破解全球海洋环境气候模拟难题

当前,全球气候变化与海洋环境变化成为各国关注的热点,如何更加准确地模拟和预测海洋气候变化成为各国科学研究的焦点之一。国家海洋局第一海洋研究所副所长、海洋环境科学和数值模拟重点实验室主任乔方利研究员,在大连召开的北太平洋海洋科学组织第十七届年会上,作了《海浪-环流耦合理论和数值模式发展》的主题报告,引起了400余名国内外与会科学家的巨大反响。乔方利博士带领研究组率先打破常规思维,首次将海浪这一物理过程纳入海洋动力学研究中,进而率先在国际上建立了海浪与环流耦合理论和浪潮流耦合预报模式。该理论和模式是我国近期取得的原始自主创新,处于该领域世界领先水平。     

上海近岸海域高分辨率单道地震探测海浪干扰及其压制方法

近年来,由于近岸地质调查及沿岸工程建设的需要,高分辨率单道地震探测以其高分辨率、探测快速便捷的优势正在被越来越多地使用。上海近岸海域海浪情况复杂,常给探测带来大量干扰,特别是海浪引起的同相轴起伏可严重降低探测数据的分辨率。本文通过对上海近岸海域大量高分辨率单道地震探测数据的分析,总结了海浪对该方法的主要干扰类型及压制方法。实践证明,压制以后的地震数据质量得到了显著提高,保证了高分辨率单道地震探测的高分辨能力。     

碳酸盐结垢对中低温地热流体回灌的影响——以咸阳地热田为例

应用水文地球化学模拟和室内模拟耦合方法,对引起地热尾水回灌堵塞的问题进行研究。结果显示,回灌过程中化学结垢的主要类型为碳酸盐。影响碳酸盐堵塞的因素主要为温度、C02脱气、混合程度、pH以及矿化度。随着温度、pH、C02分压的增大CaC03结垢趋势增加;当360％的原水和40％的尾水混合时,CaC03的沉淀量达到最大;而矿化度的影响主要体现在盐效应和同离子效应。运用朗格利尔指数和雷兹诺指数对CaCO3沉淀程度进行计算,结果表明,在研究区内多数井中存在中低程度的CaCO3结垢。     

采空场覆岩变形数值模拟与相似模拟比较研究

用有限元数值计算尝试了离层模拟,并分别采用数值模拟与相似模拟的方法研究了木架山矿区143剖面倾斜采空场处理时的地表移动与覆岩破坏规律。研究发现,随着矿柱的崩落,覆岩跨度不断增加,引起的地表移动范围也不断增大,地表垂直沉降范围大致为跨度的1.5～1.7倍,垂直沉降曲线始终对称于最大沉降点;水平移动的范围大于垂直沉降的范围,最大水平移动量大约为最大沉降量的40 %,且水平移动不对称。另外,当覆岩发生整体下沉时离层主要存在于跨度两端,离层由层理剪切破坏引起。     

海洋工程中的海浪报报

本文提供的海浪报方法，不仅将Ｗｉｌｓｏｎ方法的数学模型编成计算机源程序，避免了查复杂的诺模图，而且对其进行了改进，从而大大提高了工效和计算结果的精度。通过实例计算，结果说明本文提供的方法是切实可行的。     

河北平源浅层地下水地球化学演化模拟

反应路径模拟技术是近十几年发展起来的定量研究地下水地球化学演化的重要方法。文中讨论了反应路径模拟与质量平衡模拟的差异，提出了对复杂水流系统采取分段模拟，以及对浅层咸水形成的主要作用即蒸发浓缩作用和海侵的影响采用土壤盐类综合体的溶解来表征的处理方法，论述了研究区浅层地水的地球化学演化过程。     

基于AutoCAD及ANSYS平台的地质网格模型 建模方法探讨

对成矿过程进行数值模拟实验是当前开展成矿作用研究的新兴手段之一,其前处理阶段即计算用地质网格模型的建立往往成为制约后续实验过程的一个瓶颈,原因在于：一、地质体的形态不规则,甚至是复杂的,对其进行三维建模难度较大,所成模型也趋于简化处理,从而影响计算结果的精确性;二、专业的数值计算软件其建模模块稍弱,不足以应对复杂地质体模拟,而专业的建模软件往往又不具备模拟成矿过程的数值计算功能。因此需取长补短,对不同软件加以综合运用,实现对地质体的计算用网格模型构建。     

