温度场和渗流场耦合对恐龙化石风化破坏的影响

在恐龙化石经受风化破坏过程中,温度和水是起作用的两大主要因素。为了深入探讨恐龙化石风化破坏机理,有效、科学、合理地保护恐龙化石,该文将恐龙化石及围岩作为岩体,运用岩体水力学研究中温度场与渗流场之间的耦合关系,研究温度和水在恐龙化石风化破坏过程中的内在机制。通过建立温度场与渗流场数值模型,模拟温度场与渗流场在恐龙化石风化过程中的相互作用,定性分析了温度与水相互作用对化石风化的破坏机理。     

盆地多级次地下水流系统盐分运移实验模拟

地下水年龄和滞留时间包含了地下水循环和演化的重要信息,被广泛用于盆地地下水循环模式的研究。使用多级次地下水流系统演示仪,实验模拟了三级水流系统模式中地下水年龄及滞留时间分布。研究发现,盆地底部、区域流线的下游、盆地滞留区最晚响应;浅部的局部水流系统稳定后的浓度值相对较低;中间水流系统相对深部的区域水流系统也较低,滞留区盐分积累,浓度值相对较大。盆地内部所有监测点的地下水年龄分布曲线都为单峰,区域水流系统的循环时间大于中间水流系统以及局部水流系统。在排泄区监测的滞留时间分布显示不同级次补给会产生早、中、晚峰,并且峰值与地下水流系统的级次性完全对应,可以通过排泄区的峰值判断地下水是从局部、中间或区域水流系统补给而来,以此判断污染物的来源。本研究成果对于地下水的循环演化和地下水流系统理论的完善具有一定的意义。     

多级次地下水流系统的最小能耗率原理初探

20世纪60年代初期,Tóth基于定水头上边界条件推导出解析解,得出多级次地下水流系统,是水文地质学里程碑式的突破,成功地解决了一系列理论和实际问题。但Tóth解析解存在的缺陷也长期沿袭：单纯重视数学模拟而忽视物理机制;将地形控制地下水位看成是普适性规律;忽视给定水头上边界数学模拟的失真。这些缺陷,尤其是忽视物理机制探究,不仅妨碍Tóth理论自身发展,而且导致地下水流系统理论尚未被国际水文地质界普遍接受。参照河流动力学中应用的最小能耗率原理,类比提出地下水流最小能耗率的表达式。基于已有的通量上边界地下水流模式数值模拟结果,进一步探究物理机制,归纳得出地下水流系统遵循最小能耗率原理的结论。     

地下水流系统研究中的方法论探讨:以CUG-武汉地下水流系统研究为例

地球系统科学和地下水流系统理论的出现,标志着水文地质学进入新的发展时期。地下水流系统理论已成为水文地质学的新范式,其产生和发展,从方法论上为地下水问题的研究提供了新的启示。自20世纪80年代初以来,中国地质大学(武汉)地下水流系统组持续开展了地下水流系统理论与应用研究。试图从方法论的角度回顾与总结这些研究成果。地下水问题受多因素影响,研究应以“目标与问题导向相结合”,靶向准确,才能在信息浩渺中不失方向,向着目标前行;研究时应采用“假设演绎法”,先依据已有认识和资料演绎出应有的现象,再有目的地观察和寻求证据,或修改假设继续求证,直到假设被证实或证伪;演绎寻证过程,可以采用“控制性实验”“信息提取与组织”“多学科方法与手段融合”等技术方法。实例分析证实,控制性模拟实验使我们得出了地下水流模式的新认识;采用多通道的信息提取、加工和组织,构建地下水流系统模式,能够有效解决各类工程中的应用问题;多学科与手段融合、各种信息相互验证,提高了结果的可信度。以实例研究为基础,从研究方法上的总结能为正确认识和理解地下水流系统理论、推进新理论和新思路在水文地质研究中的应用提供参考。     

临汾盆地地下水流场及其变异特征分析

本文通过浅层地下水和中深层地下水流场、变异特征及其孔隙水系统渗流场的演变,分析得出临汾盆地地下水流场及其变异特征。     

非稳态地下水流系统响应降雨变化的数值模型研究

区域地下水流系统的发育受地质、气候和地形多种因素的影响。以往的地下水流系统研究主要探讨了地质、地形和稳态气候条件下所形成的局部、中间和区域流动系统的组成特征,对非稳态的地下水流系统认识不足。聚焦于研究地下水流系统对降雨变化的动态响应规律,使用HydroGeoSphere构建了剖面二维地下水地表水耦合数值模型,模拟在降雨的周期性和随机性叠加动态驱动下非稳态渗流场形成的地下水流系统。模拟结果表明,各层级流动系统的空间范围都会随着降水波动而发生变化。局部地下水流系统在雨季并非都处于扩张状态,在旱季也并非都处于收缩状态。各个局部流动系统的同时刻穿透深度之间可能具有无关、正相关或负相关关系,这取决于各个局部流动系统响应降雨变化的滞后性。中间流动系统在非稳态条件下非常活跃,其排泄出口、补给入口和循环路径随时间变化,并强烈影响局部流动系统。通过5种不同含水层参数和降雨情景的模拟对比,发现地下水流系统的滞后性和穿透深度的相关性对含水层各向异性特征较为敏感。下一步,需要更加深入地研究地下水流系统在季节尺度、多年乃至跨世纪时间尺度气候波动过程中的非稳态响应规律。     

