水—岩相互作用地球化学模型的回顾与展望

从地球化学模型开始起步以来,将化学热力学应用于地球化学系统已经历了30年的历程.人们利用热力学模型开发了一系列计算机程序,在大范围内进行了温度、压力和成分的地球化学作用的研究。经过演化,地球化学模型有两类;即“反演模型”和“正演模型”,前者用水和岩石成分确定和定量研究地球化学反应,后者则用假想的地球化学反应预测水和岩石的化学成分.由于缺乏水文学、矿物学、反应动力学以及地下水系统中反应物与生成物的化学、同位素成分等资料,在地下水环境中应用地球化学模型遇到了严竣的挑战。今后,地球化学模型的重大进展,是在非均质系统中结合实际,应用化学动力学,更进一步地使流体运动与反应模型结合起来.     

水文模型与陆面模式耦合研究进展

水文模型与陆面模式耦合是目前全球变化研究中的热点问题,如何实现分布式水文模型与陆面过程模式的双向耦合,并将其有机嵌入大气模式中,是未来大气环流模式(GCM)和区域气候模式(RCM)发展和完善的重要目标之一.在简单介绍陆面过程模式和水文模型发展历程的基础上,对水文模型和陆面过程耦合研究的国内外进展进行了综述,指出了模式耦合中存在的共同问题和未来工作的研究要点.最后,探讨了分布式水文模型与陆面模式耦合在全球变化研究框架中的地位与意义,并展望了陆面水文过程发展的主流趋势和研究方向.     

生态模型在河口管理中的应用研究综述

河口作为河流和海洋的交汇地,具有生态交错带特性,其在自然和人类活动双重压力下发生着演变.生态模型是研究生态系统结构、功能及其时空演变规律以及生物过程对于生态系统的影响及其反馈机制的重要手段.采用不同方法对生态模型进行分类,综述各类生态模型的特性、优缺点及应用领域.讨论建模过程中模型变量与函数、模型整合及时空尺度、模型参数取值及不确定等关键技术问题.分析各类生态模型在河口生态工程设计、生态系统修复、生态系统评价、系统决策支持等管理领域的应用.尽管中国河口生态模型构建及应用已有一些成果,但与国外相比,在理论生态学及数据积累方面仍有一定差距.     

长江中游洞庭湖防洪系统水流模拟——Ⅱ．模型实现和率定检验

在长江中游洞庭湖防洪系统水流模拟模型的建模思路和基本算法的基础上,侧重讨论建模过程中遇到的内、外边界条件的特殊处理、洪水实时预报校正模型的应用、资料处理和模型数据的拟定等重要环节,强调了有关处理及其与模型基本算法的磨合在复杂水流模型中的重要作用.采用80年代两场实测洪水对所建模型进行了率定和检验.结果表明,所建模型清晰地重现了长江中游--洞庭湖区的洪水动态演进过程,得到了总体趋势合理的水位分布和流速或流量分布;模拟的控制站水位、流量过程与实况比较,峰谷完全对应,过程吻合良好,精度满足防洪预报和分析的要求,能够较好地模拟洪水波在这样复杂水系中的水流特征.     

基于GIS的兰州滑坡与泥石流灾害危险性分析

频繁发生的灾害愈来愈对人类社会造成巨大影响, 遥感、地理信息系统、全球定位系统和网络技术日益在减灾行动中发挥重要的作用. 兰州区域地质岩性、构造断裂、地震活动带、地表侵蚀强烈和地形起伏破碎等因素造成了兰州滑坡与泥石流灾害的发育, 夏季暴雨、人类工程活动等诱发下灾害频繁, 风险加剧. 针对兰州地区滑坡与泥石流等山地灾害对区域社会经济的影响, 通过建立区域滑坡与泥石流灾害的空间数据库, 在GIS技术辅助下实现了专家经验模型和Logistic模型对滑坡与泥石流灾害危险性的预测, 其中滑坡Logistic模型准确性达到85.3%, 专家经验模型准确性达到74.2%; 泥石流Logistic危险性预模型准确性达到80.5%, 专家经验模型准确性达到90.5%. 随着研究的深入, 综合遥感、地理信息系统、全球定位系统和网络技术的灾害研究与应用将在灾害防治中发挥重要的作用.     