辐流式二沉池中异重流的计算流体力学模型研究

异重流的形成是影响活性污泥系统二沉池水力学性能的主要因素,形成异重流的主要原因包括沉淀池内不均匀的污泥分布和温度分布。采用多相流欧拉模型、标准k-ε湍流模型和Boussinesq假设研究了二沉池中活性污泥和表面散热引起的异重流。表面散热的计算采用经验方程,数值计算结果同实验结果作了比较,结果表明模型能较好地预测辐流式二沉池的流场、温度场和污泥分布。研究还表明,Fr_p2Gr/Re2表示了不均匀温度分布引起的浮升力与不均匀污泥分布引起的作用力的比值,用它可以判断两种作用力在异重流的形成当中的相对大小。     

采动诱发岩体移动破坏过程数值模拟研究

本文基于岩石介质的宏观非线性主要是由非均质性和各向异性造成的, 应用新的数值计算软件RFPA(2D), 对采动引起岩体失稳破坏的全过程进了数值模拟研究。     

钻孔咬合桩设计计算方法合理性分析

钻孔咬合桩在设计计算中，有两种主要计算方式，一为忽略素桩，仅计算荤桩的支护稳定性能，二为将荤桩与素桩等效为地下连续墙进行支护结构稳定性计算。为研究钻孔咬合桩的设计计算方法的合理性，使用弹性地基梁法与有限元法分别计算荤桩、等效为地连墙的位移，用correl函数将所得数据与实际监测数据进行相关系数计算，同时，将计算所得数据与实际监测值的位移差进行分析，最后得出适合钻孔咬合桩的设计计算方法。即应先使用弹性地基梁法仅计算荤桩；再使用有限元法，将咬合桩等效为地下连续墙进行建模分析，对设计图的变形进行二次评估验算。     

罗湖断裂带地应力场数值模拟分析

根据深圳地区地应力的实测资料,通过最优化算法,模拟整个深圳区域的地应力场.将计算结果作为罗湖地区计算区域位移的边界条件,进一步模拟罗湖断裂带的区域地应力场,研究了罗湖断裂带所在区域的地应力场大小、方向、变化规律和断层活动特征,为该区域主要建筑物的地面变形稳定性评价提供参考.     

人工神经网络在海浪数值预报中的应用

探讨将人工神经网络技术和传统的数值模式相结合,以期得到一个更有效的海浪预报方法.以第3代海浪模式的模拟结果作为输入,浮标观测资料作为输出,采用人工神经网络进行训练,训练的初步结果显示,人工神经网络可以改进海浪数值模式的预报精度,但在波高比较大时,改进的效果并不令人满意.为此,对观测值大于1.5m时的有效波高进行再训练,从而结果有了进一步的改善.研究结果证明人工神经网络技术可以提高海浪数值预报的精度.     

黑山峡大柳树坝址区断裂构造格局与工程抗断问题研究

青藏高原是全球陆内地震活动最为集中而强烈的分布区带之一，位于高原块体东北缘的祁连山逆冲推覆型活动山链又是其中最强烈的现代活动构造带之一。大柳树坝址区即位于该活动山链的北祁连山前主边界逆冲断裂活动带向东延伸的分支断裂，即古浪-中卫-同心弧形逆冲走滑活动断裂带内的东段，中卫-同心弧形逆冲走滑活动断裂带的香山-天景山逆冲推覆构造带内。逆冲带内的主干活动断裂F201的规模及活动强度是影响坝址稳定的主要因素。本文通过分析大柳树坝址区基本断裂构造格局，阐述了F201断层活动对坝区内另一条主干断层F7（8）以及位于坝址上分支断层F39、F40的控制牵动效应。通过室内有限元数值模拟，定量分析了断层F201的活动对分支断层F39、F40的牵动程度。     

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.      