地下水流的有限分析数值解

本文介绍了一种求解地下水流问题的有限分析法,该方法将解析解结合到数值方法中,从而提高了计算精度,改善了稳定性。算例表明,在网格尺寸相同的情况下,有限分析解比有限差分解高一个数量级,与解析解吻合很好。     

区域地下水流理论的发展历程与教材演变

Tóth提出的区域地下水流理论为盆地尺度地下水循环研究提供了定量分析方法。从4个方面总结区域地下水流理论发展历程，对比国外多本水文地质学教科书对区域地下水流理论的描述情况，系统梳理我国《水文地质学基础》教科书自1986到2018年的4个版本对区域地下水理论描述的演变情况。分析认为，我国《水文地质学基础》教科书对我国学者开展区域地下水流研究发挥了重要的推动作用，最后提出了区域地下水流理论有待解决的科学问题和引导更多青年学生从事该领域研究的建议。      

地下水分层勘查技术在地下水流系统研究中的应用

地下水流是一种运动流体，空间上分布连续且能传递压力，在能量（势）差驱使下发生从水头高处向低处的运动。通常在补给（势源）区，地下水垂向上由上向下运动，而在排泄（势汇）区地下水由下向上运动，即地下水整个生命过程中总是由源到汇、向着能量减小的方向做径流运动，无论是在单个或多个透水岩层中都是如此。地下水分层勘查技术使在垂向上分层监测水头、水温和水质等成为可能，从而实现对不同及同一含水岩层的上下不同点间地下水流要素的比较，并判断全井或单井不同垂向区段的势源汇条件，为地下水流空间运动方向判定和地下水流系统划定奠定基础。本文以地下水流系统理论与试验观测研究为基础，论述了地下水分层勘查技术的原理、系统结构和功能，结合张掖盆地实例阐述了分层勘查技术在地下水补给与排泄区判识的应用方法。      

鄂尔多斯盆地多级次地下水流系统中硝酸盐分布特征及其成因

水资源短缺的鄂尔多斯盆地内地下水遭受硝酸盐(NO^-₃)污染等问题日益突出,识别盆地不同地下水流系统的NO^-₃分布规律及其成因,对地下水资源的合理利用与保护具有重要意义。选取鄂尔多斯盆地北部湖泊集中区白垩系地下水系统为研究对象,基于水化学和聚类-主成分分析划分地下水流系统级次,在此基础上对比分析不同级次地下水流系统中NO^-₃分布特征,综合水化学和环境同位素分析识别多级次地下水流系统中NO^-₃来源及其潜在过程。研究表明：研究区ρ(NO^-₃)超出地下水质量标准(GB/T 14848-2017)Ⅲ类水标准的地下水样品集中在局部-中间地下水流系统,其超标率达到28%;区域地下水流系统中ρ(NO^-₃)均值约为1 mg/L。研究区不同级次地下水流系统中ρ(NO^-₃)分布特征主要与人类活动影响程度有...     

Numerical simulation of seepage flow field in groundwater source heat pump system and its influence on temperature field

Energy utilization in the aquifers is a new technology closely related to development of heat pump technique. It is significant for the flow distribution to be predicted in the aquifer surrounding the Groundwater Source Heat Pump System (GSHPS). The authors presented a new concept of "flow transfixion" by analyzing general features of aquifers, and then discussed interaction of the flow transfixion with the heat transfixion, which has practical significance to projects. A numerical model of groundwater flow was established based on the basic tenets of water-heat transferring in the aquifer. On this basis the flow field and the temperature field of GSHPS for a site in Shenyang City were numerically simulated. The basis of the flow transfixion was obtained; it was discussed for the influence of the flow transfixion on the heat transfixion. To a certain extent, the study offers some reference for the projects' design of GSHP in the studied area.     

Numerical simulation of seepage flow field in groundwater source heat pump system and its influence on temperature field

Energy utilization in the aquifers is a new technology closely related to development of heat pump technique. It is significant for the flow distribution to be predicted in the aquifer surrounding the Groundwater Source Heat Pump System （GSHPS）. The authors presented a new concept of ＂flow transfixion＂ by analyzing general features of aquifers, and then discussed interaction of the flow transfixion with the beat transfixion, which has practical significance to projects. A numerical model of groundwater flow was established based on the basic tenets of water-heat transferring in the aquifer. On this basis the flow field and the temperature field of GSHPS for a site in Shenyang City were numerically simulated. The basis of the flow transfixion was obtained; it was discussed for the influence of the flow transfixion on the heat transfixion. To a certain extent, the study offers some reference for the projects＇ design of GSHP in the studied area.     

