泉流行为的数值模拟

本文根据有限元法,提出了一种模拟我国北方岩溶泉流行为的数值方法,用来处理在模拟泉流过程中所遇到的特殊问题。首先将泉流量以地下水位的线性形式表达出来,然后再把它表达成为自然排泄强度,加入到带有泉的地下水的数值模拟模型中去,通过求解带有泉的地下水系统的有限元模拟模型,就可以同时确定地下水位和泉流量。应用这种方法模拟济南岩溶泉水,结果令人满意。     

天然气水合物分解和开采的机理及数学模型研究综述

回顾了25年来国内外水合物开采数值模拟研究的进展,分析了影响水合物开采过程的主要机理,即传热、气液流动和水合物分解。将已有的模型分为热力开采、降压开采和综合3种模型,并对各种模型所具有的特点进行了讨论。综合分析认为,TOUGH Fx/HYDRATE模型充分考虑了多相多组分并借鉴上述3类开采方式,可模拟开采过程中气液流动和相态变化,具有较高的应用价值。最后探讨了目前模型的主要问题以及发展方向,认为水合物矿藏岩石的绝对渗透率、相对渗透率、热传导系数等关键参数的测量及确定是精确模拟水合物开采过程的重要因素。     

渗透系数与库水位升降对下坪滑坡稳定性的影响研究

在三峡水库运行过程中,库水位周期性涨落引起库区内滑坡稳定性发生变化,渗透特征是滑坡的内在属性,滑坡因渗透性的不同而导致其稳定性对库水变化的响应不同。根据万州库段水位统计资料,以三峡库区万州区下坪滑坡为模型,分析在4种不同数量级的渗透系数条件下的渗流场特征,研究在不同渗透系数下的滑坡稳定性变化规律。分析结果表明:该类型滑坡的稳定性变化与库水位的变化呈现高度的正相关;滑坡稳定性最差出现在库水位下降到最低水位时,且水位降速越快,滑坡稳定性越差;不同渗透条件下的滑坡稳定性随时间的变化规律基本一致,其变化率处在一定的波动范围内,保持在-2%~2%之间;滑坡稳定性的最大值和最小值都是随着渗透性的变大而变大;稳定性最小值与渗透系数的对数值表现为近似指数关系,稳定性最大值与渗透系数的对数值表现为近似对数关系。     

西宁市轨道交通一号线抗浮水位数值模拟研究

西宁盆地含水层主要为第四系松散岩类孔隙潜水含水层和新近系碎屑岩类孔隙裂隙含水层。在水文地质调查、水文试验、地下水动态长期监测、大量勘探资料的基础上,刻画了研究区三维地质结构模型以及含水层分布特征,建立了西宁市地下水的三维流数值模型。通过对研究区降雨量、洪水等水文资料的分析,预测了已发生连续丰水年组遭遇百年一遇洪水情形下的地下水位,在次基础上确定了西宁市轨道交通一号线抗浮设防水位。研究结果表明整个轨道交通一号线地下水位上升幅度在2. 18～4. 73 m,各车站均受到抗浮设防水位的影响,设计需采取相应的抗浮设防措施。     

黄盖湖流域水利工程建设对地下水流场的影响研究

堤防治理是提高水利工程防洪能力的重要手段。黄盖湖流域洪涝灾害频繁,而堤垸矮小且多破损,急需综合治理。分析工程区的水文地质条件,地下水环境现状,并利用数值模拟预测了堤防加厚对研究区地下水渗流场的影响。结果表明:研究区地表和地下水均存在不同程度的污染,如Fe,Mn,总磷,总氮超标。堤防治理工程,对地下水流场影响不大,堤身中心在堤防加固前后水位波动最高0.28 m。     

万县滑坡群形成机制的数值模拟研究

在现场调研和室内试验基础上，建立了万县滑坡进形成机制的概念模型，并通过二维有限元和离散元数值模拟．再现了滑坡体变形破坏过程．从而揭示了万县滑坡群的形成机制．     

西北内陆河流域水循环和生态演变与功能保障机制研究

在气候变化、生态保护以及水资源调控影响下,西北内陆河流域水循环和生态环境状态发生了显著改变,迫切需要解答气候变化对植被恢复和产水量的影响,调水和压采等措施下地下水水位动态、管控指标及其对生态环境的维持机制。为此,文章阐述了内陆河流域气候-植被-土壤-水文相互作用机理以及上中下游演变状况。针对上游产水区,提出了山区气候变化下植被和水文动态演变模拟和预测方法,得出石羊河上游山区气候暖湿趋势和植被水分利用效率的提高,可降低植被恢复对增加蒸腾量、减少产水量的影响程度;但如未来继续升温,水分利用效率提高的正效应将被植被恢复增加的水分消耗抵消,从而减小径流量。针对中下游绿洲-荒漠过渡区,通过分析荒漠植被-土壤（水盐）-地下水作用机理,提出了西北干旱区生态地下水水位埋深和生态需水量确定方法及阈值,得出荒漠植被适宜和极限生态地下水水位埋深的平均值分别为2.9 m和5.5 m,对应埋深下的单位面积荒漠植被生长季平均蒸腾耗水量为0.08～0.10 m3/m2。针对尾闾湖区,建立生态输水量与尾闾湖地下水水位、生态指标之间关系,提出了石羊河流域尾闾湖生态输水优化方案,得出青土湖生态输水量应提高至0.45×108 m3/a。在流域层面,采用水资源-社会经济-生态环境协调的系统分析手段,提出了石羊河流域满足地下水均衡、供需平衡和生态功能的多水源调控方案,即“保田增林”或“以田换林”方案。     

