天津港地区土层剖面随机场特征参数的估计

天然地基或人工地基在形成过程中,不同位置的土由于成因相似,其物理力学特性指标具有空间自相关性,这种空间自相关性可以用随机场理论进行研究。为估计天津港地区土体物理力学性质的空间随机场特性,采用了现场钻孔取样、静力触探等方法获取了大量的描述土体物理力学性质的参数。由于静力触探试验能够连续取样以获得足够多的数据来进行随机场分析,文章主要应用静探数据检验了该地区土性指标的平稳性和各态历经性,指出应用Vanmarcke的随机场模型对土性指标进行分析具有可行性。本文的创新点在于探讨了天津港地区随机场模型的建立方法并应用改进的完全不相关距离方法估计了天津港地区典型土层剖面的随机场特征参数。为随机场理论应用于天津港地区岩土工程可靠度分析打下了坚实的基础。相同的方法可用于其他地区土层随机场特征参数的估计。     

感潮河流准动态水质回荡模型的研究

根据感潮河流的水流特性,研制了准动态水质回荡模型,并利用相似的皮尔逊-Ⅲ型分布曲线对其进行求解,提出了模型参数的计算方法。该模型适用于可降解有机污染物浓度的分布变化分析,经黄浦江干流氨氮浓度资料验证,成果比较满意。     

基于EnKF融合地球物理数据刻画含水层非均质性

含水层非均质性的刻画是模拟地下水中污染物运移的关键。以渗透系数为研究对象,构建了综合集合卡尔曼滤波方法、有效电阻率模型与地下水运移模型的同化框架,通过融合地球物理观测数据与污染物浓度观测数据来推估渗透系数的空间分布。基于理想算例,验证了该同化框架刻画含水层非均质渗透系数场的有效性,并针对不同初始参数信息与观测类型对比了耦合与非耦合水文地球物理方法的适用性。研究结果表明:基于集合卡尔曼滤波方法同化多种类型的观测数据,可有效地推估非均质参数空间分布。当初始信息较准确时,耦合方法的参数推估精度更高;初始信息存在偏差时,非耦合方法有更好的同化效果。由于非耦合方法计算成本较低且对初始信息缺失时适用性更强,在实际应用中可先基于非耦合方法初步估计参数,再利用耦合方法进一步提高参数推估精度。融合多种类型观测数据可有效提高参数推估效果。     

岩体结构随机模型模拟方法

本文论述利用勘探平硐资料研究岩体结构面分布规律及进行岩体结构面随机模型模拟方法。文中首先论述了描述结构面空间分布规律的五个几何参数,即产状、形态、规模、密度和张开度及其相应的概率分布型式;其次简单的介绍了 Monte-Carlo 方法在模拟结构面分布中的应用;最后结合三峡工程实例,论述了利用坝基勘探平硐编录图及现场记录估计结构面产状、迹线长度、中点密度分布参数的方法,并且给出了在参数估计基础上进行 Monte-Carlo模拟的部分结果。本文为岩体结构力学分析提供了一个定量的结构模型。     

非饱和水分运动参数空间变异与最优估值研究

以野外砂壤土30m×30m空间的实测土壤参数试验为基础,通过对实测数据的统计分析得到饱和水力传导度KS及容水度C遵从正态分布,而孔隙大小分布参数α遵从对数正态分布。应用变差函数对参数KS和α的空间结构进行分析得到两参数的空间结构可用球状变差函数模型进行描述。根据Kriging最优估值理论,分别对两参数空间的值进行了估计,结果表明本研究的野外实测试验点的数目减少26%即可满足精度要求,同时与克立格方法相比采用协克立格方法对参数lnα进行估计,其估计方差平均减少6.87%。     

基于压缩感知理论的缺失地震数据重构方法

压缩感知是一种新的理论,它打破常规尼奎斯特-香农采样定理的制约,利用信号的稀疏特性或可压缩特性,用较少的数据即可重构恢复完整的信号。建立了基于压缩感知理论的缺失地震数据重构模型。首先在与稀疏变换不相关的测量矩阵基础上引入一种约束矩阵,使地震数据的缺失满足或接近高斯随机分布;随机缺失的地震数据变换到稀疏域会产生很多与有效信号不相干的随机噪声,接着通过一种新的自适应阈值迭代算法可以很好地消除稀疏系数中的随机噪声干扰,经过逆稀疏变换即得到重构后的地震数据。Marmousi 2模型测试及实际地震资料处理均验证了该方法的可行性和有效性。重构缺失地震数据取得了较好的效果。     

