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声波干预下微液滴群微物理变化及其与雷达反射率因子关系研究

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干旱区地理 2024年第8期47卷 1388-1398页

作者：李岩柏文文青海大学土木水利学院/黄河上游生态保护与高质量发展实验室/水利部江河源区水生态治理与保护重点实验室/三江源生态与高原农牧业国家重点实验室青海西宁810016

通过室内实验,探究了声波干预下微液滴群微物理变化特征,建立了滴群特征粒径与雷达反射率因子之间的关系,讨论了粒径增量与宏观雨强增量之间的量化关系。结果表明:(1)存在优选声波频率和临界声压级,实验重点关注的120 Hz声波频率(超过... 详细信息

通过室内实验,探究了声波干预下微液滴群微物理变化特征,建立了滴群特征粒径与雷达反射率因子之间的关系,讨论了粒径增量与宏观雨强增量之间的量化关系。结果表明:(1)存在优选声波频率和临界声压级,实验重点关注的120 Hz声波频率(超过临界声压级)干预实验滴群,引起微液滴群特征粒径增大、粒径谱右移变宽,粒子数浓度减小,雷达反射率因子增大,该结论对于30~280 Hz声波同样适用。(2)D90-Z相关系数在0.9以上,大粒径对雷达反射率因子贡献较大,拟合参数a、b范围分别为[2.84×10^(-8),1.104]和[0.6713,9.2000]。(3)滴群特征粒径增量与宏观雨强增量呈线性正相关关系,相关系数均在0.98以上,并且声压级越大,拟合的线性斜率越小。研究结果对外场试验效果评价具有重要的参考意义和指导价值。

关键词：声波微液滴群临界声压级粒径谱雷达反射率因子

青藏高原东北部湖泊细菌群落结构特征季节性差异及驱动机制

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湖泊科学 2023年第1期35卷 267-278,I0010-I0013页

微生物是湖泊生态系统重要的有机组分。了解不同时期青藏高原湖泊细菌群落特征、环境驱动因子及其群落构建过程的差异,对高原湖泊水生态管理具有重要的指导意义。分别于2020年6和12月采集青藏高原东北部5个湖泊水样,基于高通量测序技术... 详细信息

微生物是湖泊生态系统重要的有机组分。了解不同时期青藏高原湖泊细菌群落特征、环境驱动因子及其群落构建过程的差异,对高原湖泊水生态管理具有重要的指导意义。分别于2020年6和12月采集青藏高原东北部5个湖泊水样,基于高通量测序技术、统计分析和模型分析,解析高原湖泊群在非冰封期和冰封期细菌群落结构、环境驱动因子和中性过程、确定性过程以及随机性过程在细菌群落构建过程的贡献。结果表明:(1)非冰封期湖泊细菌群落的Chao1丰度指数、Simpson和Shannon多样性指数低于冰封期,Spearman相关性分析结果表明非冰封期细菌群落的Chao1丰度指数和多样性指数与水温和海拔显著相关,而冰封期细菌群落的Chao1指数和多样性指数与总氮显著相关;(2)水体细菌群落的优势门均为变形菌门(Proteobacteria),非冰封期细菌中拟杆菌门(Bacteroidetes)、放线菌门(Actinobacteria)和厚壁菌门(Firmicutes)的平均相对丰度明显高于冰封期。另外,主坐标分析和相似性分析结果表明非冰封期和冰封期的细菌群落组成差异极显著;(3)冗余分析结果表明不同时期湖泊群细菌群落结构的驱动因子不同,非冰封期环境因子影响的大小顺序为:总氮>纬度>总溶解固体>经度>溶解有机碳,冰封期为:海拔>溶解氧>溶解有机碳>pH;(4)Sloan中性模型计算结果表明冰封期高原湖泊细菌群落比非冰封期更易受到中性过程的驱动,并且冰封期细菌群落的迁移率也大于非冰封期(冰封期:0.289;非冰封期:0.130),反映冰封期细菌菌群扩散能力较强。随机性的扩散限制过程是非冰封期(贡献率=54.74%)和冰封期(贡献率=55.56%)湖泊细菌群落的主要构建过程。本文解析了不同时期高原湖泊细菌群落特征及其驱动机制,为高原湖泊水资源保护和管理以及深入理解细菌群落构建过程提供了基础。

