河西走廊草地荒漠化动态及驱动因素

草地荒漠化是河西走廊面临的主要生态问题。探究河西走廊草地荒漠化的现状与变化,是维持地区生态安全、确保经济社会健康稳定发展的关键。本研究以2009、2014、2019年全国荒漠化监测数据为基础,结合同时期的气象和年鉴数据,利用趋势分析、灰色关联及结构方程模型等方法,分析了河西走廊草地荒漠化的动态变化规律,在此基础上,量化了驱动草地荒漠化的因素。结果表明：（1）河西走廊草地荒漠化威胁持续存在,2019年,荒漠化草地面积为371.93万hm²,占河西走廊草地总面积的43.7%,荒漠化程度以中度为主,占比为65.58%。（2）2009—2019年,荒漠化草地面积减少134.68万hm²,草地荒漠化得到有效遏制。根据草地荒漠化程度综合性评价指数,除金昌市外,酒泉市、嘉峪关市、张掖市和武威市草地荒漠化呈逆转趋势。（3）驱动草地荒漠化动态变化的各类因素中,年降水量增加有助于荒漠化逆转,年均气温、农作物播种面积、大牲畜存栏数、常住人口数与草地荒漠化呈正相关,其中常住人口数通过影响农作物播种面积间接导致草地荒漠化加剧。     

海南省城乡关系演化及驱动机制研究

推进城乡一体化协调发展是事关海南自由贸易港建设成效的重点任务之一,新的发展环境及政策框架正促使海南省城乡关系快速转型。采用变异系数法、耦合协调度模型、回归模型,从城乡空间、经济和社会等维度,分析了建省办特区以来海南省城乡关系演化特征及驱动机制。结果表明：①建省办特区以来,海南省城乡协调综合指数呈现明显的先降后升态势,由1988年的0.319 9到1993年的0.153 9,2019年达0.851 9;②海南省城乡各子系统耦合度和耦合协调度均呈波动上升态势,耦合度主要处于磨合和高水平耦合阶段,耦合协调度由轻度失调转变为初级协调,最后达到中级协调,城乡各子系统间相互作用增强;③海南省城乡关系演化经历城乡二元加剧、城乡二元固化、城乡关系趋缓和城乡一体化初期四个阶段,低水平城乡均衡发展是重要特征,高质量推进城乡一体化协调发展是关键;④经济发展对城乡协调发展影响最为明显,但呈负相关,其次为市场消费、产业结构、乡村发展、交通通达性、城镇发展和政府行为,对外开放对城乡关系演化影响相对较弱;⑤制度创新、对外合作、产业优化、城镇建设和乡村振兴是推进城乡融合发展的重要路径。     

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On the exact shape of the horizontal profile of a topographically rectified tidal flow

Abstract

Starting from the nonlinear shallow water equations of a homogeneous rotating fluid we derive the equation describing the evolution of vorticity by a fluctuating bottom topography of small amplitude, using a multiple scale expansion in a small parameter, which is the topographic length scale relative to the tidal wave length. The exact response functions of residual vorticity for a sinusoidal bottom topography are compared with those obtained by a primitive perturbation series and by harmonic truncation, showing the former to be invalid for small topographic length scales and the latter to be only a fair approximation for vorticity produced by planetary vortex stretching. In deriving the exact shape of the horizontal residual velocity profile at a step-like break in the bottom topography, it is shown that the Lagrangian profile only exists in a strip having the width of the amplitude of the tidal excursion at both sides of the break, and that it vanishes outside that interval. Moreover, in the limit of small amplitude topography at least, it vanishes altogether for the generation mechanism by means of planetary vortex stretching. The Eulerian profile is shown to extend over twice the interval of the Lagrangian profile both for production by vortex stretching and by differential bottom friction. These finite intervals over which the residual velocity profiles exist for a step-like topography are not reproduced by harmonic truncation of the basic equation. This method gives exponentially decaying profiles, indicating spurious horizontal diffusion of vorticity. In terms of orders of magnitude, the method of harmonic truncation is reliable for residual velocity produced by vortex stretching but it overestimates the residual velocity produced by differential bottom friction by a factor 2.     

Dynamic response of debris flows impacting curved joint check dams

The dynamic impact force of debris flow on dams with a curved upstream face curved was investigated using laboratory experiments and a theoretical approach. Equations describing the impact force and maximum run-up height were derived. The experiments and theoretical considerations reveal that the impact force and maximum run-up height are mainly controlled by the Froude number (Fr) reduced by the cosine of the channel slope angle (cosα). Both the impact force and the maximum run-up height have a quadratic relation with the modified Froude number (Fr/(cosα)^0.5). The experimental data and the results of the theoretical approach are in good agreement, indicating that the theoretical approach can be used in practical applications. It is concluded that the comparison between the curved-joint dam and the more conventional sharp-joint dam shows no differences in the maximum impact force and run-up height for the same modified Froude number. With the sharp-joint dam, the peak values of the impact force are reached more quickly than with the curved-joint dam.     

