在土槽尺度下的硝态氮迁移模拟研究

农业非点源污染研究是当前环境问题研究领域的重点和难点.目前而言土槽尺度下非点源模型的研究较少.利用大型土槽和人工降雨装置来模拟无植被坡地单次降雨过程地表径流中硝态氮迁移过程.在此基础上,适当选取ANSWERS-2000的子模块建立起具有一定机理的适用模型,来研究土槽尺度下无植被坡地单次降雨过程地表径流中硝态氮迁移过程.经过三次实验验证,模拟的径流总量误差在4%-15%之间,CP'A在0.7-12之间;模拟的硝态氮总量误差的绝对值在9%-17%之间,CP'A在0.6-1.1之间.结果显示降雨径流、硝态氮浓度模拟结果与实际观测值有较好的一致性,模型模拟效果较好,模型可用于该尺度下硝态氮迁移量计算,具有一定的研究参考价值.     

人工湖滨湿地磷素汇-源功能转换及理论解释

采用水动力弥散和吸附理论建立了表流湿地水-土界面磷通量模型,定义了湿地汇-源转换的临界水体磷浓度值.模型揭示,湿地对磷的截留是水动力弥散和吸附共同作用的结果.在湿地建成运行初期,吸附作用明显,临界浓度值较低,湿地较好地发挥截磷功能.随着湿地的运行,土壤吸附趋于饱和,吸附作用减弱,水动力弥散变为主导因素,临界浓度值增大,使湿地除磷功能减弱,在一定条件下,反而可能释放磷.本文建立的磷通量模型具有明确的物理基础,能解释湿地对磷去除功能退化的机理和汇-源转换条件.应用模型对抚仙湖马料河湿地的观测数据作了初步解释,该湿地运行两年后,临界磷浓度值为0.58 mg/L,湿地除磷功能明显衰退.     

鄱阳湖入湖、出湖污染物通量时空变化及影响因素(2008-2012年)

研究鄱阳湖入、出湖污染物通量是加强鄱阳湖及长江水功能区限制纳污红线管理的前提,是建立鄱阳湖水质预测模型的基础.基于2008-2012年鄱阳湖8条主要入湖河流、出湖口的逐月水量、水质同步监测资料,根据污染源特征优选算法,计算总磷(TP)、氨氮(NH3-N)、高锰酸盐指数(CODMn)的入、出湖污染物通量,并分析时空变化特征及影响因素.结果表明:(1)出湖口和乐安河入湖口断面的NH3-N、TP及昌江入湖口断面的TP,以点源污染为主,采用每月瞬时通量作为月平均通量的算法更准确;其余以非点源污染为主,采用瞬时污染物浓度与月平均流量之积来计算月平均通量更准确.(2)2008-2012年CODMn、NH3-N和TP年平均人湖通量分别为304398、53063和9175 t,年平均出湖通量分别为367436、45814和8452t.8条入湖河流每年的入湖水量、CODMn通量和个别年份的NH3-N、TP通量小于出湖,这主要是因为未计算区间产流及相应排污和采砂引起的内源污染.(3)入、出湖污染物通量在年际间主要受水量影响而呈现W型波动变化趋势,CODMn、NH3-N、TP入湖通量及CODMn出湖通量均集中在汛期,NH3-N、TP出湖通量则是冬季较多(低水位下湿地植被净化作用受限).入湖TP、NH3-N、CODMn通量主要来自赣江、信江、乐安河,而NH3-N、TP浓度最高的是乐安河、信江.     