关键词：青藏高原湖泊细菌群落结构驱动因子中性模型零模型

基于BP网络的白杨树潜在蒸散量模拟优化研究

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灌溉排水学报 2024年第S01期43卷 131-134页

作者：高涛袁日萍郑丽萍王尚涛甘永德水利部江河源区水生态治理与保护重点实验室/黄河上游生态保护与高质量发展重点实验室/青海大学土木水利学院西宁810016

【目的】探寻最优的白杨树潜在蒸散量(ET_(0))模拟方法。【方法】基于贵德县2022年1—6月的气象数据,建立了不同算法优化下白杨树ET_(0)的模拟模型,选取151组数据对模型进行训练,选取30组数据对模型进行验证。【结果】影响白杨树ET_(0)... 详细信息

【目的】探寻最优的白杨树潜在蒸散量(ET_(0))模拟方法。【方法】基于贵德县2022年1—6月的气象数据,建立了不同算法优化下白杨树ET_(0)的模拟模型,选取151组数据对模型进行训练,选取30组数据对模型进行验证。【结果】影响白杨树ET_(0)的主要因素为平均气温,2 m高处风速,饱和水汽压差,相对湿度,基于不同算法优化后的BP网络模型在模拟白杨树ET_(0)方面的精度优于传统的BP网络模型。【结论】EWOA-BP网络模型的模拟精度最佳,可以作为预测白杨树ET_(0)的首选模型。

关键词： ET_(0) BP网络高寒区气象

黄河源区典型日近地表土壤-植被-水体蒸散发及水汽同位素特征

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干旱区研究 2024年

作者：柏文文王尚涛倪三川贺巨龙王春艳刘伊丰吴淼苏宇博王凯玉青海大学土木水利学院黄河上游生态保护与高质量发展实验室水利部江河源区水生态治理与保护重点实验室三江源生态与高原农牧业国家重点实验室

基于蒸发量及其水汽同位素原位观测，研究了黄河源区王家乡典型日近地表土壤-水体-植被蒸散发特性，探讨了土壤-植被-水体蒸散发水汽同位素特征，计算了蒸散发和迁移水汽占比。研究结果表明，土壤、植被蒸散发峰值时间相对于水体蒸发峰... 详细信息

基于蒸发量及其水汽同位素原位观测，研究了黄河源区王家乡典型日近地表土壤-水体-植被蒸散发特性，探讨了土壤-植被-水体蒸散发水汽同位素特征，计算了蒸散发和迁移水汽占比。研究结果表明，土壤、植被蒸散发峰值时间相对于水体蒸发峰值时间存在延迟效应，蒸散发影响土壤水深度为20 cm。不同观测对象（裸土、植被、水体、混合）蒸散发水汽同位素值存在显著性差异，植物散发过程相对土壤蒸发过程，有更加强烈的同位素分馏过程，并且蒸散发消耗土壤水深度越大，分馏效应越强，蒸发引起观测水汽δ18O、δD、δ17O先富集增大后趋于稳定，表明存在同位素平衡分馏过程，而蒸发过程d盈余持续减小。采用逐小时瑞利分馏模型可以较好的刻画水汽同位素变化特征。水汽同位素端元混合模型计算结果表明观测站点近地表以蒸散发水汽为主，未来在水资源量调配和管理时，应更加关注气候变化对土壤蒸散发量的影响。

关键词：黄河源区土壤蒸散发水汽同位素瑞利分馏模型

柴达木盆地河流与湖泊水体微生物群落结构及共现网络模式差异

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微生物学报 2024年第12期64卷 4918-4935页

作者：贾海超王丹丹黄跃飞殷恒芝苏子淇李伯荣高印轩夏中帅孙继瑶青海大学土木水利学院青海西宁810016 青海大学黄河上游生态保护与高质量发展实验室青海西宁810016 青海大学水利部江河源区水生态治理与保护重点实验室青海西宁810016

【目的】河流与湖泊是重要且紧密联系的水生生态系统,其中微生物是河流与湖泊生态系统中重要的有机组分并参与介导水体各类物质的转化和能量流动,探究河流与湖泊水体细菌和真菌群落特征及其共现网络模式的差异是深入理解柴达木盆地水生... 详细信息

