航磁异常总梯度模反演方法的实用化改进及软件研制

通过采用网格数据文件按列与分块随机存取技术,使得大数据量网格位场异常总梯度模的计算及数据极值点的自动搜索和连续追踪反演成为可能;提出自动搜索出总梯度模网格数据极大值点后沿异常走向方向连续追踪相邻极大值点串的做法,所获极值点串的连线能够更直观和有效地反映磁性或密度地质体与构造边界(或中心)的水平位置.经实用化改进研制的反演软件,其模型及实际数据计算均获得较好的预期效果.     

构造应力场三维数值模拟的有限单元法

目前构造应力场的研究主要是基于平面的二维分析,随着油气成藏过程三维模拟的发展,应力场的三维数值模拟显得越来越重要.从三维空间角度出发,分析了应力场的有限元模拟与求解的整个过程.基于不规则六面体单元的角点网格数据模型,对有限元求解法进行了分析与研究并提出计算方法.基于不规则角点网格数据模型的三维构造应力场有限元计算方法是本文的创新点.最后用上述方法对东营凹陷的牛庄-王家岗区域三维应力场进行了实际模拟计算,计算结果相比于其他数据模型更符合实际情况.      

最小二乘配点法在地下水流向河渠水头计算中的应用

最小二乘配点法是用于地下水流计算的一种新型、高效的无网格方法。此方法是在径向基函数配点法的基础上,对计算域进行节点离散,并布置辅助点,近似函数仍然通过节点构造,微分方程在节点和辅助点上都严格满足,从而计算精度更高。而且此方法不需要背景网格,效率高,形式简单。利用该方法计算地下水流向河、渠中的非承压含水层稳定流和非稳定流问题,算例表明,该方法有很好的精度且计算量小,比径向基函数配点法有更精确的结果。     

径向点插值法在波浪传播数值模拟中的应用

针对波浪数值模拟中基于矩形网格的数值方法在深水到浅水的网格间距选择与复杂边界处理上的缺陷,以及基于正交曲线网格和无结构网格的数值方法前处理工作复杂的问题,引入最近在计算力学中发展起来的无网格法——径向点插值法,对经典的双曲型缓坡方程进行空间离散,并在时间上采用四阶Adams-Bashforth-Moulton格式求解建立近岸波浪传播数学模型,通过椭圆形浅滩地形和环形河道的波浪传播计算验证,表明该无网格方法可较为有效地模拟近岸波浪的传播变形,且在处理复杂边界时具有较高的精度.     

最优化波数在点源二维有限元正演计算中的应用

文章结合地电模型给出了计算误差随最优化波数个数的变化曲线,揭示出该曲线上存在突降稳定点,这一规律使计算所需波数大大减少。研究还发现误差随网格加密参数曲线上也存在突降稳定点。上述规律的发现可以大大节省二维有限元正演的计算时间,使之在反演中的充分应用成为可能。     

一维地下水非稳定流计算的配点法

传统的地下水数值计算方法(如有限元法和有限差分法)都需要网格或单元,网格生成需要占用大量的计算时间,求解所需数据量也较大。配点型无网格法摆脱了网格和单元的限制,只需节点信息,且节点布置灵活,易于实施。本文将配点型无网格法应用于解决一维地下水非稳定流计算问题,用MATLAB编制相应的程序,将结果与解析解和传统方法的计算结果相比较,计算得到的结果与解析解吻合很好,精度较高,计算过程简单,稳定性好。     

曲率计算公式的改进及应用效果

曲率属性近年来在构造识别和解释上得到了迅速的发展和应用,而曲率计算通常使用3×3网格单元对局部曲面作最小二乘法逼近,由Roberts推导并给出了具体的计算公式,该方法在求取曲率值时带来了大量噪声。采用5×5网格单元对局部曲面进行最小二乘法拟合,导出了5×5网格单元求取曲率的计算公式,并对3×3网格、5×5跳点网格、5×5网格求取曲率的结果进行了对比。结果表明,改进后的曲率计算方法抗噪能力显著增强。      

水利网格计算研究

水利网格计算是通过水利网将分布在全国不同地区的大量计算机相联并协同工作,从而形成具有统一调度管理功能的大型计算机,将水利部门各处计算机的处理能力合在一起,可为数据集中处理应用提供巨大的处理能力.利用水利网格计算,无须购买和维护超级计算机,也能利用其巨大的计算能力,完成计算任务.本文介绍了水利网格计算构想、实现水利网格计算所需运行环境、框架结构和功能,同时介绍了水利网格计算实施中可能存在的问题,为水利网格计算的实施提供一个可操作的建议.     