数字岩心宽频带动态应力应变模拟方法及其对含裂隙致密岩石频散和衰减特征的表征

利用数字岩石物理技术表征复杂非均质多孔岩石跨频段的频散和衰减特征对于综合利用多尺度的地球物理数据进行地层非均质性的刻画具有重要的意义.现有的描述波致流体流动引起的频散和衰减效应的数字岩心动态应力应变模拟方法主要为单频率模拟方法,需要在不同的频率进行多次模拟才能刻画频散和衰减特征.本文提出了宽频带动态应力应变模拟方法,通过给数字岩心加载一个快速趋于恒定的宏观应变,采用波场正演技术求解数字岩心内部流固耦合的应变场和应力场,模拟数字岩心内部的应力松弛过程,从而通过一次模拟计算目标频段范围内连续的频散和衰减曲线.该方法可以成功地用于刻画含裂隙致密岩石挤喷流效应引起的速度频散和衰减特征,并通过数值模拟较为系统地揭示致密地层中控制挤喷流效应的主控物理因素,这些认识也与现有挤喷流效应的理论模型有较好的吻合.     

基于辛-谱元方法的地球自由振荡保弥散衰减数值模拟

对大地震激发的全球自由振荡的研究是探查地球内部结构的重要研究方向之一.以地球自由振荡数值模拟高精度、长时程、全球模拟的需求为导向,本文提出了一种适用于地球自由振荡高精度模拟的辛格式-谱元保弥散数值模拟方法.真实地球介质中弹性波能量的衰减成因复杂,对于甚低频情形,地球自由振荡的弥散衰减不容忽视.本文将保结构数值方法拓展至非保守动力学系统,发展了适用于弥散-黏弹阻尼介质弹性波方程的保弥散低阶辛格式数值模拟方法,将其应用于全球尺度地球自由振荡衰减效应数值模拟.数值模拟结果表明等效弥散衰减为地球深部(地核)自由振荡衰减的重要成分,并得出地球外核的等效弥散衰减系数.本文提出的方法为通过自由振荡研究探索地核非均匀性提供了一条的新途径.     

城市污染河道沉积物可提取态氮的提取方式比较

以城市污染河道——南京仙林大学城九乡河表层沉积物为研究对象,探讨沉积物常用提取剂(1 mol/L KCl、2 mol/L KCl、4 mol/L KCl和0.01 mol/L CaCl2)在不同液土比(5∶1、10∶1、50∶1和100∶1)条件下,对城市污染河道沉积物可提取态氮(NH4+-N、NO3--N)测定的影响.结果表明:KCl的提取效果要优于CaCl2,二者NH4+-N提取量分别为312.17～479.23、177.52～339.31 mg/kg,NO3--N提取量分别为4.49～21.56、4.25～8.53 mg/kg;可提取态氮提取量随液土比增高而增大,其中1 mol/L KCl组,液土比100∶1时NH4+-N和NO3--N提取量分别比液土比5∶1时增加41.97%和187.08%;NH4+-N提取量随提取剂浓度增高而增大,NO3--N随提取剂浓度增高而降低;采用1 mol/L KCl提取剂、液土比100∶1的组合联合提取城市污染河道沉积物中的NH4+-N、NO3--N,提取效果较好.     

土中Love波弥散特性

利用有限单元法及解析法建立和求解了土中Love波特征方程以及位移计算公式．计算结果表明,这一计算方法比纯解析法优越,可以用来分析均质和非均质上中Love波弥散性．本文利用这一方法详细讨论了Love波在上软下硬地基及软夹层地基中的传播特性和弥散特性．上软下硬地基Love波具有弥散性,土层的剪切波及厚度对Love波弥散曲线影响较大,而质量密度的相对变化对Love彼弥散曲线影响较小．软夹层地基中低频时Love波以第一模态波为主,现场所测为第一模态波波速;高频时存在多个高模态波,土中传播的波为这几个高模态波的叠加波,现场所测波速随两传感器的位置不同而有波动．     