关于找矿模型的探讨

矿床类型是建立各类矿床模型的地质前提,矿床模型的应用方向是建立模型的关键,经验模型与理论模型交叉与融合是建立矿床模型的核心.这3条是矿床模型研究中必须坚持的原则,也是建立找矿模型的重要原则.它基本明确了找矿模型的定位和建设方向.所谓找矿模型,不管其成熟度如何,均以经验模型与理论模型的各类信息的兼收并蓄为基础,以找矿为目...     

水文模型在估算冰川径流研究中的应用现状

冰川径流估算是气候变化风险评估和水资源可持续管理的重要内容.冰川径流估算方法主要包括:直接观测法、冰川物质平衡法、水量平衡方程法、水化学示踪法和水文模型法.本文首先对五种方法的应用情况进行简要总结,进而重点阐述水文模型法在估算冰川径流研究中的应用现状.水文模型法是冰川径流估算研究中使用最频繁的方法,使用方式主要包括耦合冰川模块和开发新的冰川水文模型.冰川水文模型中的消融算法主要包括温度指数模型(度日因子法)、修正的温度指数模型、能量平衡模型.受当前观测条件限制,修正的温度指数模型兼顾能量平衡模型和温度指数模型的优势而成为冰川水文模型中最流行的方法.随着学科的发展进步,能量平衡模型与水文模型的耦合将会成为未来的研究重点,发展大尺度分布式冰川水文模型是冰川水文学的未来发展方向之一.     

基于MapGIS数据中心构建基础地理信息地图集模型

分析国家基础地理信息的数据内容及组成,基于MapGIS面向实体的空间数据模型,采用MapGIS数据中心的思想,类比主流数据库的数据模型,建立地图集模型,并对该模型的特征进行研究.描述了基于模型的空间数据建库、库一体化管理与表现和数据库的安全控制与维护等基本操作,并将此模型应用在国家基础地理信息数据库系统建设中.      

人工神经网络模型与新安江模型的应用比较

新安江模型是我国研制的经典的概念性流域水文模型,其参数往往通过人工试错法进行率定,在洪水的实时预报中需建立误差自回归模型来修正预报值.人工神经网络模型是一种数据驱动模型,它可以通过算法调节权值和偏王值来模拟信息,实现了模型参数的自动率定.在实时预报的应用中,人工神经网络模型可以根据计算误差调节权值和偏置值,反映水文过程的时变性,模型结构显得更加简洁.本文将两种模型应用于潢川流域并作比较.它们的预报结果都达到了作业预报要求.在实际应用中可以根据资料情况选择模型进行洪水预报.     

基于灰色关联度模型的区域滑坡敏感性评价

数理统计和机器学习模型如支持向量机(support vector machine,SVM)等,在区域滑坡敏感性评价中得到广泛的应用.但这些模型的建模过程往往较复杂,如在对机器学习进行训练和测试时难以选取合理的非滑坡栅格单元,而且有较多的模型参数需要确定.为提高滑坡敏感性评价建模的效率和精度,提出基于灰色关联度的敏感性评价模型.灰色关联度模型能有效计算各比较样本与参考样本之间的定量的关联度,具有建模过程简洁和评价精度高的优点,该模型目前在区域滑坡敏感性评价中的应用还没有引起研究人员的足够关注且有待进一步拓展.拟将灰色关联度模型用于浙江省飞云江流域南田—雅梅图幅(南田地区)的滑坡敏感性评价,并将得到的评价结果与SVM模型的敏感性评价结果作对比分析.结果显示,灰色关联度模型在高和极高敏感区的滑坡预测精度优于SVM模型,而在中等敏感区的滑坡预测精度略低于SVM模型;整体而言,灰色关联度模型对整个南田地区滑坡敏感性分布的预测精度略高于SVM模型.对两个模型建模过程的对比结果显示,灰色关联度模型建模较简单,具有比SVM模型更高的建模效率,为滑坡敏感性评价提供了一种新思路.     

