利用二维活断层探测资料构建焦作地区浅层三维构造模型

运用专业地震解释及构造建模软件，综合利用焦作地区地震数据、钻孔数据、地质信息对活断层二维浅层地震剖面进行层位与断层解释，同时对断层平面组合与空间展布规律进行研究，实现地质资料与地震数据的有机结合，构建近地表Q₃地层底界面、Q地层底界面、N地层底界面分布模型和第四纪断层模型。以第四纪断层模型为基本骨架，以近地表地层分布为主要分层，模拟Q-Q₃地质体、N-Q地质体的构造形态和断层发育情况，系统反映近地表N地层底界面至Q₃地层底界面的空间结构特征。     

基于EVS Pro的3D地质建模

为了了解污染物在地层中的分布情况以及地下水开采后产生的结果,在环渤海地区地质构造研究的基础上,利用EVS Pro3维地质建模软件,以天津市(含环渤海地区)74个实测钻孔数据、38个化学污染物的实测钻孔数据为依据,实现了对该地区含水层及地下水漏斗的3维模拟,为解决环渤海地区污染物的控制以及合理有效开采地下水提供了模型支持.     

一种耦合进化算法与FLUS模型的土地利用变化模拟模型

研究如何在土地利用变化模拟过程中更为科学、客观地设置模型参数，对于避免复杂模型由于参数设置不当导致模拟效果不佳的问题具有重要意义。本文通过耦合进化算法（Evolutionary Algorithm,EA）与FLUS模型，构建了具有参数寻优功能的EA-FLUS模型。该模型首先通过进化策略对FLUS模型中人工神经网络模型的参数进行寻优，以提升对各土地利用类型出现概率分布的预测准确率，在此基础上结合地理分区，利用带精英策略的遗传算法与进化策略的组合对FLUS模型中元胞自动机模型的参数进行调整，以提升模拟精度。在实证研究阶段，本文以桂林市为实验区，通过对土地利用变化进行分区模拟来分析EA-FLUS模型的改进效果，此外还设置了自然发展、耕地保护、生态优先3种情景来模拟桂林市2020—2030年的土地利用变化。结果表明：(1)进化算法对参数的寻优结果相比于基于经验以及土地利用变化历史特征的参数设置，更加贴近实验区的政策导向，更能体现各土地利用类型在不同区域间多样的发展趋势；(2) EA-FLUS模型相较于FLUS模型，在加入地理分区的土地利用变化模拟中更具优势，其模拟结果总体精度、Kappa系数、...     

虚拟钻孔控制的三维地质体模型构建方法

在三维地质体模型构建过程中所采用的数据多为钻孔数据,而研究区域内原始钻孔数据通常数量有限且分布不均,难以构建出既能够准确地反映研究区域地质构造,又具有良好可视化效果的三维地质体模型。针对此问题,本文对虚拟钻孔概念进行延伸,提出了用于三维地质体建模不同阶段的三种虚拟钻孔概念,并基于此设计了一种虚拟钻孔控制的三维地质体模型构建方法。首先,根据原始钻孔数据空间分布特征,自适应地确定插值点位,并采用克里金插值算法构建插值加密虚拟钻孔;其次,根据尖灭规则构建尖灭处理虚拟钻孔,采用改进的自适应蝴蝶细分算法构建细分光滑虚拟钻孔;最后,利用原始钻孔、插值加密虚拟钻孔、尖灭处理虚拟钻孔,以及细分光滑虚拟钻孔构建研究区域内符合地统计学规律且具有C¹几何连续性,可视化效果良好的三维地质体模型。与将虚拟钻孔作为专家知识补充手段的传统建模方法不同,该建模方法将虚拟钻孔引入三维地质体构建的各个环节中作为核心的算法中间单元,有效简化了建模算法的实现过程,确保了算法的稳定性与高效性。     

