伴随数据同化法反演涌潮河口开边界

构造了非线性守恒型浅水方程的伴随方程,并给出无结构三角网格的开边界校正表达式,利用Godunov格式和Riemann间断解Roe通量格式的设计思想,建立了无结构三角网格有限体积法的伴随开边界反演模型。进行了概化涌潮河口和钱塘江涌潮河口M2分潮开边界反演的数值实验,经过同化得到开边界上振幅的平均误差分别为0.000 6 m和0.053 3 m,证实了本文构造有限体积伴随模型的可行性,也表明本模型能够适应间断解问题。     

中国河口三角洲地区晚第四纪下切河谷层序特征和形成*

应用800多口钻孔及文献资料,讨论了中国沿海滦河扇三角洲、长江三角洲和珠江三角洲及钱塘江河口湾4个地区的下切河谷体系,这些皆为丰沙河流形成的河口三角洲。这些河口三角洲地区的下切河谷为长形或扇形,长数十至数百千米,宽数十千米,深40～90 m。河口三角洲地区的下切河谷相序可分为4种类型,即FS-Ⅰ,FS-Ⅱ,FS-Ⅲ和FS-Ⅵ。可以将这4类相序自海向陆排成一个理想序列：FS-Ⅰ位于海岸线附近,FS-Ⅳ位于河口三角洲的顶部,显示海的影响逐渐减弱,陆相作用逐渐增强。下切河谷层序可分为海侵和海退序列。海侵序列的厚度占下切河谷层序的50％以上,体积占60％～70％。海侵序列是在海平面上升过程中,溯源堆积依次叠置而成的,其下部的河床相是在溯源堆积能到达、而涨潮流未能到达的下游河段产生的,往往不含海相微体化石和潮汐沉积构造。在海侵序列中未见区域上可对比的侵蚀面,表明冰后期海平面上升速率的变化、甚至小幅下降也未留下统一的侵蚀记录。下切河谷中的海退序列由河口湾充填及三角洲进积而成,其进程是各不相同的：长江古河口湾先被强潮河口湾相、后由三角洲相所充填,河口湾也经历了由强潮型向中潮型的转变;滦河扇三角洲和珠江三角洲,其古河口湾则被河流相和三角洲相所充填;钱塘江河口湾正被强潮河口湾相所充填。     

明代(公元1368—1644年)钱塘江河口潮灾时空分布及其影响因素

钱塘江河口是世界著名强潮河口。基于历史文献资料,系统梳理考证了明代(公元1368—1644年)钱塘江河口潮灾记录,分析了潮灾的空间、时间分布特征:(1)北岸潮灾远多于南岸,海门以上河口段与海门以下河口段潮灾次数基本持平,但均少于河口湾段。(2)潮灾在南北两岸的空间分布上,存在转移与变迁,由此导致两岸分别存在明显的平缓期—爆发期—平缓期交替,但平缓期与爆发期的时长并不固定。(3)潮灾强度变化与潮灾频次分布有较强关联,高强度潮灾多发于潮灾频发期。结合历史气候、江道地形等自然环境背景,探讨了影响潮灾时空分布的要素,认为钱塘江潮灾发生的频次及规模大小与流域内干湿变化及历史气温升降有明显关联,而历史极端潮灾则常是多种要素耦合的结果。     

山溪性强潮河口最大浑浊带形成机制及其模拟

为阐明强潮河口最大浑浊带的形成机制及其运动规律,通过瓯江和椒（灵）江实测资料分析,系统分析了强潮河口最大浑浊带形成的影响因素及其与河口地貌的响应关系。考虑黏性细颗粒泥沙运动特性和盐度的影响,开发了强潮河口最大浑浊带数学模型,对椒（灵）江枯季大潮最大浑浊带运移过程进行了模拟。结果表明:①强潮河口最大浑浊带是潮波变形、咸淡水混合、泥沙再悬浮等复杂因素在一定河口边界和泥沙条件下相互作用的产物,潮波变形和泥沙供给是影响最大浑浊带形成的关键因素。②强潮河口最大浑浊带模拟必须充分考虑潮流、盐淡水混合、泥沙周期性起动、絮凝和沉积密实等因素,所建立的数学模型可用于强潮河口最大浑浊带研究。     

