Experimental Demonstration on Structure-Parameter Dependence of Photonic Crystal Optical Spectrum

We present fabrication and experimental measurement of a series of photonic crystal waveguides and coupled structure of PC waveguide and PC micro-cavity. The complete devices consist of an injector taper down from 3 mu m into a triangular-lattice air-holes single-line-defect waveguide. We fabricated these devices on a silicon-on-insulator substrate and characterized them using tunable laser source. We've obtained high-efficiency light propagation and broad flat spectrum response of photonic-crystal waveguides. A sharp attenuation at photonic crystal waveguide mode edge was observed for most structures. The edge of guided band is shifted about 31 nm with the 10 nm increase of lattice constant. Mode resonance was observed in coupled structure. Our experimental results indicate that the optical spectra of photonic crystal are very sensitive to structure parameters.

Growth Parameter Dependence of Structural Characterizations of Diluted Magnetic Semiconductor (Ga, Cr)As

We report the influence of growth parameters and post-growth annealing on the structural characterizations and magnetic properties of (Ga, Cr)As films. The crystalline quality and magnetic properties are sensitive to the growth conditions. The single-phase (Ga, Cr)As film with the Curie temperature of 10 K is synthesized at growth temperature T-s = 250 degrees C and with nominal Cr content x = 0.016. However, for the films with x > 0.02, the aggregation of Cr atoms is strongly enhanced as both T. and x increase, which not only brings strong compressive strain in the epilayer, but also roughens the surface. The origin of room-temperature ferromagnetism in (Ga, Cr)As films with nanoclusters is also discussed.

草本植物对土质路面径流水动力学特征及水沙过程的影响

通过室内人工模拟降雨,研究了草本植物不同覆盖度土质路面的径流水动力学特征以及路面的产流产沙过程。结果表明,路面径流的弗劳德数和雷诺数属层流的急流范畴,并且二者与径流流速及过水断面单位能量相同,均随草本植物覆盖度的增大而减小。而Darcy-weisbach阻力系数以及曼宁糙率系数则均随覆盖度的增大而增大。在不同覆盖度土质路面上,径流量随径流时间急剧增大后趋于稳定,且二者符合移轴双曲线关系,而输沙率则经历了先增大后减小的过程。随着植被覆盖度的增大,土质道路的水分入渗率逐渐增大,而径流量、输沙率及含沙率均逐渐减小。该研究表明土质路面种植的草本植物具有较好的水土保持功能,为阐明草本植物与土壤侵蚀的关系提供了理论依据。

红壤坡面降雨入渗及产流产沙特征试验研究

采用室内模拟降雨研究了不同降雨强度和坡度对红壤坡面降雨入渗、产流产沙的影响。结果表明:产流时间随降雨强度和坡度的增大而提前。对于入渗率较低的红壤坡面,径流强度主要受坡面承雨强度的影响,径流强度随雨强增大而增大,随坡度增大而减小。坡面入渗率随降雨强度的增大表现为先增大后减小。降雨强度增大能够增加水分入渗,但这种促进作用仅在一定的降雨强度范围内起作用。坡面入渗率随坡度增大表现为先增大后减小,20°左右存在一个坡面入渗率变化的临界坡度。坡面细沟侵蚀发展状况对稳定坡面入渗率有比较大的影响。径流率和入渗率与降雨历时的关系分别可以用幂函数和对数函数描述。在75,100 mm/h降雨强度下,产沙量随坡度的增大而增大,而50 mm/h降雨强度下,产沙量在20°时达到最大值而后出现下降,在20°附近存在一个侵蚀产沙量变化的临界坡度。

典型黄土坡面天然草地产流产沙规律试验

通过野外模拟降雨试验,研究黄土区天然草坡的产流、产沙规律。试验设2个地类(草地和裸地)、3个降雨强度水平和3个坡度水平。结果表明:坡面初始产流时间与降雨强度呈负相关关系,与裸地相比,草地在降雨强度较大时(>2.0 mm/min)加快坡面产流,在中(1.0~2.0 mm/min)、小等级降雨强度(<1.0 mm/min)下则延缓产流;降雨强度较大时,裸地大坡度的产流强度随时间呈对数函数形式增长,中小等级降雨强度下的增长方式不符合这一规律;与中、小等级降雨强度不同,裸地在降雨强度较大时的产流产沙过程不一致;与裸地相比,草地的产流过程更为复杂,并不符合产流强度随时间呈对数函数形式增长的一般规律,草地产沙过程线与产流过程线的相对吻合程度受降雨强度的影响不明显。