边坡稳定强度折减有限元分析中的若干问题讨论

强度折减有限元法在边坡稳定性分析中得到了广泛应用,但仍存在一些问题未能很好地解决。首先探讨了不同单元类型对边坡稳定安全系数计算精度的影响,指出采用三角形二阶单元,能够较好地模拟土坡的渐近破坏过程,且相对网格大小控制在0.1～0.15之间时能获得较精确的解;其次讨论了边坡失稳的4个判据问题,指出在合理网格大小区间内,有限元强度折减至土坡破坏时,先后出现塑性区贯通、等效塑性应变带贯通、位移陡增与数值计算不收敛等4种表征,以此分别作为边坡失稳判据,所得到的安全系数具有较好的一致性;最后讨论了边坡破坏时滑动面深浅、滑出点位置与坡体材料的黏聚力、内摩擦角及坡角间的关系,指出黏聚力越大、内摩擦角越小或坡度越小,滑动面越深,且滑出点越远离坡脚。     

用OpenGL绘制物化探数据等值线

在Visual C 6．0环境下调用OpenGL库用网格法绘制标准物化探数据等值线，以图示形式给出数据集的二维和三维方式的等值线图，并给出相应的数字高程模型图，方便用户分析和理解数值分布情况。用线性内差法计算所有网格边上的等值点，横边上的等值点到前一个最近网格点的距离存放在二维数组X中，纵边上的等值点到下一个最近网格点的距离存放在二维数组Y中。调用自编的搜索函数在网格边上搜索等值线的线头，用追踪函数对这个线头所在线上的点进行追踪，并把追踪到的等值点的坐标按顺序存放在二维数组DW中，用OpenGL中绘制Bezier曲线的方法分段连接DW数组中的等值点，并按颜色从红到蓝递变的顺序在屏幕上绘制等值线。     

黄土中水分迁移规律现场试验研究

黄土地区降雨诱发滑坡是不争的事实,但黄土地区地下水位很深,降雨入渗地面后如何运移,与地下水有无直接联系,目前还不是很清楚。为此设计了人工滴水试验模拟天然降雨条件,通过在一深度为10 m的探井井壁上埋设土壤水分计,观测人工滴水入渗过程中不同深度土体含水率随时间的变化情况,以确定其入渗影响深度。监测结果显示：降雨量为3.82 mm/d (小雨)时,0.5 m内土体含水率变化明显,0.5 m以下土层含水率几乎没有变化;降雨量为10.31 mm/d(中雨)时,1 m内土体含水率有所增加;降雨量达25.21 mm/d(大雨)时,1 m内土体含水率增长明显,1.0～1.6 m范围内有微弱增长;随着深度增加,土体含水率变化逐渐滞后,增幅逐渐减小。这说明在干旱的黄土地区,若无明显入水通道,短期内降雨的入渗深度有限,很难到达地下水位;但深部古土壤层的观测结果表明,即使在其上部黄土中含水率变化极其微弱的情况下,古土壤中的含水率上升明显,表明黄土中非饱和渗流或水汽迁移是存在的。通过试验还表明,陇东黄土高原地区土壤中水分循环主要发生在浅层0.7 m以内的蒸发带。降雨入渗到蒸发带以内,若无后续降雨补给,则向上蒸发排泄;若入渗至蒸发带以下,则不受蒸发影响,得以继续向下迁移;当遇到不透水面时,会在层面附近富集,有限元模拟也较好地反映了这一规律。     

柴达木盆地西缘阿尔金山南坡上干柴沟组大古植物化石的发现及其地质意义

阿尔金南坡干柴沟地区上干柴沟组新发现Podagonium-Quercus大古植物化石组合,该组合指示上干柴沟组中下部地层的时代为新近纪中新世,与我国华北板块、华南板块和青海乌兰、泽库等地区比较,显示出低分异度和低丰度的特点。从该植物组合相伴产出的Austrocypris分析,表明该地区纬向气候带属高温少雨、干湿交替的疏林草原环境,有利于柴西陆相成油盆地主力油源层的发育。     

Study on Movement Evolution Law of Soil Water in Condition of Agronomic Water Saving Irrigation

Fresh water supplied are often limited in mainland China, reducing agricultural productivity. However the use of straw mulch is the main management technique for agronomic water saving. This paper investigates the movement of soil water under straw mulch compared to a non-mulch test plot. Results demonstrated that straw mulch effected soil water movement primarily during drought periods and throughout shallow soil (i.e. depths of less than 200 cm). The soil moisture and soil water potential at the mulch test plot in drought period are both higher than that of contrast test plot, and along with increasing soil depth, the straw mulch effect weakens. When evaporation is dominated by surface evaporation, straw mulch will effectively restrict the evaporation of soil water; when evaporation dominated by vegetation transpiration, the straw mulch promotes the transpiration of vegetation. In drought periods, straw mulch is not effective for deep soil water infiltration, but is advantageous for soil water utilization of mid- and shallow- soils (0-120 cm), however the infiltration speed rate of straw mulch point during high water period is higher than that of contrast plot. This paper highlights the importance of good management practices of agricultural land in order to limit soil water losses, which is essential when water is such a limited resource.     