【目的】河流与湖泊是重要且紧密联系的水生生态系统,其中微生物是河流与湖泊生态系统中重要的有机组分并参与介导水体各类物质的转化和能量流动,探究河流与湖泊水体细菌和真菌群落特征及其共现网络模式的差异是深入理解柴达木盆地水生生态系统生物地球化学循环的关键。【方法】基于高通量测序技术利用统计分析,选取柴达木盆地典型河湖(4个湖泊和6条河流)为研究对象,解析河流与湖泊水体的细菌和真菌群落的多样性、群落结构、驱动因素和共现网络的差异性。【结果】河流水体细菌和真菌的丰度和多样性指数均高于湖泊水体(Wilcoxon,P水生生态系统微生物群落特征的差异和联系提供数据支撑,并为该区域水资源保护和管理提供一定理论依据。

关键词：河流与湖泊细菌和真菌驱动因素共现网络

基于SPH的台阶式溢洪道最优消能率参数研究

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水资源与水工程学报 2023年第2期34卷 107-113,120页

作者：吴海涛郑温刚田丽蓉高仁祖顾声龙青海大学水利电力学院青海西宁810016 黄河上游生态保护与高质量发展实验室青海西宁810016 水利部江河源区水生态治理与保护重点实验室青海西宁810016

为研究台阶式溢洪道的消能规律,明确台阶式溢洪道的最优消能率参数,利用DualSPHysics对台阶式溢洪道水流特征进行模拟,并通过与典型案例的对比分析验证了SPH方法对台阶式溢洪道水流模拟的适用性与准确性,模拟结果表明SPH方法可以较好地... 详细信息

为研究台阶式溢洪道的消能规律,明确台阶式溢洪道的最优消能率参数,利用DualSPHysics对台阶式溢洪道水流特征进行模拟,并通过与典型案例的对比分析验证了SPH方法对台阶式溢洪道水流模拟的适用性与准确性,模拟结果表明SPH方法可以较好地模拟台阶式溢洪道上的水流特征。通过建立不同单宽流量、台阶段坡度和台阶数目的共计288种工况对台阶式溢洪道消能规律及其影响因素进行了研究。结果表明:在其他条件一定的情况下,台阶式溢洪道的消能率与单宽流量呈负相关关系;台阶数目对台阶式溢洪道消能率的影响并不显著,但是存在一个台阶数目能使台阶式溢洪道的消能率达到最大值,该最优消能率对应的台阶数目在78~81阶范围内,此结论对指导实际工程应用有一定的参考价值。

关键词：台阶式溢洪道最优消能率光滑质点水动力学(SPH) 数值模拟

低频声波作用下液滴群氢氧同位素效应实验与理论分析

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应用基础与工程科学学报 2022年第6期30卷 1357-1365页

作者：柏文文魏加华杨海娇贺巨龙时洋李琼青海大学水利电力学院黄河上游生态保护与高质量发展实验室三江源生态与高原农牧业国家重点实验室水利部江河源区水生态治理与保护重点实验室青海西宁810016 清华大学水沙科学与水利水电工程国家重点实验室清华大学水利水电工程系北京100084

声波能引起流体介质中微滴群携带运动、碰撞团聚并促进重力沉降.本文旨在研究声波干预下河水和雨水源液滴群同位素响应特征.通过室内实验和理论分析,研究了环境和液滴物理参数对沉降滴群D-^(18)O同位素值的影响.研究发现:(1)声波干预后... 详细信息

声波能引起流体介质中微滴群携带运动、碰撞团聚并促进重力沉降.本文旨在研究声波干预下河水和雨水源液滴群同位素响应特征.通过室内实验和理论分析,研究了环境和液滴物理参数对沉降滴群D-^(18)O同位素值的影响.研究发现:(1)声波干预后液滴群特征粒径增大,液滴沉降过程中会与环境水汽发生同位素交换,其同位素值受滴群参数(粒径分布和浓度)和声波参数(频率、声强及作用时间)的综合影响;(2)液滴群同位素理论计算值能较好拟合δ^(18)O和δD的线性关系并反映与沉降环境的交叉接近现象,相对误差在5.53%以内.本文所研究的大气同位素特征,对野外降水同位素变化特征的认识具有一定的借鉴意义.