基于FLUS模型与动能定理的城镇用地增长边界划定

城镇用地增长边界能够有效控制城市的无序蔓延,对城市健康持续发展具有重要意义。当前针对城镇用地增长边界划定的研究多采用较为成熟的元胞自动机(CA)模型对城市未来格局进行模拟,且研究多集中于单一的城镇用地增长边界划定,尚无对城镇用地增长的惯性边界进行定量划定,而划定惯性边界不仅能够为城市发展预留一定的用地空间,也能提高城市规划的实施效率。对此,本文以2000、2009和2015年福州中心城区土地利用数据为基础,采用FLUS模型进行土地利用模拟,并对模型精度进行了验证(2015年土地利用模拟总体精度达到0.9389,Kappa系数达0.9165),据此预测了2027年的土地利用格局,从中提取城镇用地采取形态学的膨胀与腐蚀法(MED)进行增长边界的划定。在此基础上,本文提出了一种借鉴力学动能定理划定城镇用地增长惯性边界的方法,以坡度和地类作为摩擦力参数,对福州中心城区城镇用地增长惯性边界进行了研究。结果表明,FLUS模型和MED能够有效地对土地利用进行模拟且能较好的对城镇用地增长边界进行拟合;借鉴动能定理的方法能够根据城市不同方向的扩展阻力和各个方向的扩展强度较好地划定其惯性边界,具有现实可操作性和实际参考价值。     

济南泉域重点地段可视化三维地质模型建立

为深化对济南泉域的认识,运用已有钻孔、地质图、地形图及剖面图等多源地质数据,通过对钻孔数据、地质边界、DEM数据、断层数据以及辅助数据等多源数据进行耦合,对剖面进行CAD设计以完善空间信息,建立了济南泉域钻孔模型、断层模型、层面模型,采用Horizons-to-solids方法实现了实体模型的重构,最终完成了济南保泉三维地质建模。该模型实现了空间信息全方位、一体化显示,刻画了地质对象之间复杂的空间关系,解决了地质空间数据的查询、分析、计算与管理,为济南保泉工作提供了有力的地质依据。     

基于土地利用强度的城市道路增长模拟模型与案例分析

城市交通与土地利用相互作用、相互影响。传统的城市空间模拟研究多关注交通对土地利用变化影响,缺少土地利用对路网空间形态影响的模拟。已有研究通常使用静态路网,不能表达土地利用与交通间的动态相互作用关系。本文以城市土地利用强度与城市道路网络空间分布间的正向关系,提出了基于城市土地利用强度的城市路网增长模拟模型。以唐山市为例,对其城市环路内的道路增长进行了模拟。结果表明,该模型能以城市土地利用强度的空间分布特征快速生成路网,反映城市土地利用对道路网络扩张的影响。模拟结果与实际路网具有高度的空间分布相似性。该模型可进一步与土地利用模拟模型结合,模拟城市土地利用与交通的动态相互作用。     

采用多模型融合方法评价滑坡灾害易发性:以湖北省五峰县为例

不同的易发性评价模型可以得到有差异的滑坡空间预测结果，选取最优模型甚至综合各模型的优势是提高易发性评价精度的有效方法。为检验模型融合思路的有效性，以鄂西地区五峰县渔洋关镇为研究区，提取坡度、地层、断层、河流、公路等7个滑坡成因条件，分别采用信息量模型、证据权模型和频率比模型进行滑坡易发性评价；并将3种模型分别进行归一化、主成分分析（PCA，Principal component analysis）和优势融合，得到了6幅易发性分区图。结果表明:优势耦合模型精度最高（90.3%），频率比模型次之（89.7%），归一化融合模型和PCA融合模型分别为89.3%和89.1%，以上4种结果的精度均高于证据权模型（87.7%）和信息量模型（87.6%）；6幅预测图对应的评价结论与历史滑坡空间分布的实际情况相符。空间一致性对比结论表明，主成分融合模型与优势耦合模型的同格率高达68%，其预测结果避免了单个模型预测结论带来的偶然性和片面性，说明多模型融合方法与优势耦合模型在提高滑坡易发性预测精度上是可行性的，该思路对其他地区滑坡灾害易发性评价具有借鉴意义。      

马尔可夫链模型在地下水水位预测中的应用

作者将鲁南地区一水文观测孔的９２次地下水水位月平均监测数据,划分了１０种状态范围,运用马尔可夫链模型,对未来地下水水位进行状态范围预测。在与实际监测资料进行对比的基础上,验证了马尔可夫链理论在地下水水位预测中的可行性及可靠性,并对运用中的具体问题进行了探讨。     