气象条件对淀山湖水质的影响

根据2007-2014年淀山湖湖体每月高锰酸盐指数(CODMn)、氨氮(NH3-N)、总氮(TN)和总磷(TP)等水质资料和青浦区气象局月平均气温、降水量和日照时数等气象资料,运用数理统计方法和特征值比较法分析淀山湖湖体CODMn、NH3-N、TN和TP等水质资料变化规律及温度、降水和日照时数等对水质的影响.结果表明:(1)气象条件影响淀山湖湖体水质.平均气温、日照时数影响NH3-N、TN和TP浓度,表现在平均气温高、日照时数多,NH3-N、TN浓度降低,相反平均气温低、日照时数少,NH3-N、TN浓度升高;平均气温高,也会使TP浓度上升,平均气温低,TP浓度降低.降水对水体中CODMn、NH3-N和TN等浓度有稀释作用,降水量多的月份其浓度偏低,相反降水量少的月份其浓度偏高.(2)受气象条件影响,CODMn、NH3-N、TN和TP有季节变化.CODMn浓度4-9月较高,10月翌年3月较低;NH3-N、TN浓度最高值出现在2-4月前后,最低值出现在7-10月;TP浓度最高值出现在7-8月,最低值出现在10月翌年5月.(3)淀山湖CODMn、NH3-N、TN和TP浓度呈下降趋势.     

湖泊底泥疏浚环境效应:Ⅱ.内源氮释放控制作用

通过为期一年的疏浚模拟试验,在试验室培养疏浚与对照柱样研究了底泥疏浚对内源氮释放的控制效果.研究结果发现,疏浚表层30cm能够有效的消减沉积物中有机质含量与孔隙水中NH4+含量.在一年的试验周期内,疏浚和对照柱沉积物-水界面的NH4+通量分别为5.3至18.6mg/(m2·d)与-9.4至67.5mg/(m2·d),疏浚柱沉积物-水界面的NH4+通量总体上低于未疏浚对照的通量,尤其是在温度较高的月份,从2006年5-12月疏浚柱沉积物-水界面NH4+释放通量显著低于未疏浚对照柱,疏浚沉积物的NH4+的释放潜力低于未疏浚对照沉积物.研究结果表明,在外源得到有效控制的前提下,底泥疏浚是消减研究区内源氮负荷有效的技术手段.     

太湖沉积物中镉的赋存形态及其与河蚬体内富集的关系

通过实验室模拟的方法,将河蚬暴露于镉(Cd)污染太湖沉积物中,研究河蚬软体组织中Cd富集量及其水环境中Cd的分布规律.同时采用薄膜扩散梯度技术(DGT)和BCR形态分析法分别测定沉积物中Cd的有效形态和释放规律.以获得三种方法预测沉积物基准方法的适用性.结果表明,随着加标浓度增大,DGT和BCR测得Cd浓度值增高,上覆...     

基于微结构-尺度双分解的页岩随机介质模拟和非均质特征分析

页岩储层矿物颗粒、孔/裂隙、干酪根等微观结构呈现明显的尺度化分布特征,常规的单结构单尺度随机介质模拟方法难以完整描述和重构微观尺度的页岩储层介质,本文提出了一种微结构-尺度双分解的随机介质模拟方法.基于龙马溪组页岩数字岩心,将岩心切片按照占比分解为脆性矿物、孔隙、干酪根及背景介质四种类型,对脆性矿物、孔隙和干酪根三种微结构进行尺度分解,通过优化随机介质模型参数,实现精确模拟不同尺度的微结构组分,再按占比进行微结构-尺度双合成.结果表明,微结构-尺度双分解随机介质模拟大幅度提高强非均质页岩储层介质的建模精度.     

运用分形方法模拟地震勘探中的三维随机介质

实际的地震勘探遇到的是复杂随机介质,常规层状介质地震波场理论已经不能适应于高精度地震工作,需要进一步发展非均匀介质地震波场理论.本文首次给出了运用分形方法建立三维随机介质的具体算法;其次引入了三维锥形函数来压制建模时产生的离散误差;最后,通过建立几种三维随机介质模型来讨论尺度系数和豪斯特指数对模拟结果的影响,并且简单构建了区域多尺度随机介质模型.模拟的结果表明,分形方法可以更方便、灵活地模拟三维随机介质.针对南海某地区生物礁储层非均质性强的特点,在建立生物礁速度模型时,对目标区充填了多尺度的分形随机介质,波动方程正演模拟结果表明,分形随机介质可以用来描述生物礁等非均质性储层.     