河口湾水动力环境对滩涂利用的累积响应——以珠江口伶仃洋为例

为揭示河口湾水动力环境对滩涂利用的累积响应过程,以珠江口伶仃洋河口湾为例,基于潮波数学模型和潮流数学模型,研究了1981年以来湾内进出潮量、分潮振幅和潮流流速的累积变化。结果表明:相对于1981年,2018年岸线条件下伶仃洋湾口断面涨落潮量累积减少4.9%~6.0%、内伶仃断面涨落潮量累积减少9.0%~12.8%、深圳湾断面涨落潮量累积减少17.8%、南沙断面涨落潮量累积减少5.0%~6.3%;伶仃洋M₂分潮振幅呈增加趋势,振幅增幅由南向北增加,潮波由南向北变形进一步加剧;伶仃洋最大可能潮差变化与M₂分潮振幅变化趋势一致,潮汐性质没有发生变化;伶仃洋潮流流速总体减小,西岸流速减幅高于东岸,湾顶附近流速略有增加。     

三角形网格下求解二维浅水方程的和谐Godunov格式

为保证计算格式的和谐性,通过特殊的底坡源项处理技术,在三角形网格上建立了求解二维浅水流动方程的具有空间二阶精度的Godunov格式。应用准确Riemann解求解法向数值通量,用改正的干底Riemann解处理动边界问题。经典型算例和钱塘江河口涌潮计算验证,表明模型健全,分辨率高,具有较大的推广应用价值。     

现代长江三角洲的沉积物和沉积相

长江是比较典型的潮汐河口,潮差大,潮流强,据报道,潮流速度为1.5—3节,最大流速可达6节。涨落潮的方向明显,可将泥沙带到口外较远处,因此堆积了大型的现代三角洲。研究现代三角洲可为潮汐河口三角洲提供模式,为将今论古提供依据。     

长江河口涨落潮槽沉积物特征及其动力响应

涨落潮槽是河口区的重要地貌单元,涨落潮槽的水动力有着明显的差异。通过对涨潮槽新桥水道和南小泓以及落潮槽南支主槽和南港表层沉积物的粒度、粘土矿物、重矿物以及磁性特征分析,发现落潮槽表层沉积物的粒径较粗,为粉砂质砂,涨潮槽沉积物主要是砂质粉砂。在双向水流的作用下,粘土矿物重新发生分配,涨落潮槽粘土矿物的组分变化不大。涨潮槽的重矿物颗粒百分含量中,稳定的不透明矿物比落潮槽有所减少,而比重小的片状矿物有所增加,碳酸盐含量较高。磁性矿物的含量在不同的地方相差很大,落潮槽中的亚铁磁性矿物含量高于涨潮槽。这些沉积特性的不同是对涨落潮槽内水动力差异响应的结果。     

浅析重金属在潮汐河段的变化规律

大辽河营口段系感潮河段,是河流和海洋两种动力因素共同作用的区域,河川径流有丰、平、枯及年内、年际变化,而潮汐则有涨、落潮和大、中、小潮的周期变化,这些变化使污染物质的迁移转化、稀释扩散及自净的机理变得更加复杂。对潮汐河段特性、重金属在潮汐河段中的变化及回荡时间的演变规律进行研究探讨,得出重金属在潮汐河段中的转化与氯离子浓度、有机络合物、碳酸盐等物质有关,向海水排泄速度与上游来水量大小及涨落潮有关,认识这些规律,对治理和净化大辽河河水水质有一定的促进作用。     

长江河口区上段水、悬沙通量及其对北支演化的意义

2007年9月在长江河口3条控制断面的全潮观测结果表明,长江口南支均以落潮流和落潮输沙占优,而北支大、小潮期间的水沙输运特征迥异;其特征与长江径流、河口地形地貌特征密切相关.小潮期间,长江口北支以落潮流占优;大潮期间,则以涨潮流占优,且悬沙输运率比小潮期间增大一个数量级.分析结果进一步表明,从1958年至今,长江口北支的分流比呈下降的趋势,已由11.8％降至目前的1.9％;长江口北支也由早期的悬沙输入(与径流方向相反)通道变为输出通道,目前其分沙比仍达6.4％ ～7.9％左右.总体上,分流分沙比呈显著减小趋势,这是长江口北支萎缩的重要特征之一.此外,北支分沙比显著大于分流比,将可能造成北支的进一步淤积.     

基于饱和渗透系数空间变异结构的斜坡渗流及失稳特征

以往研究一般采用单随机变量方法（SRV）或基于水平或垂直方向波动范围生成的空间变异随机场来模拟岩土参数的空间变异性,对具有倾斜定向特征的空间变异随机场未有涉及.基于条件模拟相关理论和非侵入式随机有限元的理论框架,提出了利用序贯高斯模拟方法进行斜坡参数条件随机场模拟并运用有限元方法进行斜坡渗流和稳定性分析的方法.针对理想边坡,对各向同性和几何各向异性的共7种空间变异结构的饱和渗透系数（K_s）各进行了200次条件随机场模拟,基于条件随机场模拟结果进行了有限元渗流和稳定性计算,对每种空间变异结构多次计算结果进行了统计分析.结果表明:本文所提出的方法不仅再现了研究区域参数的空间二阶统计特性,通过设定变异函数参数进行不同空间变异类型、变异程度、变异定向性的随机场模拟,同时利用现场观测数据对随机场模拟结果进行条件限制,从而提高了随机场的赋值精度;K_s的空间变异结构对孔隙水压力的分布规律、地下水位线变化范围、稳定性系数和最危险滑动面分布特征均有一定程度的影响.本研究为库岸斜坡稳定性评价提供方法支撑.      