一种耦合LSTM算法和云模型的疫情传播风险预测模型

模拟传染病时空传播、定量评估疫情风险对科学防控、精准施策具有重要的现实意义。本文融合多源时空数据,构建了耦合LSTM算法和云模型的疫情传播风险预测模型。该模型首先基于GIS和LSTM算法构建疫情空间演变模拟模型,通过学习历史疫情数据中的规律,以1 km×1 km为空间尺度、天为时间尺度模拟传染病时空传播过程。其次,基于模拟传染病例数据和疫情传播时空影响因素构建风险评价指标,应用云模型和自适应策略构建疫情风险评估模型,实现多空间尺度的疫情风险评价。在实证研究阶段,应用该模型对北京2020年6月份突发COVID-19疫情空间演变过程进行模拟和风险评估,并引入常规机器学习模型作比较验证。结果表明：应用于疫情时空传播模拟,相较其它常规的机器学习模型,考虑时序关系的LSTM模型的模拟精度更高（MAE为0.00261）,拟合度更好（R-square为0.9455）;耦合模型不仅能充分考虑传染源因素、天气因素、疫情扩散因素及疫情防御因素对疫情风险传播的影响,反映风险演变趋势,还能快速量化区域风险等级,实现不同空间分辨率下的疫情风险评估。因此,基于LSTM算法和云模型的耦合模型可有效预测疫情的传播风险,同时,也为传染病时空传播建模与风险评估提供了方法参考。     

Nash model parameter uncertainty analysis by AM-MCMC based on BFS and probabilistic flood forecasting

A hydrologic model consists of several parameters which are usually calibrated based on observed hydrologic processes. Due to the uncertainty of the hydrologic processes, model parameters are also uncertain, which further leads to the uncertainty of forecast results of a hydrologic model. Working with the Bayesian Forecasting System (BFS), Markov Chain Monte Carlo simulation based Adaptive Metropolis method (AM-MCMC) was used to study parameter uncertainty of Nash model, while the probabilistic flood forecasting was made with the simulated samples of parameters of Nash model. The results of a case study shows that the AM-MCMC based on BFS proposed in this paper is suitable to obtain the posterior distribution of the parameters of Nash model according to the known information of the parameters. The use of Nash model and AM-MCMC based on BFS was able to make the probabilistic flood forecast as well as to find the mean and variance of flood discharge, which may be useful to estimate the risk of flood control decision.     

耦合FLUS和Markov的快速发展城市土地利用空间格局模拟方法

模拟城市土地利用空间变化格局的研究,对未来区域规划以及实现可持续发展具有十分积极的作用。以往基于FLUS的研究栅格尺度较大,如何模拟快速发展中城市的复杂土地利用变化过程,挖掘土地利用变化驱动机制值得进一步探讨。本文构建了耦合FLUS和Markov的城市土地利用格局拟合框架,创新性地引入房价指标表征社会经济属性,以深圳为研究区,基于30 m空间分辨率小栅格尺度的土地利用分类数据和基础地理、路网河网、感兴趣点等多源空间变量,模拟不同发展情景下的未来城市土地利用空间格局,并通过随机森林进行土地利用变化驱动因素分析。研究结果表明:本文提出的耦合FLUS和Markov方法相较于传统CA模型（RFA-CA和Logistic-CA）精度更高（FoM=0.22）,能更准确地模拟快速发展中城市的土地利用变化过程;多情景土地利用格局制图结果验证了城市发展过程中生态控制线的重要性,进一步说明本文拟合框架在未来城市规划布局中的参考价值;医院、娱乐场所等的基础设施和公交、路网密度等的基础交通比自然因素（高程、坡度）对城市发展的影响更大,到海岸线距离会在一定程度上限制深圳内部土地利用变化过程。本研究所构建模型及精细制图结果,可为城市区域规划和空间格局模拟等相关研究提供参考依据和理论基础。     