截潜流在地下水开采中应用的数值模拟研究

为了增加地下水开采水量,并且尽可能地减小地下水开采后的水位降深,在水源地下游设置地下截水坝,并且同时配合辐射井开采地下水。通过数值模型的计算及预测,截潜流工程不但可以有效地截取地下水径流,更大限度地利用地下水资源,而且可以有效地控制地下水位降深以及腾出地下库容,以便在洪水期容纳更多的洪水入渗。通过实际工程的检验表明:地下截水坝配合辐射井这种截潜流工程在地下水开采中具有重要的作用。     

MODFLOW在北京某工程抗浮分析的应用

简要介绍地下结构浮力研究方面的一些成果。应用MODFLOW软件进行数值模拟,结合具体工程进行分析论证,提出抗浮优化设防水位,降低抗浮设防投入。     

河网水力数值模拟的松驰迭代法及水位的可视化显示

以Ｓａｉｎｔ－Ｖｅｎａｎｔ方程组为基础,讨论了按Ｐｒｅｉｓｓｍａｎｎ加权四点陷式格式进行离散所得的非线性代数方程组的Ｎｅｗｔｏｎ－Ｒａｐｈｓｏｎ迭代解法,对河网非恒定流用松驰迭代方法进行计算,并利用ＧＩＳ Ｍａｐｉｎｆｏ实现了计算结果的可视化。     

黄河冰盖厚度演变数学模型

以物理机制和数学推导为基础,建立了黄河初始冰盖形成后冰盖厚度演变计算的数学模型.利用实测资料率定模型参数,可以应用于黄河不同河段冰盖厚度的计算和预报.     

黄河流域寒潮天气与凌情关系分析

利用1951～2008年冬季(11月至翌年3月)各月气温资料,统计分析了近50年黄河流域的寒潮天气过程,阐述了寒潮时空分布规律、变化特点、强度和影响范围。分析了寒潮天气与黄河凌情的关系及对凌情的影响,得出黄河流域寒潮天气在时间和空间上的分布是不均匀的,位于高纬度地区的宁蒙河段寒潮发生频率高于黄河下游,寒潮的强度也强于黄河下游,寒潮覆盖的范围也大于黄河下游;黄河流域以一般性寒潮天气最多,历史上强寒潮发生的次数非常少,除了磴口站发生过3次外,流域其他站均未发生过;20世纪80年代中期以后寒潮的活动呈现出逐步减少的趋势,冬季寒潮发生趋于平静;黄河流域50%的封河是寒潮天气造成的;冬季寒潮天气多封河天数也多;冬季寒潮过程次数多、降温幅度大、持续时间长、最低气温低时,黄河下游封河长度将较常年明显偏长。     

地形对黄河流域太阳辐射影响的分析研究

起伏地形中太阳总辐射由直接辐射、散射辐射、周围地形反射辐射三部分组成,依据各部分太阳辐射产生机理的不同,分别设计模型以综合考虑天文因素、大气因素、宏观地理因素、局地地形因素（坡向、坡度、地形相互遮蔽）是必须的。基于数字高程模型（DEM）数据和遥感影像,在全面考虑各种因素的基础上,建立了依托常规气象站观测资料的起伏地形下太阳总辐射计算模型,完成了黄河流域1km×1km分辨率太阳总辐射分布式模拟。结果表明：受坡地自身遮蔽和周围山地相互遮蔽的影响,总体平均而言,山地接收的太阳总辐射较平地少;局地地形对太阳辐射的影响程度随季节而变,在太阳高度角较低的季节,局地地形的影响较为显著。     

黄河游荡性河道河冰防御措施探讨

黄河干流禹门口至潼关河段, 俗称黄河小北干流, 流向由北向南, 为典型的游荡性堆积河道.1996年1月和2000年2月, 该河段在5 a时间内出现了2次罕见的凌情和凌灾, 给沿河人民生命和财产带来了严重灾害.通过对该两次凌灾成因进行分析, 探讨了游荡性河道河冰防御措施.     