基于Park三参数模型的剪切滞变模型

针对深梁、短柱和剪力墙等剪跨比较小的构件在结构非线性分析中需要考虑剪切效应的情况,在Park三参数滞变模型的基础上,参考大量文献后,建议了短柱、剪力墙和核心筒三种构件的剪力-剪切变形曲线本构关系特征点的参数取值,给出了剪跨比较小构件的剪切滞变模型。采用该模型分别对短柱、剪力墙和核心筒三个试验模型进行了模拟和分析,分析结果与试验结果的对比表明,所给模型可较好地模拟试件的剪切效应及实际抗剪承载力水平。该模型的建立可为结构非线性分析中有效考虑剪切效应提供参考。     

平原河网区降雨径流污染负荷测算——以太湖流域望虞河西岸为例

如何精细量化降雨径流污染负荷是流域尺度实现面源精准治污全过程控制的重要前提.本研究以水污染较为严重的望虞河西岸综合示范区为例,通过开展不同土地利用类型的降雨观测实验,修正SCS-CN模型中的初损率,并基于土地利用类型遥感解译和降雨径流污染物浓度测定,精细刻画降雨径流中总磷(TP)、总氮(TN)、氨氮(NH3-N)、化学需氧量(COD) 4类主要污染物的时空分布格局.结果表明:研究区绿地和农田、硬质地表的降雨初损率分别为0.3和0.9;径流深、污染负荷与降雨深之间存在显著的正相关性.随着降雨量逐年递减,研究区降雨径流中TP、TN、NH3-N、COD四类污染物的负荷量分别从2017年的190、1359、445和16041 t减少至2019年的118、949、314和11250 t;单位面积TN和COD负荷最高的用地类型是农村住宅用地,草地的四种污染物单位面积负荷均最低,林地次之.相关研究结果为望虞河流域水污染控制提供了基础数据,也为定量测算平原河网区面源污染负荷提供了方法参考.     

断层气氡在不同类型覆盖层中迁移规律的数值模拟

断层气氡浓度是探测断层位置与断层活动性的一种有效手段.该文基于Abdoh和Pilkington提出的氡迁移二维偏微分方程与相应的边界条件,建立内部含裂隙、裂隙系-断层带和非均质等3种覆盖层物理模型,在Matlab平台上运用偏微分工具箱(pdetool)与非线性求解函数(pdenonlin),对模型求解以及模拟覆盖层中氡迁移.通过对3种模型的模拟结果分析,分别解释了地表氡异常点与断层带位置不同步现象,覆盖层厚度对氡浓度曲线形状的影响,以及土壤结构性质对氡异常强度和异常形态的影响.     

细观非均匀性对岩石破裂过程和微震序列类型影响的数值试验研究

运用岩石破裂过程分析RFPA2D系统，研究了岩石介质细观非均匀性对宏观力学行为的影响和微震序列特征. 通过对不同均质度系数m=1.1，1.5，2，3，5的5个样本进行破裂过程的模拟，发现均质度不同会产生不同地震序列类型，主要有：前震-主震-余震型、主震型和震群型. 此外，对5种不同均质度系数的岩石样本破裂过程的模拟表明，岩石介质的非均匀性不仅对岩样宏观强度和宏观变形非线性行为有显著的影响，而且也显著地影响试样破裂模式. 随着均质度系数的提高，主破裂呈现脆断模式. 同时介质的细观结构随机性，也对试样宏观破裂模式产生重要影响.     