应用灰色系统模型预报水质变化

本文应用地下水的污染质单离子浓度实际资料，介绍灰色理论GM（1，1）模型在地下水水质变化预报中的可能性，并给出两种参数白化微分方程的求解方法，克服了逆矩阵计算上的困难。     

苏中腹地湖相软土土性参数变异性统计描述

基于江苏中部某高速公路工程地质勘察所提供的大量室内试验测试数据,运用随机场理论,将土层剖面模拟为随机场而非传统意义上的随机变量,提出了基于随机场理论、考虑空间趋势分量的土性参数变异性统计方法,系统地统计分析了苏中腹地湖相软土土性参数的变异特性,对比了实验室物理性质指标参数、变形参数和强度参数变异性特征。统计结果表明,该地区软土实验室物理性质指标参数变异性较小,不存在明显的趋势分量,可用传统方法进行统计估计;实验室变形和强度参数存在明显的趋势分量,统计前需对数据进行回归分析和去趋势化处理,从而基于随机场理论进行统计分析。研究不仅提供了土性参数变异性统计的新方法,而且能对苏中地区工程建设提供必要的参考,为区域性软土土性参数随机场模型的建立打下了坚实的基础。     

太湖流域污染负荷模型研究

在大量参数试验和调查的基础上,通过研究太湖流域各种点源和非点源污染负荷的排放去向、产生量和处理系数,建立了太湖流域污染负荷模型。该模型的计算结果为太湖流域水质模型的模拟提供了污染源的各种污染负荷完整的输入资料,不再需要繁杂地整理和准备太湖流域水质模型必须输入的各种污染负荷数据。可以通过图形直观地显示太湖流域各种污染源的污染物产生量和处理量,使整个流域上难以直接量测的各种污染负荷得到量化。     

基于模型约束逆建模的储层物性参数估计方法

在油气储层的预测工作中,储层物性参数估计是重要的组成部分,从弹性参数中准确地估计出储层物性参数有助于油气藏品质的评价。以岩石物理理论为基础,基于地震岩石物理建模理论,提出了一种模型约束的岩石物理逆建模方法。针对目标储层的岩石物理特点,通过地震岩石物理模型建立起弹性参数与储层物性参数之间的定量关系。根据这种关系在三维物性参数域中计算出输入的弹性参数的等值面,利用不同弹性参数的等值面的空间交会进行物性参数的估计。由于输入数据可能包含误差或不确定性,为此在估计方法中加入模型约束,增强估计方法的稳定性,减少估计结果的误差。通过模型数据进行试算证明了方法的准确性和稳定性。将本方法应用于实际工区数据,取得了较好的估计效果,证明方法具有一定的实用性。     

基于不确定性分析框架的动态环状河网水质模型——以温州市温瑞塘河为例

以温州市温瑞塘河为背景,基于不确定性分析的框架,开发了动态环状河网水质模型。用HSY(Hornberger,Spear and Young)算法作水质参数的不确定性分析,求得模型参数的空间分布,从而提高模型使用的可靠性、降低决策的风险度。模型由水量子模型及水质子模型两部分组成:水量子模型采用圣维南方程并用四级解法求解;水质子模型采用CSTR(Continuously Stirred Tank Reactor)模型的机理,并结合环状河网特征作了修正,由于只需解常微分方程,因而避免了矩阵求解,显著提高了计算效率,使得用HSY算法进行不确定性分析成为可能。模型选取温州市温瑞塘河流域的鹿城区河网进行了首次应用,用HSY算法率定水质参数并讨论了参数的不确定性。对参数率定结果进行验证,结果比较理想。最后简要讨论了参数不确定性传递。     

河网非稳态水环境容量研究

基于“河道-节点-河道”法的河网水量水质数学模型具有很高的效率,但到目前为止还没有与此求解方法相对应的河网水环境容量的求解方法,在对河网水质模型进行深入分析的基础上,引入节点污染物质允许进入量的概念,求出河网各河道河段及节点的允许排放量,建立了相应于上述水质模型的求解大型河网非稳态水环境容量的“节点-河道-节点”计算模式     