井内混合效应与尺度效应对注入井附近溶质径向弥散过程的影响

径向弥散是指溶质在径向流场下的迁移规律,被广泛用于描述含水层修复领域中污染物的迁移过程.然而,在现有描述径向弥散的模型中,往往忽略了井内混合效应对溶质径向弥散的影响.建立新的注入井附近溶质径向运移动力学模型,同时考虑井内混合效应与弥散度的尺度效应.采用Laplace变换推导该模型的半解析解,利用Stehfest数值逆变换获取溶质在实数空间的解.通过与不考虑混合效应的模型对比研究混合效应对溶质径向弥散的影响,并利用室内渗流槽中的溶质径向弥散实验数据验证模型的合理性与适用性.结果表明:混合效应和尺度效应对注水井附近溶质径向弥散有显著影响.具体地讲,井内的混合效应越显著,在井壁处及含水层中的穿透曲线越低,溶质浓度达到峰值所需时间越长,与不考虑混合效应模型的差异越明显;随尺度效应的增强,溶质提前穿透且扩散范围变大,溶质浓度达到峰值所需时间越长;与前人的模型相比,本研究模型能更好地模拟注水井附近的溶质径向弥散问题.      

度日模型在冰川与积雪研究中的应用进展

度日模型是基于冰川与积雪消融和气温,尤其是冰雪表面的正积温之间的线性关系建立的.度日模型已广泛应用于北欧、阿尔卑斯山、格陵兰冰盖、青藏高原等地区的冰雪消融、冰川物质平衡及对气候敏感性响应、冰川动力模型以及冰雪融水径流模拟等的研究中.度日模型尽管是对冰雪表面消融能量平衡这一复杂过程的简化描述,但在流域尺度上,通常可以获取类似于能量平衡模型的输出结果.度日模型也有其不足之处,仍需进一步的改进与完善.     

非饱和土壤溶质迁移转化模型参数优化估算

在分析非饱和土壤中水分和溶质迁移转化规律的基础上,采用与坐标网格相适应的分块连续作用的水动力函数,研究模型参数最优化估算技术.运用Gauss-Newton最小化计算的Levenberg-Marquardt修正法来实现反求模型的迭代问题.该方法被应用于估算一维土柱和二维土槽试验研究模型的参数,探讨了参数给定与估算数量对参数的置信区间和预测效果的影响.经验证表明,参数优化估算技术是可行的,以此参数进行模型预测,其结果是可信的.     

三维地震建模与可视化

在地震模型与正演中利用已知资料或虚拟建立复杂的二维和三维地震模型, 对进行后续地震模拟和面元分析以及合理地设计观测系统等工作是非常重要的, 同时为地震资料处理解释提供了工具, 为反演方法提供了必要的基础.根据地震模型特点对地震模型建立及其在计算机上可视化的一些算法进行了简要阐述, 对能很好地实现三维地震模型可视化的克里格插值、Delaunay三角剖分算法的原理进行了分析研究.在SeisWay1.0“地震模型与正演”模块中根据以上算法所生成的模型数据生成三维地震模型.      

利用量子力学势能数据预测温度、压力、盐度和沉积物孔径对甲烷水合物形成和分解的影响

介绍一个预测不同温度、压力、盐度和沉积物毛细管孔径条件下甲烷水合物 溶液 气体多相平衡模型。该模型以Van der Waals和 Platteeuw热力学模型、量子力学从头算粒子相互作用势能、DMW 92状态方程和Pitzer电解质理论为基础,能在很宽广温压范围内预测温度、压力、盐度和毛细管力对甲烷水合物形成和分解的影响。通过对比本模型的预测结果与实验数据,可知本模型能够准确地预测海水和多孔介质中甲烷水合物的相平衡条件。对于一定盐度下多孔介质中甲烷水合物的形成温压条件的在线计算可浏览: www.geochem model.org/models.htm。     

洪水频率分析HSPPC模型应用研究

以复合随机点过程为依据,针对洪水风险率HSPPB模型之不足,结合洪水的超定量多次选样序列,探讨了一类新的洪水频率分析模型——HSPPC模型.结合长江中上游百余年的实测洪水和近千年的调查历史洪水资料,用HSPPC模型对某水利枢纽工程的洪水频率进行了计算分析.结果表明,HSPPC模型是一种切实可行的洪水频率分析模型,与传统的模型相比,在应用上具有更大的灵活性和适用性.     