植物路与土质路产流产沙过程的比较试验

通过室内人工降雨+放水冲刷相结合的方法,对5个坡度(3~18°),5种雨强(1~3mm.min-1),5组放水流量(1.4~9.0kg.m-2.s-1)下的黄棉土土质路面和早熟禾植物路面进行了共60余场次试验,对比分析了植物路相对于土质路侵蚀过程差异及产水、减沙效果。结果表明:在放水冲刷条件下,植物路侵蚀率随放水历时降低,其过程可用对数函数描述;土质路面侵蚀率变化复杂。两类道路的放水流量与侵蚀强度均呈现幂函数变化,且植物道路表现出明显的防蚀作用。雨强增加引起径流量、侵蚀强度增加,土质路的增加快于植物路;坡度增大时,侵蚀强度增大,径流深则为植物路稳定,土质路有小幅增加。植物路相对土质路的减沙幅度为26.24%~47.22%,减少能力可用抛物线方程描述,但植物路较土质路面有利于产生径流,径流深增加幅度平均为58.7%~144.1%,由于径流的泥沙含量大大降低,道路的侵蚀产沙反而有一定降低。

黄土高原降雨径流调控利用潜力定量评价模型

降雨径流的调控利用是缓解黄土高原干旱缺水与控制水土流失的有效手段,研究区域降雨径流调控利用潜力的定量评价对黄土高原降雨径流合理利用的宏观决策与规划设计具有重要意义。以黄土高原为例,将可以调控利用的最大降雨径流量作为资源化潜力值,从宏观尺度上,系统分析了影响该潜力的各个因素,确定出黄土高原降雨径流调控利用潜力的各项评价指标,利用GIS技术,建立了降雨径流各个影响因素的专题图层,提取出各个影响因素专题信息。在上述基础上,引入人工神经网络建模方法,建立了黄土高原降雨径流调控利用潜力BP网络模型,并利用实际资料对网络模型进行了训练和预测,取得了较好的结果。评价模型可供黄土高原降雨径流调控利用及其生态与环境保护工作参考。

黄土坡面下坡位土壤侵蚀过程的模拟试验

在中国科学院水利部水土保持研究所,采用2个不同坡长小区室内模拟降雨试验方法,对黄土坡面下坡位侵蚀过程进行研究。结果表明:1)坡面下坡位侵蚀模数随降雨过程、降雨强度及坡度的变化均具有大小交错,上下波动的特征,侵蚀模数随降雨过程的变化总体呈先上升后趋于稳定的态势,随降雨强度的增大而增加,随坡度的增大而先增大后减小,再增大再减小;2)坡面上、下坡位侵蚀模数随降雨过程、坡度及降雨强度的变化均具有明显差异,下坡位明显不如上坡位;3)坡面上坡位汇流和下坡位产流与坡面上坡位输沙对坡面下坡位侵蚀模数的影响可用二元线性方程很好地描述,前者的贡献率为47.8%,后者为20.4%;只通过观测分析小区平均侵蚀特征得出的坡面侵蚀过程,掩盖了坡面下坡位的真实侵蚀过程,采取水土保持措施减少坡面上坡位汇流及增加降雨就地入渗,可以有效地治理坡面下坡位的水土流失。