[专稿]湖泊沉积物-水界面研究进展与展望

湖泊沉积物-水界面是以水层/沉积层物相为基础、具有一定立体尺度的交接面,界面上所发生的由生物积极参与的物理、化学和生物学微小反应和环境变化,都会对界面附近物质的状态和迁移转化行为产生着复杂影响.本文首先回顾了沉积物-水界面研究100多年来的发展历程及国内外近20年发展.然后系统介绍了国际上对沉积物-水界面的物理尺度与结构的宏观和微观认识;重点综述了沉积物间隙水的取样、物化性质的多维测定与结构表征、过程的静态和动态模拟等湖泊沉积物-水界面研究技术与方法;分析和展示了氮磷等营养物、重金属和持久性有机污染物在湖泊沉积物-水界面迁移转化过程的研究进展;总结和归纳了在沉积物-水界面过程的模型研究、沉积物-水界面物质交换的定量化、界面过程与湖泊生态环境灾害关系等模型与过程效应方面的研究成果.最后对沉积物-水界面信息获取技术的研发方向、界面物质交换定量化研究的关注点,以及加强模型的应用和构建等方面进行了展望.     

浦东机场候机楼竖向地震行波效应时程分析

文中以时程分析方法,通过数值计算研究了上海浦东机场(二期)候机楼的竖向地震行波效应。计算结果给出了屋面空间结构有代表意义的节点位移和杆件轴力的行波效应变化曲线,还给出了柱钢-混凝土节点和Y型钢节点的弯矩和轴力的行波效应变化曲线,探讨了这些节点和杆件的相关物理量在竖向地震行波作用下的变化规律,得出了屋面空间结构和柱节点的地震行波效应趋势和相应的行波效应影响系数和一些适于工程应用的结论。     

曝气充氧对城市污染河道内源铵态氮释放的控制

以城市污染河道沉积物和上覆水为研究对象,利用模拟实验方法,探讨不同曝气充氧方式(水曝气EW、底泥曝气ES)对污染河道內源铵态氮(NH4+-N)释放的影响.研究结果发现:从间隙水和沉积物中NH4+-N的削减效果来看,底泥曝气均要优于水曝气;实验结束后,底泥曝气组沉积物与间隙水中NH4+-N含量分别减少63.39%和43.33%,水曝气组分别减少了7.54%和13.98%;从沉积物-水界面NH4+-N的扩散通量变化来看,水曝气组界面通量高于对照组,其变化规律与对照组相似;底泥曝气组沉积物-水界面NH4+-N扩散通量变化过程完全不同于其它两组,在整个试验周期内(除第5 d以外),底泥曝气组的通量低于水曝气组,在第15 d最低,为13.73 mg/(m2.d),仅为水曝气组和对照组的14.68%和19.93%,表明底泥曝气组沉积物NH4+-N的释放潜力低于水曝气组沉积物.     

高耸混凝土烟囱土-结构相互作用地震反应分析

目前在高耸混凝土烟囱结构抗震设计和抗震性能评估中,由于缺乏合适的计算模型,一般采用刚性地基假定而忽略土-结构相互作用效应,或者采用传统的集中参数模型而忽略土的非线性特性。针对此不足,本文选用240 m高的钢筋混凝土烟囱作为研究对象,采用OpenSees程序,基于非线性文克尔地基梁模型和基于柔度法的分布塑性梁柱单元,建立了土体-基础-上部结构共同工作的整体非线性有限元分析模型,详细介绍了非线性文克尔地基梁模型主要参数的确定方法;研究了地基土非线性对高耸烟囱结构地震反应的影响,给出了考虑土-结构相互作用效应后结构周期、上部结构的内力和变形分布的变化规律。分析结果表明:考虑土-结构相互作用后,结构的自振特性、内力及节点位移都发生了不同程度的改变;考虑土体非线性特性的土-结构相互作用模型,峰值截面弯矩、剪力及截面曲率延性系数与不考虑土-结构相互作用时的结果之比分别介于0.921~1.219、0.732~1.29和0.822~1.536;而不考虑土体非线性特性的土-结构相互作用模型,峰值截面弯矩、剪力及截面曲率延性系数与不考虑土-结构相互作用时的结果之比分别介于0.838~1.578、0.92~1.76和0.656~2.831。不考虑土体非线性特性的土-结构相互作用模型的峰值截面弯矩、剪力及截面曲率延性系数的取值总体上较大,高估了烟囱结构在地震荷载作用下的内力需求。