频率域激发极化法有限元数值模拟

在频率较低和忽略电磁效应的情况下,利用有限单元方法和Cole-Cole模型对频率域激发极化法进行数值模拟.首先在三维地电条件下,给出电场的边值问题和变分问题,将Cole-Cole模型的频率响应引入到地电模型中,运用有限单元法对模型进行单元剖分、插值、积分和总体合成等,通过解方程最后得到表征频率域极化强度的参数幅频率.通过改变地电模型的参数,得到了不同的幅频率响应曲线.模拟结果与实际情况符合,表明该方法是正确和适用的.     

广义自相似性原理与模型

为了理解各式各样的具有广义自相似性特征的尺度不变性系统, 提出了1个称之为GSI (generalized scale invariance) 的理论体系.它阐述了大小尺度可以相互关联而不需要引入任何1个特有(具体) 尺度的最普通情形.在二维线性GSI理论的基础上, 形成了2个重要的各向异性尺度不变性量化模型: SIG (scale invariant generator) 模型和S-A (spectrum-area) 模型.SIG模型通过在频率域中估计GSI理论中代表旋转和层化程度的尺度不变性生成元的参数来量化各向异性尺度不变性.而S-A模型通过从二维频率域中能谱密度大于P元素集的面积与P之间关系的非参数模型对各向异性尺度不变性进行量化.如果研究的对象是1个混合模式(多个不同尺度的过程或作用叠加而形成的), S-A模型不仅可以对异性尺度不变性进行量化, 还可以对该混合模式进行分解.系统阐述了GSI理论、SIG模型和S-A模型, 并将SIG模型和S-A模型结合提出了既能对混合模式进行分解又能对分解后模式的各向异性尺度不变性进行量化的模型.      

裂隙岩体中非饱和渗流与运移的概念模型及数值模拟

探讨了裂隙岩体中非饱和地下水渗流与溶质运移的几种概念模型的构造及数值模拟问题 ,如裂隙网络模型、连续体模型、等效连续体模型、双孔隙度 (单渗透率 )模型、双渗透率模型、多组份连续体模型等。在裂隙岩体中 ,非饱和地下水的渗流可能只局限于岩体中的岩石组份、或裂隙网络 ,也可能在裂隙和岩石中同时发生 ;对前一种情形只需考虑单一连续体中的流动 ,而后一种情况则需要包括地下水在岩石和裂隙之间的交换。岩体中的裂隙网络往往是溶质运移的主要通道 ;但当溶质在裂隙与岩石之间的渗透和扩散是重要的运移机制时 ,就需要考虑岩石与裂隙界面处的溶质交换。为了模拟岩石与裂隙之间地下水和溶质的交换 ,就需要了解岩石与裂隙之间相互作用的模式和范围 ,使得这类问题的概念模型较单一连续体模型多了一层不确定性、其数值模拟也变得更为困难。因为在实际问题中不易、甚至根本不能判别非饱和渗流的实际形态 ,具体采用哪种模型主要取决于分析的目的和对现场数据的掌握程度。不论哪种模型都会受到模型及参数不确定性的影响 ,因此必须考虑与其他辅助模型的比较.     

多矿物测井解释模型及其在砂泥岩地层测井解释中的应用

多矿物模型分析基于测井响应分析原理,采用最优化解释方法处理砂泥岩地层和复杂岩性地层的测井资料,可分辨出单井剖面中地层矿物类别,进行矿物体积含量、孔隙度、饱和度等测井参数解释.该方法弥补了全井段取心分析费用高的缺陷,可为计算地层参数提供可靠的岩性模型.应用该模型在洛带气田进行了实例计算,获得连续的地层矿物含量和各种储层参数,与传统的SAND2模型测井解释结果和岩心分析结果对比后证实,多矿物模型分析优于传统测井解释模型.