黄河宁蒙河段凌情特性研究

统计分析了黄河宁蒙河段1950-2004年流凌、封河、开河日期特征值,并对河道最大槽蓄水增量作了初步分析。研究表明宁蒙河段开河时一般从上游向下游解冻,河槽蓄水量沿程不断释放并加入,使开河时凌峰流量沿程增大;凌情的发生、发展及消失演变的过程,主要取决于河道形态(地理位置、走向及边界特征)、水文条件和气象条件以及人类活动等因素;水库的运用对凌情的演变有重要影响。     

祁连山摆浪河谷地的冰川地貌与冰期

祁连山摆浪河上游是一个以前研究者未曾涉足的地方，我们在这里发现6套保存完好的古冰川沉积和与之对应的冰水阶地以及上覆较厚的黄土 堆积，根据地貌地层学研究和^14C、TL、ESR测年，确认它们分别代表了小冰期、新冰期、同位素2阶段、4阶段、6阶段和12阶段6次冰川作用，是迄今在祁连山地区发现的相对比较确定的清晰齐全的第四纪冰川序列，发生于氧同位素12阶段的中梁赣冰期，表明抬升中的祁连山至少于460kaBP前与冰期气候耦合，进入了当时的冰冻圈。     

基流分割法在黄河流域地下水研究中的应用

为研究黄河流域地下水可再生能力变化规律和制定黄河流域水资源管理方案,应用基流指数法(BFI)和直线平割法的原理与方法,计算了黄河流域干流13个水文断面与20条主要支流31个水文断面的基流量,并分析了基流量的形成机理、地下水对黄河水的贡献、基流变化过程、流域地下水资源的构成及地下水资源总量.研究结果表明:花园口断面的基流量占多年平均径流量的44%,流域内河水与地下水存在极其密切的转化关系,地下水对黄河水的贡献很大.黄河的径流量与基流量主要来自兰州以上的源区,兰州断面的年径流量与基流量分别占花园口断面径流量的59%和60%;而兰州以下到花园口之间的上、中游地区,地下水对黄河水的贡献很小.1990年前后,黄河干流与支流河段的基流量发生了很大变化.除玛多以上的源头段基流量衰减率较大外(衰减率为0.38),兰州以上的干流河段基流量衰减率较小(0.08～0.20),而兰州以下的黄河干流基流量衰减率都很大(0.22～0.31).基流量的剧烈衰减是天然和人类活动(如地下水开采)共同作用下地下水资源量减少的结果.从流域水循环的观点考虑,黄河流域的区域地下水资源由参与黄河水循环的地下水资源、未参与黄河水循环的地下水资源和流域地下水的开采等3大部分构成.1990年6月-2000年6月近10年黄河流域地下水天然资源量平均值为353.9 亿m~3/a,比多年地下水资源量平均值减少了15 % .     

黄河泥沙冲淤数学模型研究

应用作者提出的动床阻力、非均匀沙挟沙力、床沙交换调正及滩槽水沙交换等关系与新的不平衡输沙等初步经验关系,建立了黄河下游及水库河床变形计算一维数学模型。经1960年～1988年共28年实测水沙资料的验证计算,结果与实际基本符合。该模型的特点是可预报各种水流及河床边界条件下的动床阻力;可同时计算确定混合沙中各粒径组的推移质、悬移质挟沙力、含沙浓度垂线分布及上滩水流含沙量;能较好地反映浑水上滩淤积减沙使主槽减淤增冲的实际情况;能够基本反映泥沙多来多排及高含沙水流的冲淤特性;能综合反映出来水流量、含沙量及级配的调节变化产生的输沙冲淤差别。应用该模型计算黄河小浪底水库库区及下游河道的冲淤,成果比较合理。     

Formation Mechanisms and Geomorphic Evolution of the Erlian Mudflow Fans,Eastern Guide Basin of the Upper Reaches of Yellow River

Several argillaceous platforms lie along the Yellow River(YR) of the eastern Guide Basin, northeastern Tibetan Plateau, and their compositions, formation processes, and geomorphic evolution remain debated. Using field survey data, sample testing, and high-resolution remote sensing images, the evolution of the Erlian mudflow fans are analyzed. The data show significant differences between fans on either side of the YR. On the right bank, fans are dilute debris flows consisting of sand and gravel. On the left bank, fans are viscosity mudflows consisting of red clay. The composition and formation processes of the left bank platforms indicate a rainfall-induced pluvial landscape. Fan evolution can be divided into two stages: early-stage fans pre-date 16 ka B.P., and formed during the last deglaciation; late-stage fans post-date 8 ka B.P.. Both stages were induced by climate change. The data indicate that during the Last Glacial Maximum, the northeastern Tibetan Plateau experienced a cold and humid climate characterized by high rainfall. From 16–8 ka, the YR cut through the Erlian early mudflow fan, resulting in extensive erosion. Since 8 ka, the river channel has migrated south by at least 1.25 km, and late stage mudflow fan formation has occurred.