土壤硝酸盐氮的空间变异特征及影响因素分析

为了掌握土壤中硝酸盐氮的空间变异性规律,为硝酸盐污染土壤控制与修复提供依据,以东北某农业灌区为例,利用地质统计方法进行土壤硝酸盐氮的空间变异特征及影响因素分析。研究结果表明：土壤硝酸盐氮的空间变异性显著,变异系数达到82.88%以上。第一层土壤硝酸盐氮在南北向空间上存在严格的自相关性,空间变异的结构性成分比例较高;第二、三层位土壤硝酸盐氮空间变化接近分形布朗运动;第四层位土壤硝酸盐氮在各方向上都具有较高的随机性。总体土壤硝酸盐氮质量分数由西向东逐渐递减,在浑河中下游以及细河附近土壤硝酸盐氮质量分数偏高。不同影响因素对于硝酸盐氮的空间变异特征影响不一致：土壤硝酸盐氮质量分数与有机质质量分数的空间分布趋势一致;不同土壤类型中,水田环境中土壤硝酸盐氮随着深度线性递减,而其他类型土壤中硝酸盐氮质量分数在表层向下递减后有一个回升现象,这与它们各自所处的环境特点有关,而地表壤土和砂土富含硝酸盐。     

Spatial and temporal variability of soil moisture based on multifractal analysis

Based on the experimental data collected from 2002 to 2010 in Jilin province, we performed multifractal analysis to investigate the spatial variability of soil moisture during 9 years from 2002 to 2010 and about 60 days from April 21 to June 21 in 2010, and analyzed the relationship between soil moisture and precipitation. The results showed that the soil moisture was multifractal. It was intermediate variability in the soil sample. From 2002 to 2010, the spatial variation of soil moisture was charactered by long distance in 2004, 2006, and 2009 and short distance in 2002, 2003, and 2008. The spatial variation of soil moisture was charactered by long distance from April 21 to May 11 and late June. It was charactered by short distance from May 11 to June 21. From April 11 to July 1, 2010, the spatial variation of soil moisture was mainly affected by the spatial variation of precipitation. From 2002 to 2010, the spatial variation of soil moisture was mainly affected by precipitation in 2006, 2009, and 2010. The spatial variation of precipitation had little effect on soil moisture during 2002 to 2005 and 2007 to 2008. This study analyzed the multifractal characteristic of soil moisture from the perspective of water resources divisions, which can provide references for soil water resources evaluation and water resources allocation.     

Multivariate analysis of Kenya's urban system

The study analyzes the structure, spatial interaction, and dimension of the post-colonial urban systems of Kenya using component factor analysis and based on selected socio-cultural, economic, and demographic variables. The study identified seven major dimensions of variation accounting for 72.0%. The analysis of the urban spatial variation is compared and intertwined with studies done in other countries to find out the regional variation of the loadings. Finally, a seven-order characteristics of Kenya urban systems is suggested, based on the study. The accurate knowledge of these salient characteristics of Kenya urban sub-systems is important before any viable spatial planning should be implemented.     

土壤入渗特性的空间变异规律及其变异源

以封丘地区典型的4种土地利用类型(传统耕作地、免耕地、金银花地和杨树林地)为例,系统研究了不同土地利用方式下土壤入渗特性的空间变异强度、空间变异结构及其主要变异源。结果表明,频繁的耕作会降低土壤异质性,弱化土壤特性空间变异结构,扰动较小的免耕地和金银花地的土壤入渗特性则具有相对明显的空间变异结构,扰动最小的杨树林地土壤的入渗特性具有最为明显的空间变异结构和最小的变程。容重、有机质含量和初始含水量是耕作地入渗的最主要变异源,初始含水量则是金银花地入渗的唯一显著性变异源;杨树林地入渗变异的主要变异源是有机质和初始含水量;影响免耕地入渗特性变异的变异源并不显著。在有些情况下,水温也可能成为入渗特性空间变异研究的重要干扰因素。     