A coupled regional Arctic sea ice-ocean model: configuration and application

A regional sea ice-ocean coupled model for the Arctic Ocean was developed, based on the MITgcm ocean circulation model and classical Hibler79 type two categorythermodynamics-dynamics sea ice model. The sea ice dynamics and thermodynamicswere considered based on Viscous-Plastic (VP) and Winton three-layer models, respectively. A detailed configuration of coupled model has been introduced. Special attention has been paid to the model grid setup, subgrid paramerization, ice-ocean coupling and open boundary treatment. The coupled model was then applied and two test run examples were presented. The first model run was a climatology simulation with 10 years (1992?002) averaged NCAR/NCEP reanalysis data as atmospheric forcing. The second model run was a seasonal simulation for the period of 1992?007. The atmospheric forcing was daily NCAR/NCEP reanalysis. The climatology simulation captured the general pattern of the sea ice thickness distribution of the Arctic, i.e., the thickest sea ice is situated around the CanadaArchipelago and the north coast of the Greenland. For the second model run, themodeled September Sea ice extent anomaly from 1992?007 was highly correlated with the observations, with a linear correlation coefficient of 0.88. Theminimum of the Arctic sea ice area in the September of 2007 was unprecedented. The modeled sea ice area and extent for this minimum was overestimated relative to the observations. However, it captured the general pattern of the sea ice retreat.     

基于土地利用分类模型和重力模型耦合的人口分布模拟——以武汉市人口数据为例

将土地分类模型和重力模型耦合形成新模型,并以武汉市人口数据为例,用耦合后的新模型模生成武汉市人口网格数据.经数据验证表明,耦合后的新模型在计算精度方面有了较大的提高.     

An improved Markov chain model based on autocorrelation and entropy techniques and its application to state prediction of water resources

According to the relationships among state transition probability matrixes with different step lengths, an improved Markov chain model based on autocorrelation and entropy techniques was introduced. In the improved Markov chain model, the state transition probability matrixes can be adjusted. The steps of the historical state of the event, which was significantly related to the future state of the event, were determined by the autocorrelation technique, and the impact weights of the event historical state on the event future state were determined by the entropy technique. The presented model was applied to predicting annual precipitation and annual runoff states, showing that the improved model is of higher precision than those existing Markov chain models, and the determination of the state transition probability matrixes and the weights is more reasonable. The physical concepts of the improved model are distinct, and its computation process is simple and direct, thus, the presented model is sufficiently general to be applicable to the prediction problems in hydrology and water resources.     

Numerical Simulation of Typhoon Muifa(2011) Using a Coupled Ocean-Atmosphere-Wave-Sediment Transport(COAWST) Modeling System

The newly developed Coupled Ocean-Atmosphere-Wave-Sediment Transport(COAWST) Modeling System is applied to investigate typhoon-ocean interactions in this study. The COAWST modeling system represents the state-of-the-art numerical simulation technique comprising several coupled models to study coastal and environmental processes. The modeling system is applied to simulate Typhoon Muifa(2011), which strengthened from a tropical storm to a super typhoon in the Northwestern Pacific, to explore the heat fluxes exchanged among the processes simulated using the atmosphere model WRF, ocean model ROMS and wave model SWAN. These three models adopted the same horizontal grid. Three numerical experiments with different coupling configurations are performed in order to investigate the impact of typhoon-ocean interaction on the intensity and ocean response to typhoon. The simulated typhoon tracks and intensities agree with observations. Comparisons of the simulated variables with available atmospheric and oceanic observations show the good performance of using the coupled modeling system for simulating the ocean and atmosphere processes during a typhoon event. The fully coupled simulation that includes a ocean model identifies a decreased SST as a result of the typhoon-forced entrainment. Typhoon intensity and wind speed are reduced due to the decrease of the sea surface temperature when using a coupled ocean model. The experiments with ocean coupled to atmosphere also results in decreased sea surface heat flux and air temperature. The heat flux decreases by about 29% compared to the WRF only case. The reduction of the energy induced by SST decreases, resulting in weakening of the typhoon. Coupling of the waves to the atmosphere and ocean model induces a slight increase of SST in the typhoon center area with the ocean-atmosphere interaction increased as a result of wave feedback to atmosphere.     