关键词：低频声波液滴声波团聚氢氧同位素环境水汽

基于光滑粒子数值方法的坡面水动力过程模拟研究

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水利水电技术（中英文） 2024年第10期55卷 124-136页

作者：莫诗玙田丽蓉顾声龙青海大学土木水利学院青海西宁810016 黄河上游生态保护与高质量发展实验室青海西宁810016 水利部江河源区水生态治理与保护重点实验室青海西宁810016

【目的】为模拟降雨后在不透水边界层上的坡面流水动力过程,【方法】建立了一种基于浅水方程(SWE)的降雨-径流模型(SWE-SPH-RR)。SWE-SPH-RR模型采用光滑粒子数值方法求解一维浅水方程,该数值方法通过改变流体粒子质量来模拟降雨输入,... 详细信息

【目的】为模拟降雨后在不透水边界层上的坡面流水动力过程,【方法】建立了一种基于浅水方程(SWE)的降雨-径流模型(SWE-SPH-RR)。SWE-SPH-RR模型采用光滑粒子数值方法求解一维浅水方程,该数值方法通过改变流体粒子质量来模拟降雨输入,采用粒子重构技术实现了无需新的入流粒子来模拟坡面径流过程。利用该模型分别模拟了四个不透水边界层上的降雨-径流案例,分析了不同降雨强度和地形坡度等变量对坡面径流水动力学特性的影响。【结果】结果表明:无论是恒定降雨或非恒定降雨时,模型都能够较好地捕捉坡面上的急流、缓流现象,模拟值与试验值在出口流量或水深等方面具有较好的一致性,平均相对误差均在5%以内。在三种不同坡度组合的地形上施加降雨时,陡坡上产生的径流动量较大,与缓坡上的径流相遇时会在流量图中出现凸起现象,这与试验得到的结果趋势基本一致,说明该模型对于复杂地形和混合流态同样适用,能够准确建模并表现出良好的性能。对于出口流量结果中出现了少数的数值振荡问题,可能需要调整人工粘性项的参数,或是使用其他出流边界,以抑制振荡波的发生。【结论】该模型框架简单,计算结果合理准确,能够较好地模拟不同地形和降雨模式下的坡面流过程,具有一定的可行性和可靠性。

关键词：降雨数值模拟坡面水动力过程光滑粒子数值方法(SPH) 浅水方程(SWE) 变质量粒子粒子重构技术

风机叶片绿色再生纤维钎增强水工混凝土力学性能研究

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水利水电技术(中英文) 2024年

作者：周成龙于腾张益盟曹鹏青海大学土木水利学院黄河上游生态保护与高质量发展实验室水利部江河源区水生态治理与保护重点实验室北京工业大学建筑工程学院

【目的】为解决风机广泛使用及其容量不断迭代过程中叶片（玻璃纤维增强聚合物，GFRP）绿色回收和再生利用难题，通过机械加工方法将退役风机叶片制备成纤维钎并验证其应用于水工混凝土中的可行性。【方法】采用宏观、微观和声发射等方... 详细信息

【目的】为解决风机广泛使用及其容量不断迭代过程中叶片（玻璃纤维增强聚合物，GFRP）绿色回收和再生利用难题，通过机械加工方法将退役风机叶片制备成纤维钎并验证其应用于水工混凝土中的可行性。【方法】采用宏观、微观和声发射等方法研究不同纤维钎长度、掺量对混凝土和易性、抗压强度、抗折强度和断裂损伤的影响。【结果】结果表明：60mm长度0.5%体积掺量纤维钎使得混凝土抗压强度最大提升21.35%，而80mm长度1.5%体积掺量使得抗压性能降低了10.42%；混凝土抗折强度获得了21.93%～105.6%不等的提升；声发射（AE）信号显示随着纤维长度和掺量增加声发射事件数目显著增多，且集中分布于跨中和裂纹附近，同时断裂面不平整、裂缝表现的更为曲折。【结论】风机叶片再生纤维钎与水泥基体机械结合作用较好，能够发挥有效的桥接作用，应用于水工混凝土中的可行性较强，可预见其规模化回收与利用具有较为广阔的发展前景。

关键词：纤维增强混凝土绿色再生力学性能断裂损伤影响因素风机叶片混凝土声发射