江汉平原地下水化学特征及水流系统分析

江汉平原水质性缺水问题日益突出,识别江汉平原地下水流系统分布模式,对地下水资源的合理利用与保护具有重要意义.选取江汉平原典型区域,综合水文地质条件、水动力场及水化学同位素指标深入分析地下水补给过程、水岩作用及滞留时间.得出由于碳酸盐岩的溶解,研究区的地下水化学类型属于HCO3-Ca (Mg)型.地下水中典型离子随深度增加逐渐降低,同位素随深度增加逐渐偏负,表现出地下水流系统呈局部与区域水流系统的特点,系统深度界限在10~20m.独立而复杂的局部水流系统在平枯水期地下水向河渠地表水排泄.根据3H的含量,局部水流为现代水,水循环交替迅速.受地形控制,中深层地下水总体由西和西北向东和东南径流,汇入汉江和长江,为区域水流系统.由于补给源的高程效应,区域水流的18O值存在明显分区,指示不同的补给来源与水流路径.山前丘陵区基本为现代水,向平原腹地纵深至汉江和长江排泄区,地下水年龄在几百年至6000a不等,水循环交替缓慢.研究发现江汉平原低洼排泄区存在区域水流的顶托补给,可为原生劣质水的分布与聚集研究提供依据.     

西北内陆盆地浅层地下水温度场及动态类型:以酒泉东盆地为例

温度是地下水的固有属性,地下水温度场和动态特征是地下水流系统的外在表现。为揭示地下水开采等人类活动影响下西北内陆盆地浅层地下水温度场特征与地下水流系统的关系,基于多点位、长序列、高精度的地下水温度监测数据,在酒泉东盆地开展了地下水温度场及动态特征研究。结果表明：酒泉东盆地浅层地下水温度9.33～20.77℃不等,平均水温为13.54℃,自地下水补给区至排泄区,沿地下水径流方向,浅层地下水温度逐渐升高;循环深度相近的不同地下水流系统对比表明,浅层地下水温度与地下水动力条件呈负相关,地表水入渗补给大、水动力条件强的水流系统地下水平均温度低,入渗补给小、水动力条件弱的地下水平均温度高;浅层地下水温度动态受自然地下水循环和地下水开采等人类活动共同影响,从山前地下水补给区到中游绿洲区再到下游排泄区,浅部地下水温度动态可划分为4种基本类型,依次分别为河流补给型、水温稳定型、开采相关型、正弦波动型。     

阳极焙烧炉的燃烧计算与分析

采用计算燃烧学的原理和模型以及CFD软件对以重油作为燃料的阳极焙烧炉炉内的流动、燃烧过程进行了模拟计算,讨论了炉内温度场、流场和各组分浓度场的分布规律,分析了这些因素对碳阳极焙烧质量的影响.研究表明,在设计阳极焙烧炉结构时应考虑火道中挡板对气流分布的影响.     

沂蒙山区典型断陷盆地岩溶地下水系统特征:以莱芜盆地为例

2011年以来,中国地质调查局在沂蒙山区组织实施了1∶5万标准图幅水文地质调查4万余km²,并在严重缺水村镇开展了大量的找水打井示范工作,获得了较为丰富的地质数据,对断陷盆地地下水流系统取得了新认识。受中新生代构造影响,沂蒙山区发生断裂褶皱、伸展滑脱及岩浆侵入活动,形成一系列“南超覆北断陷”的地堑—半地堑盆地,并最终形成现今典型的“盆—山”岩溶水文地质结构,及以盆地为单元的相对独立的岩溶地下水流系统。为研究沂蒙山区地下水流系统发育特征,选择莱芜盆地为典型研究区,基于野外地质调查,通过综合分析盆地南北两侧地貌单元、含水岩组立体空间分布及地下水水位、水化学及同位素结果等,探讨了沂蒙山区典型“盆—山”结构塑造的多级岩溶地下水流系统特征。结果表明,莱芜盆地岩溶地下水由盆地外围向盆地中心呈“向心式”径流;受人类活动影响、地质构造控制和含水层分布制约,盆地南北两侧地下水流系统特征存在差异：盆地南部发育中间和局部两级地下水流系统;盆地北部则仅发育单一的局部地下水流系统,但占有已勘查论证的近1/2的地下水水源地。此外,研究发现在大汶河最低侵蚀基准面,区域滑脱构造及热液混合作用拆离...     

Interaction between sea ice/iceberg and ship structures: A review

For ship structural design and good maneuverability in an ice-covered sea, the local and global load of ice cover on ships should be well understood. This paper reviews the extensive work done on ice loads on ships, including： （a） Ice pressure and local load determination based on field and model tests; （b） Global ice loads on ships from full-scale field observations, model tests and numerical models under different ice conditions （level ice and pack ice） and ship operations （maneuvering and mooring）. Spe- cial attention is paid to the discrete element simulation of global ice loads on ships; and （c） Analytical solutions and numerical models of impact loads of icebergs on ships for polar navigation. Finally, research potential in these areas is discussed.