黑河流域降水的研究进展与展望

归纳总结了黑河流域降水方面已有的研究成果,主要集中在流域降水的时空变化规律及降水的影响因子分析两个方面.在降水变化研究方面,对整个流域降水的时空变化特征与上游祁连山区降水的变化特征分析已有不少工作;在降水影响因子研究方面,对上游祁连山区地形与降水的关系研究在逐步开展;水分条件,气候变化、人类活动与流域降水的关系研究也取得了一些进展.这些研究使我们对流域的气候特征、降水分布情况及降水的地形影响等方面有了一定的了解.为更全面、深入地研究黑河流域降水机理奠定了基础,但仍需在以下两个方面展开深入细致地研究:1)与大尺度环流系统变化有关的水汽来源及输送对黑河流域降水的影响;2)与地形有关的局地因子对黑河流域降水的影响.     

宁德市降水量异常点剔除的影响分析

发现异常点是对逐时降水资料质量控制的有效方法,但简单的剔除未修正的异常点必然会影响其周围一定范围内降水量的空间变化。本文提出综合评分法定量的分析不同时段不同异常监测点被剔除后对降水量变化幅度的影响,探讨剔除区域异常点后降水量的时空变化分布特征。对宁德市降水资料进行实例验证,分析结果表明:在相邻站点数大于12个、相邻站点最近距离小于3km、相邻站点平均监测值大于6mm时,其降水量变化幅度相对较小,可剔除异常点。综合考虑三个相邻站点指标的综合分析可以显著表现不同时段不同监测站点降水量空间变化的地带性分布,在宁德市西北和东南区域出现高变化幅度站点的概率最高,呈现出高变化幅度站点多、分布范围广特点;在其东北区域监测站点分布不均匀,降水高变化幅度站点易受逐时降水量大小影响,呈现出小雨大范围、大雨小范围分布;在其西南和中部区域监测站点分布密集,出现高变化幅度站点的可能性最小。因此,综合分析可剔除区域异常点对降水量空间变化的影响特征,确定对降水量变化幅度影响最小的监测站点,有效提高了降水资料的质量控制水平。     

中国土壤有机质含量变异性与空间尺度的关系

以中国土种志资料为基础,分析了土壤有机质含量变异与空间尺度的关系及土类内和土类间的变异程度,探讨了不同空间尺度单元下,土壤有机质平均含量与土壤性质的相关性。结果表明,以土壤剖面为单元,随着土壤剖面数的增加,土壤有机质含量的变异系数增大;行政区域尺度单元内部土壤有机质变异程度大于单元间土壤有机质含量的变异程度。以土壤分类单元为空间单元,土类内的有机质含量变异程度小于土类间的变异程度。随着统计单元空间尺度的增大,土壤有机质含量与土壤性质之间的相关性减弱。因此,采用网格法或行政区划分空间区域,获得空间区域单元内土壤有机质含量或贮量的精确估算需要较多的剖面,但外推至数据不足的空间区域时,估算的不确定较小;采用土壤分类单元为空间区域单元,结果则相反。     

考虑不确定性的长江流域极值降水指标时空变异分析

降低不确定性影响是进行极值降水事件时空变异合理分析的前提。基于6种大气环流模式的输出结果,采用分位数映射校正方法和多模式集合平均方法降低不确定性影响,分析了长江流域极值降水指标的时空变异规律。结果表明:原始的气候模式输出结果具有较大的不确定性,必须对其进行定量分析和采取适当有效的措施进行缓解。5个极值降水指标总体上相对于基准期均增加,最大增幅10%左右。仅个别区域的极值降水指标显示出变异的时间一致性,而空间变异在相同情景和时段上差别明显。     

Modeling 2-D spatial variation in slope reliability analysis using interpolated autocorrelations

This paper deals with slope reliability analysis incorporating two-dimensional spatial variation. Two methods, namely the method of autocorrelated slices and the method of interpolated autocorrelations, are proposed for this purpose. Investigations are carried out based on the limit equilibrium method of slices. First-order-reliability-method (FORM) is coupled with deterministic slope stability analysis using the constrained optimization approach. Systematic search for the probabilistic critical slip surface has been carried out in this study. It is shown that both methods work well in modeling 2-D spatial variation. The results of slope reliability analysis are validated by Monte Carlo simulations. Failure probabilities obtained by FORM agree well with simulation results. It is found that 2-D spatial variation significantly influences the reliability analysis, and that the reliability index is more sensitive to vertical autocorrelation distance than to horizontal autocorrelation distance. Based on this study, failure probability is found significantly overestimated when spatial variation is ignored. Finally, the possible use of the method of interpolated autocorrelations in a probabilistic finite element analysis is suggested.