聚丙烯酸钠对黄土坡面产流产沙的影响研究

通过野外模拟降雨试验,研究了施用SP对黄土坡面产流、产沙的影响,并对实验数据进行数学模拟,建立了SP施用量与产流、产沙强度间的关系模型。结果表明:SP施用量与产流时间、平均产流强度呈二次函数相关关系,与产沙强度呈线性负相关关系。SP用量在0~2.42 g/m2之间时,能够延缓坡面产流,用量为1.21 g/m2时延缓产流效果最明显;用量介于0~3.31 g/m2之间时,能够增加土壤入渗,减少坡面产流量,用量1.65 g/m2的增渗减流效果最佳;施用SP后,能够减少坡面输沙强度,且用量越大,减沙效果越明显。SP可影响坡面产流过程,用量1.8 g/m2时,能够减小产流初期径流强度增幅,用量为3.6 g/m2时,其产流过程线与对照极接近,而施用量增加到5.4 g/m2时,产流强度明显增大。SP对坡面产沙过程的影响表现为:随施用量增大,产沙强度峰值呈逐步减小的变化趋势。

黄土丘陵区两种典型灌木群落坡面侵蚀泥沙颗粒组成及养分流失的比较

在野外模拟降雨条件下,比较研究了黄土丘陵区柠条(Caragana korshinkii)和狼牙刺(Sophora viciifolia)径流小区产流产沙、侵蚀泥沙颗粒组成、比表面积(SSA)及养分流失特征。结果表明,两种灌木群落均能显著减小坡面径流泥沙的流失。产流后流失泥沙黏粒、SSA与养分含量随降雨时间总体呈现降低趋势,其中有机质变化显著,全磷变化不显著。受植被盖度影响,泥沙中黏粒与养分含量均表现为柠条群落>狼牙刺群落>对照裸地。侵蚀泥沙具有富集黏粒和富集养分的特征,富集率随群落盖度增大而增大(柠条>狼牙刺>裸地)。不同形态养分富集率不同,其中有机质均在2.5以上,全氮平均富集率为2.13,全磷为1.23。富集率随产流时间呈线性递减。流失泥沙养分含量与黏粒(粒径<0.002 mm)含量及SSA达到极显著的正相关。坡面土壤养分主要以黏粒为载体流失。SSA的变化不仅能体现土壤颗粒组成的变化,而且能够反映土壤养分的变化。

地理环境要素与渭河流域水沙关系的定量研究

定量评价影响渭河流域产水、产沙的地理环境要素因子,为渭河流域产水、产沙格局划分及流域生态环境建设提供理论依据。【方法】分析渭河流域主要支流产水、产沙对年降雨量(P)、植被净初级生产力(NPP)、泥沙中数直径(D50)等地带性因子之间的响应机制。【结果】流域产水、产沙模数与以上3种因子之间均存在明显的非线性关系。采用回归分析得到了流域产水、产沙与地带性因子之间的多元回归模型。【结论】建立了渭河流域产水、产沙与地理环境要素之间的多项式回归模型。

径流曲线法在黄土区小流域地表径流预测中的初步应用

径流曲线法是目前国际上预测无径流观测资料地区降水地表产流的主要模型,由于气候、水文及下垫面的差异,在黄土高原地区的应用受到限制。利用黄土高原地区3个小流域的303场降雨径流资料,针对黄土高原降雨地表径流特点优化模型中的初损率λ,并提出降雨强度修正函数,将降雨强度因子引入径流曲线法。优化后的模型效率E达到0.812,实测径流深与预测径流深的线性回归决定系数R2达到0.822。改进后的SCS-CN模型可用于黄土区小流域降雨地表产流预报,对黄土高原无资料地区侵蚀产流预报、指导水土保持工程配置和设计具有重要的理论和工程实践意义。

黄土区不同土地利用方式下径流量的神经网络模拟

基于黄土坡面降雨—径流关系的复杂性且非线性特性,引用3层前馈型BP网络模型,对不同土地利用方式(草灌地、刈割地、翻耕地)径流量进行模拟,以植被盖度、降雨强度、坡度、土壤前期含水率和土壤容重5个因子作为输入层变量,次降雨下径流量作为输出层变量,并利用野外人工模拟降雨试验所得到不同降雨强度下各类土地利用径流小区的径流量实测资料,对网络进行模拟训练和预测,取得了较好的结果,平均误差不超过10%。研究结果表明,与传统回归统计方法进行了误差比较,该模型的预测精度更高。