进行预测和评价。

关键词：岩石力学深埋隧洞软岩力学特性力学参数变形等级

基于PSO-SVM的鹤盛溪流域山洪风险评价

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水资源保护 2024年第2期40卷 46-54页

作者：王如锴练继建苑希民田福昌陈隆吉马文豪天津大学水利工程仿真与安全国家重点实验室天津300350 天津大学建筑工程学院天津300350 天津理工大学海洋能源与智能建设研究院天津300384 温州市水文管理中心浙江温州325000

为探究温州市鹤盛溪流域山洪风险空间分布,综合考虑山洪致灾因子、孕灾环境和承灾体3方面的山洪影响因子,建立基于粒子群优化-支持向量机(PSO-SVM)混合算法的山洪风险评价模型。选取准确度、灵敏度、特异性、F-score值、Kappa系数和受... 详细信息

为探究温州市鹤盛溪流域山洪风险空间分布,综合考虑山洪致灾因子、孕灾环境和承灾体3方面的山洪影响因子,建立基于粒子群优化-支持向量机(PSO-SVM)混合算法的山洪风险评价模型。选取准确度、灵敏度、特异性、F-score值、Kappa系数和受试者工作特征曲线等6个指标,采用学习矢量量化(LVQ)算法量化山洪影响因子对山洪灾害发生的影响程度,并将PSO-SVM混合算法模型与单一算法模型进行对比。结果表明:混合算法具有一定的迁移能力,能够更加准确地反映山洪风险的空间分布特征;验证集受试者工作特征曲线指标、Kappa系数和准确度分别为0.934、0.833、0.912,PSO-SVM混合算法模型能显著提高山洪风险评价精度。

关键词：山洪灾害风险评价模型山洪影响因子 PSO-SVM 鹤盛溪流域

面向供水管网漏损监测的传感器优化布置多准则决策分析方法

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长江科学院院报 2024年第9期41卷 178-184页

作者：王莹谭德宝叶松胡祖康姚正利长江科学院空间信息技术应用研究所武汉430010 武汉市智慧流域工程技术研究中心武汉430010 长江科学院武汉430010 长江生态环保集团有限公司武汉430062

供水管网漏损精准监测对于避免水资源浪费具有重要意义,为此,提出一种面向供水管网漏损监测的传感器优化布置多准则决策分析方法。基于充分考虑传感器布置优化的权重、差异阈值和偏好阈值的不确定性,利用信息熵在整个决策空间内对传感... 详细信息

供水管网漏损精准监测对于避免水资源浪费具有重要意义,为此,提出一种面向供水管网漏损监测的传感器优化布置多准则决策分析方法。基于充分考虑传感器布置优化的权重、差异阈值和偏好阈值的不确定性,利用信息熵在整个决策空间内对传感器的初始位置进行筛选再根据漏损监测目标,通过定义一组传感器布置优化准则,利用多准则决策分析方法对初始方案进行排序,得到顾及多组参数及不同偏好场景下各种初始方案的概率排序。为了验证该方法的适用性,采用基准测试管网k1模型开展仿真试验并比较了几种不同的偏好场景。结果表明所提出的方法能够适应顺序优先和最重要的优先顺序,而且能够对方案进行排序和成对比较,避免了使用“黑匣子”对传感器布置方案进行选择。

关键词：供水管网漏损监测传感器优化布置多准则决策分析

基于随机森林模型的GRACE数据3种空间降尺度对比

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湖泊科学 2024年第3期36卷 951-962页

作者：褚江东粟晓玲张特雷逸甦姜田亮吴海江王芊予西北农林科技大学旱区农业水土工程教育部重点实验室杨凌712100 西北农林科技大学水利与建筑工程学院杨凌712100 中国水利水电科学研究院防洪抗旱减灾研究所北京100038 水利部防洪抗旱减灾工程技术研究中心北京100038

陆地水储量是赋存在陆地上各种形式水的综合体现,研究其时空变化对认识区域水循环过程和水资源调控等具有重要意义。然而现有陆地水储量变化数据实际分辨率较低,限制了其在中小流域或地区中的应用。针对这一问题,本文基于GRACE重力卫星... 详细信息

陆地水储量是赋存在陆地上各种形式水的综合体现,研究其时空变化对认识区域水循环过程和水资源调控等具有重要意义。然而现有陆地水储量变化数据实际分辨率较低,限制了其在中小流域或地区中的应用。针对这一问题,本文基于GRACE重力卫星和其后续卫星GRACE-FO反演的陆地水储量变化数据,首先采用随机森林模型,分别基于格点、区域(流域)和区域(全国)3种空间降尺度思路将GRACE数据降尺度至0.25°×0.25°,后结合GLDAS模型数据,基于水量平衡原理计算得到地下水储量变化数据,最后基于降尺度模型模拟效果和实测地下水位数据评估3种降尺度思路在全国的适用性。结果表明:随机森林模型能够较好地模拟驱动数据(降水、气温、植被条件指数和土壤水储量)与GRACE数据的统计关系,验证期格点降尺度思路的平均相关系数总体在0.6左右,区域降尺度思路的平均纳什效率系数、相关系数和均方根误差分别>0.5、>0.75和<6.6 cm,3种空间降尺度思路的模拟精度均满足基本要求;2003—2021年间,GRACE数据、格点降尺度、区域降尺度(流域)和区域降尺度(全国)得到的我国陆地水储量亏缺量分别约为119.5×10^(8)、62.4×10^(8)、121.1×10^(8)和121.8×10^(8)m^(3)/a,地下水储量亏缺量分别约为230.0×10^(8)、171.8×10^(8)、235.6×10^(8)和236.4×10^(8)m^(3)/a,受制于样本数较少等原因,格点降尺度结果精度较差;两种区域降尺度思路得到的水储量变化速率均和原始GRACE数据基本一致,模拟结果均优于格点降尺度,且细化到流域的区域降尺度对地下水储量变化验证精度有一定的改善。区域降尺度具有适用性强、模拟精度高、计算效率高的优势,研究结果可为流域水资源可持续利用以及水资源规划等提供精细化的水储量变化数据。

关键词：水储量变化 GRACE 随机森林模型统计降尺度中国