基于高斯波束的2.5维数值模拟

由于具有计算速度快的优点,射线追踪方法在地震勘探中一直起着非常重要的作用。V.Cerveny在上世纪80年代初提出了高斯波束方法,该方法同时考虑了波的动力学和运动学特征,并且无需两点试射追踪,因而运算速度快且精度高;另外高斯波束对异常区波场有较好的效果,比如焦散点、阴影区、临界和超临界反射。研究的主要内容是2.5维简单结构模型的高斯波束法。利用2.5维模型进行数值计算相当于在二维空间内计算三维问题,可以节约很大一部分计算。     

导水裂隙带高度研究方法概述

导水裂隙带高度的确定是水下采煤工作之重点,目前并没有一个完全可以精确确定的方法。主要的研究方法有经验公式法、物理模拟、数值模拟和现场实测。单靠其中的一种也不能确定,将几种方法相互结合则是准确得到导水裂隙带高度计算方法的重要途径。     

甬江沉管隧道长期沉降监测数据及有限元分析

甬江沉管隧道位于甬江下游河湾处的软土地基上,地基承载力较低,使隧道发生了较大的沉降。此外,甬江严重的淤积及每天2.67 m的潮差对隧道的沉降产生了显著的影响。依据甬江沉管隧道运营期间16 a的沉降监测数据,结合地层条件、潮汐和清淤资料,对该条沉管隧道的长期沉降进行了分析,并提出了基于流-固耦合理论的有限元方法计算沉管隧道的长期沉降,计算结果与监测结果具有较好的一致性。此外,采用上述计算方法分析了影响沉管隧道沉降的3个主要因素（即地层条件、基槽淤积和回淤与清淤）对隧道运营期沉降的影响。分析表明,地层条件是影响沉管隧道沉降的主要因素,软土地基隧道沉降远大于其他地基。潮汐作用会使隧道沉降发生周期性变化,该变化约占隧道运营期沉降的4%～10%。淤积对隧道长期沉降影响显著,但定期清淤只能短时间减小隧道的沉降,使隧道沉降产生周期性变化。上述结论均可为相关工程提供参考。     

3D GIS支持下盐腔围岩三维计算模型的生成

目前盐腔围岩蠕变模拟中计算网格生成多是理想化的,并没有充分利用真实探测数据。针对这些问题,提出了一种新的三维计算模型生成方法。借助HalfEdge数据结构,基于研究区域边界、DEM（digital element model,数字高程模型）和钻井数据,构建了研究区域地层三维模型;基于声纳测腔数据构建了盐腔三维模型,并对其进行了拓扑检查与修正;将地层三维模型与盐腔三维模型进行三维空间布尔运算,获取盐腔围岩三维模型;通过对该模型进行三维空间网格离散,得到盐腔围岩四面体网格单元,即数值模拟计算模型。通过该方法构建的三维计算模型,可以为后期盐腔围岩蠕变数值模拟过程提供有效的计算网格,进而可以为盐腔的建造,尤其是安全合理地利用盐腔提供科学依据和技术支持。     

室内模拟试验确定横向扩散系数的研究--以吉林市第二松花江某江段为例

确定河流横向扩散系数的主要方法有经验公式法和河流示踪试验法.以室内模拟试验求横向扩散系数的方法是一种新的尝试,采用几何相似原理,通过不同流量、流速条件下的室内模拟试验,计算出与河流相应条件下的横向扩散系数,所得结果(0.086 m2/s)与同条件下现场分析计算的结果(0.079～0.088 m2/s)基本一致.模拟试验不仅克服了野外条件下示踪剂投放和测试条件的不便,还能够更好地研究不同水动力条件下污染物的扩散运移规律.     

井眼附近地应力分布的三维数值模拟

该文研究的井眼附近地应力分布包括了钻井前、后两种截然不同的应力状态。以大庆外围某油田为例,用三维有限单元方法,施以适当的边界力,模拟计算出原地应力场,即钻井前地应力分布特征,其大小、方向均与中国东部实测应力场一致。在此基础上,根据井径a与井心距r同比例放大或缩小时应力计算结果不变的规律,采取了扩大井口半径的手段,计算钻井后井口附近的应力场变化特征,其规律与观测到的井眼崩落结果十分一致。