四川盆地典型农业区土壤中铜、钴、钼和锌的空间分异及其影响因素

为定量化分析地理因子对土壤中铜（Cu）、钴（Co）、钼（Mo）和锌（Zn）空间分异的影响,作者采集和测定了四川盆地长寿之乡江津区156件表土样品,综合运用数理统计、地统计和地理探测器等方法,分析表土中Cu、Co、Mo和Zn含量的空间分异特征及其驱动因子。表土中Cu、Co、Mo和Zn均值分别为27.0×10^-6、18.5×10^-6、0.4×10^-6和216.8×10^-6,分别是中国土壤背景值的1.19倍、1.45倍、0.20倍和2.17倍。研究区表层土壤中Cu（36.6%）、Co（16.9%）、Mo（51.7%）和Zn（89.4%）变异系数都呈中等变异,但Zn和Mo的空间分布不均匀性更加显著。总体上,江津区表土中Cu、Co、Mo和Zn含量在北部相对较高,而南部地区相对较低。土壤中Fe和Mn及成土母岩和土壤类型分别是影响江津区表土中Cu、Co、Mo和Zn空间分异的主控驱动因子,但影响程度不一。总体上,Fe和Mn的独立及交互作用最高,对江津区表土中Cu、Co、Mo和Zn含量的空间分异起到重要作用。     

落石冲击混凝土棚洞力学特性研究

落石冲击棚洞结构作用过程复杂,缺乏统一的落石冲击力表达式。首先,将落石简化为刚性球体,基于Hertz接触理论,推导得到落石冲击力半正弦算法的理论表达式,考虑落石冲击下棚洞的非弹性特征,根据落石与材料碰撞过程中落石加速度曲线特征,采用函数拟合法推导得到落石法向冲击下其冲击力的理论计算方法;然后,基于ANSYS/LS-DYNA软件建立落石冲击棚洞数值计算模型,研究不同冲击速度下落石冲击棚洞动力特征;最后,与现存常见的多种方法进行对比,得出以下结论：Hertz半正弦法得到的落石冲击力远大于函数拟合法和数值法,而函数拟合法和数值法得到的落石冲击力时程曲线相接近,表明函数拟合法更能反映落石与棚洞接触碰撞动力关系;对比其他计算方法可以得到,Hertz算法适用于分析无能量损失下的弹性碰撞问题,而Logistic算法适用于材料大塑性变形的情况,弹塑性接触理论结果和动力有限元结果存在差异,而采用函数拟合推导的计算方法得到的落石最大冲击力和落石冲击作用时间与动力有限元法更接近,更能反映落石冲击棚洞动力响应特征,推导的落石冲击力计算方法可为工程实践中棚洞防护设计提供理论参考。     

T型巷道中突出煤−瓦斯两相流动力学试验研究

为了进一步探究突出煤−瓦斯两相流在不同巷道布置方式下的动力学行为,利用多场耦合煤矿动力灾害大型物理模拟试验系统,开展了T型巷道布置方式下的煤与瓦斯突出试验,得出了两相流运移过程中冲击力与静压的演化特征。结果表明：直线主巷内冲击力随时间呈多峰值震荡衰减趋势,体现了突出过程的脉冲特性,且距突出口越近,冲击力震荡次数越多;分岔两侧支巷内冲击力突出前期呈现两种演化趋势,其一是迅速增大至峰值后缓慢下降,其二是缓慢增大后缓慢下降;距分岔结构中心左侧1 500 mm处出现了较大冲击力值,出现重度危险区域,而右侧则在距500 mm和1 900 mm处。利用突出运移动态图像将整个过程分为单相气流和两相流两个阶段,单相气流阶段中分岔后支巷的冲击力就迅速上升至峰值,而在两相流阶段分岔前主巷的冲击力上升至最高值,存在分岔后冲击力峰值高于分岔前的现象。突出过程中,巷道壁面上静压值总体偏低;静压随时间呈间歇式波动发展,且其峰值点自煤层由近及远呈先增大后减小的趋势;距突出口越远,直线主巷内静压出现峰值的时刻越滞后;分岔支巷内静压左右两侧的演化近似,随着时间推进,分岔结构前后静压衰减逐渐增大。     

大安市地下水动态变化趋势及驱动因素研究

为研究大安市地下水位的变化特征及其主要控制因素,根据大安市气候因素、引水灌溉水量、地下水开采和地下水埋深等数据资料,分析了环境因素的变化规律及趋势,基于suffer软件利用克里格方法对地下水埋深进行插值,分析其时空演变规律及驱动因素。结果表明,降水量呈波动增加的趋势,平均年降水量增量为0.249mm/a;蒸发量呈波动下降的趋势,平均年蒸发量增量为-2.063mm/a;引水灌溉水量呈增加趋势,平均年灌溉水量增量为0.212×108m/a。潜水埋深呈小幅度减小趋势,年均倾斜率为-0.023m/a,承压水埋深呈波动上升趋势,年均倾斜率为0.146m/a。承压水动态变化的驱动因子由大到小依次为人工开采(主要是农业开采与生活用水)、引水灌溉、降水、蒸发,农业开采是最主要的影响因子。研究结果可为制定完善的水资源调控方案提供理论依据。     

粉质黏土堤防漫溢溃决试验

为研究粉质黏土堤防漫溢溃决破坏过程及其对水流要素和土体性质的响应规律,以河道流量、筑堤土体含水率和孔隙率为变量,在弯道水槽中开展了9组堤防漫溢溃决概化试验.通过试验发现,粉质黏土堤漫溢溃决溃口发展过程可分为垂向侵蚀和横向扩宽两个阶段,垂向侵蚀阶段以"陡坎"后退为主要形式;筑堤土体含水率与孔隙率不仅影响了溃口垂向侵蚀以及横向扩宽速度,而且决定了溃口最终形态,河道流量主要影响堤防溃口的横向扩宽速度;溃口处流速以及下游水位变化受溃口高度的制约.拟合得到土体黏聚力与土体含水率、孔隙率的相关关系式;通过试验数据提出了由土体黏聚力和水流参数表达的"陡坎"侵蚀后退速度计算公式,证明具有一定合理性.