基于未确知信息的环状河网水质数学模型研究

以圣维南方程组、对流扩散方程以及未确知信息理论为基础,建立了环状河网一维水动力与未确知水质数学模型。采用Preissman四点隐格式法对圣维南方程组进行离散和采用显式差分对对流扩散方程进行离散,对河网水动力与水质分别进行了合理的编码,并考虑了泵闸等控制工程、降雨径流的影响,采用河网的三级解法编制河网非恒定流的计算程序求解各断面的水位Z和流量Q,实现了水动力和水质两模块之间的数据连接,且对微分形式的水质模型运用未确知数学理论进行了含有两个未确知参数的水质计算,从而不仅能获得污染物浓度区间值,还能得到相应的可信度。实例研究表明,建立的河网水动力模型和未确知信息的水质模型是可靠的,可以用于河网水质治理工程的数值模拟研究和水环境评估。     

基于非充分掺混模式的流域来水组成模型

针对如何减小数值求解对流输运方程耗散误差的问题,引进断面计算浓度的概念来计算河段平均浓度,提出了非充分掺混模式的有限控制体积法离散对流输运方程的新算法,据此构建了模拟流域内的水源组成以及不同水源在流域内的时空变化情况的流域来水组成模型。通过数值试验与具体实例验证,结果表明所提出的非充分掺混模式的新算法可有效地提高流域来水模型的计算精度。     

GIS网络分析技术在河流水污染追踪中的应用

在分析河流水环境系统特征的基础上,探讨了GIS网络分析技术在河流水污染追踪中的应用方法。主要内容包括数字化河系网络模型的建立、河流水环境数据库的建立与集成、河流水污染追踪应用的方法与步骤,并以汉江流域河系为例,进行了原型研究。     

考虑污染源强随机变化的感潮河流环境容量优化

考虑污染源强随机变化和感潮河流潮周期内动态水文条件对水质的影响,建立了优化污染负荷分配的流域水质管理模型。模型以总的允许排污量最大为目标函数,流域的水质控制点达标为约束条件。假设排污量是服从对数正态分布的随机变量,并且以潮周期内水质达标的概率作为衡量控制点达标的依据。采用遗传算法对该随机规划模型进行求解。研究结果表明,污染负荷优化分配结果能够满足随机条件下的水质达标率要求,并且与传统的确定性线性规划模型的分配结果相比有着明显差别。同时证实了遗传算法能够有效地解决复杂的随机规划模型。     

基于ArcGIS和DEM在水文流域模拟中的应用

利用ArcGIS软件中的水文分析工具,在DEM表面之上再现水流的流动过程,最终完成水文分析过程。列举实例对ArcGIS与DEM数据进行提取河网、河网分级、生成流域边界等水文分析工作,对形成的水文模型与真实地形进行比较和分析误差。实验结果表明模拟出的河网与水利部门提供的地形资料基本相符,后续研究可利用更高质量的DEM影像进行提取。     

淮河中游水量水质联合调度模型研究

针对淮河中游的特点,建立了一个能适应水系密布、河网交错、水库闸坝众多、相互制约等复杂水流条件和防污调度要求的一、二维水量水质耦合的非恒定流模型。采用1999年和2004年淮河中游的联防调度实测资料对模型进行率定和检验的结果表明,所建模型能够准确客观地描述淮河中游洪水、污染物的运动规律,预测和评价各种调度方案的改善水质效果。     

环状河网水质模型在水污染控制规划中的应用

结合一维圣维南方程及CSTR水质概念模型的机理,开发了平原环状河网非稳态水质模型,并用于温州市温瑞塘河水污染控制规划的编制中。模型由水文子模型和水质子模型两部分构成,描述了水体中COD、氨氮和DO浓度随时间、空间的动态变化。利用新开发的模型,采用试错法,估算了河网的水环境容量,并以此为基础确定了远、近期污染物排放控制目标;通过研究水质恢复的滞后性,提出可以采取引水冲污、人工曝气复氧等非常规措施来改善河网水质;并且利用情景分析方法,分别设定不同流量与不同开闸方式相组合的9种冲污情景,定量化探讨了引水冲污方案;根据曝气复氧对河网水质改善的作用特征,筛选出需要曝气复氧的重点河段和次重点河段。     

河流水质状况的数理分析

河流水质状况的好坏是自然环境优劣的一个主要因素,以前对水环境的评价只局限在某些水质指标的化验成果来判断河流的水质类别,零散单一,且不直观。采用曲线图形判断和数理统计的偏差分析,可以直观地反应河流水质状况的历史变化过程和即时效应情况,可实用方便地对河流水质状况进行监控和分析。