四维地震驱动的深海浊积岩油藏地质模型更新方法及应用:以安哥拉PU油田为例

传统的油藏模型更新过程中, 油藏模型的最终优选主要以单井历史拟合结果为准, 井间剩余油分布预测是否合理往往无据可循, 存在较大不确定性。四维地震是现代油藏监测的重要手段之一, 对于指导井间剩余油分布预测具有较强优势。为进一步提升油藏地质模型更新的准确度, 提出在常规地质模型更新过程中融入四维地震监测信息的研究思路, 以四维地震反映的流体变化信息作为井间"硬数据", 形成一套四维地震-地质建模-油藏数模闭环式油藏模型迭代更新方法。研究结果表明: 四维地震信息可作为动态信息贯穿到从地质建模-油藏数模的大循环中, 建模数模一体化技术更加完善; 四维地震可作为井间模型参数调整的重要参考依据, 实现剩余油监测的定量化, 提升油藏模型预测的准确度。该方法对于深海浊积岩油藏应用效果较好, 对于建模数模一体化技术的发展具有实践意义。      

Study on evaluation standard of uncertainty of design wave height calculation model

The accurate calculation of marine environmental design parameters depends on the probability distribution model, and the calculation results of diff erent distribution models are often diff erent. It is very important to determine which distribution model is more stable and reasonable when extrapolating the recurrence level of the studied sea area. In this paper, we constructed an evaluation method of the overall uncertainty of the calculation results and a measurement of the uncertainty of the design parameters derivation model, by incorporating the infl uence of sample information on the model information entropy, such as sample size, degree of dispersion, and sampling error. Results show that the sample data size and the degree of dispersion are directly proportional to the information entropy. Within the same group of data, the maximum entropy distribution model has the lowest overall uncertainty, while the Gumbel distribution model has the largest overall uncertainty. In other words, the maximum entropy distribution model has good applicability in the accurate calculation of marine environmental design parameters.     

渤海J油田储量不确定性分析及优选

地质建模的最终目的是建立反映地质认识的地质模型,并对储量不确定性进行定量表征。储量是油田开发方案编制的基础,一个油田科学合理的开发往往需设计乐观、推荐、悲观三个方案,分别对应着乐观、推荐、悲观三个储量,即储量的P10,P50,P90。渤海J油田正处于开发的前期研究阶段,井点资料少,储层的纵横向变化快,储量不确定性强,而如何优选储量的P10,P50,P90成为决定油田开发方案编制的关键一环。该文通过构造、储层及油藏特征的分析首先确定了影响该油田储量的5个不确定性因素,即:构造幅度、油水界面深度、孔隙度下限、泥岩主变程、泥岩次变程,并分析了它们的分布范围,通过地质模型的建立对各个不确定性因素开展敏感性分析,确定油水界面深度、孔隙度下限、泥岩主变程是影响储量最大的3个因素,并以此为基础对J油田的储量进行了不确定性分析,优选了储量的P10,P50,P90。     

中高渗倾斜地层与水平地层中CO2地质封存的差异性对比

CO2地质封存是减少CO2向大气排放,缓解温室效应的有效手段之一。由于构造和成岩作用,倾斜地层在自然界中普遍存在,研究倾斜地层对CO2封存量及安全性的影响具有实际意义。依托新疆准噶尔盆地阜康凹陷某CO2地质封存示范工程,采用数值模拟方法,分析了中高渗CO2储层地层倾角变化对CO2地质封存过程的影响。结果表明:CO2注入将导致近井区域地层压力显著升高;中高渗倾斜地层与水平地层相比,在地层压力分布、CO2侧向运移距离、CO2注入速率和总封存量等方面均存在明显差异。相比于水平地层,由于地层倾角的存在,倾斜地层压力呈不对称分布,CO2侧向运移距离显著加大。倾斜地层中压力传递和消散过程与水平地层差异显著,受此影响,倾斜地层与水平地层CO2的总注入量差值随时间呈非单调性变化。在注入初期,倾斜地层CO2的总注入量小于水平地层,随着注入时间延长,倾斜地层CO2的总注入量逐渐接近并超过水平地层;注入20年后,相较于水平地层,倾斜地层倾角越大越有助于增加CO2的总注入量,这一研究结果与前人基于低渗倾斜地层的研究结论正好相反。地层倾角的存在会促进CO2向浅部运移,倾角越大,CO2向浅部含水层和大气泄露的风险越大。因此,在CO2地质封存场地选址中,应充分考虑倾斜地层对封存效率及安全性的影响。