南水北调对北方干旱化趋势可能影响的初步分析

使用地表土壤水量平衡模式和大气能量平衡模式，对南水北调中线工程对华北地区的可能局地气候效应进行了虚拟模拟试验，得出了在不同调水方案和气候情景假定下华北地区可能出现的局地土壤水分、蒸发、温度和降水的变化。结果表明，不同调水量在不同时间、不同气候条件下的气候效应是有差别的，并与降水的季节变化有关。总体而言，在给定气候背景下调入水可以改变土壤水含量和径流，并使局地夏半年温度降低、冬半年温度有所升高；夏半年局地降水量和蒸发量有所增加，而冬半年变化不大。因此，在目前情况下南水北调中线工程的实施不仅可以减缓华北地区水资源紧缺的矛盾，而且有可能在一定程度上改善当地的局地干旱气候环境，进而有利于生态环境的良性循环和有序人类活动的可持续发展。     

退墒曲线在墒情数据过滤及预报方面的应用

在对历史干旱年的墒情数据进行大量分析的基础上,利用土壤退墒曲线,滤除自动监测的异常值,使自动墒情站数据的可靠性得到保证。在满足生产精度,充分发挥自动监测作用的同时,减少了干旱期间人工加密监测的频次,节约了监测成本。同时利用退墒曲线可对连续无雨条件下,今后一段时间内的墒情进行预测,从而为抗旱决策提供依据。     

以土壤缺水量为指标的干旱模型

本模型以降水、蒸发为输入,以土壤缺水量Ｐs为输出,Ｐs呵较清楚地表述干旱。该模型可用于湿润地区及干旱、半干旱地区。模型已在安徽省试运行,从逐日Ｐs等值线图看,可较 好的反映干旱的地区分布及旱情的发展过程。并运用历史资料分析了４个代表站的３１年逐日Ｐs值,与安徽历史旱情基本吻合。     

2006～2008年重庆大气降水δD和δ18O特征初步分析

大气降水稳定同位素组成受到温度、蒸发、水汽源地等多种因素的复杂影响,在不同时间和不同地区具有很大差异.通过分析2006~2008年间重庆雨水样品的δD和δ18O,初步建立了当地的大气降水线方程.当地的大气降水稳定同位素组成在不同季节变化明显:夏季降水中的稳定同位素值普遍偏轻,而冬季降水中稳定同位素值普遍偏重.水汽来源是控制当地大气降水稳定同位素组成的最重要原因,而蒸发作用等是控制短期次降水事件中雨水稳定同位素组成的重要影响因素.     

沙漠包气带水分运移机理研究

针对沙漠包气带的特点,运用中子仪—负压计—地温计联合观测法,对试验场典型地段水位埋深分别为lm,2m,3m的包气带含水量、水分势能和温度场进行了长期野外实地观测,并总结出相应的日变化、季节变化规律,分析了降水、蒸发等气象因素对包气带水分的影响过程,从而得出沙漠包气带水分运移机理及运移规律。为红砂岗矿区水源地水资源评价提供了科学依据。      

土体水分蒸发研究进展

土体水分蒸发是土体-大气物质和能量交换的主要过程之一,对土体的工程性质有重要影响,是许多工程和环境问题的直接诱因,但长期被本学科所忽视。基于国内外近些年来其他学科领域围绕土体水分蒸发问题所取得的研究成果,分别从土体蒸发量确定方法、试验方法、蒸发过程、影响因素及理论模型等几个重要方面总结了该课题的研究现状及进展,取得如下主要认识：（1）准确确定土体的实际蒸发量是土体水分蒸发研究的核心课题,目前主要有理论计算法和直接测量法两种途径;（2）开展蒸发试验是掌握土体水分蒸发过程和研究土体水分蒸发机制的重要途径,目前主要有室内试验和原位试验两种。相比而言,基于环境箱的室内蒸发试验方法具有较好的应用前景;（3）土体水分的蒸发过程可划分为3个阶段：常速率、减速率和残余阶段;（4）影响土体水分蒸发的因素归纳起来可分为内部土性和外部环境因素两类,前者主要影响土体水分的传输能力,后者主要影响蒸发能量的供应强度;（5）当前关于土体水分蒸发量的计算和预测模型较多,但往往存在误差大、适应范围窄或参数难于获取等不足。基于上述认识,并结合本学科的研究背景,提出了今后该课题的研究重点和方向,包括减速率阶段的蒸发机制、土性参数与蒸发速率之间的量化关系、黏性土尤其是膨胀土中水分的蒸发和迁移机制、高精度原位土体水分蒸发试验设备的研发和构建通用型的土体水分蒸发理论模型等。     

早涝碱咸综合治理与生态环境良性循环

华北平原东部淡水资源短缺，旱涝碱成灾害限制了农业生产的可持续发展。海河的治理，解决了排洪排涝排咸出路。春季开发利用地下水包括微咸水和半咸水抗旱灌溉。夏季利用伏雨洗盐排咸，增大降雨入渗，减少径流流失，防治渍涝灾害，把降雨转化为地下水资源。秋冬引蓄河水，回灌地下水补源。以土壤与潜水的地层空间作为调节大气降水、土壤水、地下水、地表水的地下水库，以调控地下水埋深在临界动态为指标，最大限度地把时空分布不均的天然降雨转化为可持续利用的水资源。地表水地下水联合运用，促使水资源采补平衡，降雨灌溉淋洗脱盐强于干旱蒸发积盐过程，地下水淡化强于矿化过程。实现旱涝碱咸综合治理，水土资源可持续利用，经济社会可持续发展，生态环境良性循环。