一次梅雨暴雨的高分辨率数值模拟研究

对移植欧洲高分辨率有限区数值模式(HIRLAM)在我国的适用性进行了研究,解决了青藏高原对高分辨率欧洲模式引入中所造成的问题。利用该模式模拟了1991年江淮流域严重洪涝时期一次梅雨暴雨过程的中尺度特征,并揭示了青藏高原涡与西南涡的不同特点及其对形成特大暴雨中尺度系统的影响。这对于进一步了解梅雨暴雨的形成和演变机理及其预报等有一定意义,并具有广泛的应用前景。     

GMS在地下水环境影响评价中的应用

地下水环境影响预测是地下水环境影响评价中的重要环节,采取适合的预测方法和模型能够保证预测结果的准确性和环境保护措施的合理性。以某建设场地为研究区,利用GMS软件建立地下水预测模型,考虑风险事故工况条件下,预测了对二甲苯的污染运移范围。结果表明:装置一旦发生事故,污染物泄露将会对建设场地周边区域地下水造成污染,污染影响范围随时间逐渐增大,需采取严格的防范措施,并建立应急机制,保证当地居民的饮用水安全。     

GMS在地下水数值模拟及断层处理中的应用——以盖孜河水源地为例

GMS（Groundwater Modeling System）是国际上流行的地下水模拟软件,且与ARCGIS属性数据有很好的兼容性,GMS3DGrids中的MODFLOW模块下的barrier边界条件可用于模拟地下含水层系统中薄层、垂向和低透水性、对地下水水平流具有阻碍作用的物体。在盖孜河研究区,近南北向分布的断层对地下水流具有控制阻碍作用,应用障碍边界处理断层,对研究区进行地下水流数值模拟,计算结果表明,地下水流受断层的影响很明显,应用barrier障碍边界对断层进行处理,模型中能够较好地反映出断层的这种影响作用。     

西北某干旱区多级储水洼地地下水数值模拟

西北某放射性废物处置场预选区,区域地下水系统包含多级独立第四系储水洼地,洼地出口以泉水排泄地下水,继而回渗补给下级洼地。根据含水层底板起伏特征,利用GMS模拟软件中的排水沟模块与溪流模块概化了泉水,通过泉流量校准与监测孔水位拟合,校正了研究区渗透系数、给水度、和储水率等水文地质参数,计算了地下水流速、流向以及地下水资源量。结果显示,研究区地下水由南向北东径流,东北部为最终排泄洼地,地下水流速缓慢,水资源相对匮乏,有利于放射性废物处置的安全。     

对称不稳定对梅雨锋暴雨影响的数值模拟

在Kuo-Anthes垂直对流参数化方案和Nordeng倾斜对流参数化方案基础上,提出了垂直-倾斜对流一体化参数化方案,在引入MM5模式后,对1999年6月发生在长江流域的一次大尺度带状强降水过程进行了数值模拟及敏感性试验。结果表明:在模式中引入倾斜对流参数化方案,可有效改进模式模拟的降水强度和位置,加快形成锋面附近的垂直环流并使之得到增强,模拟结果更接近实况。同时也表明,在模拟和预报具有对称不稳定的天气系统时,在模式中考虑倾斜对流参数化方案是必要的。     

广州江村水源地岩溶地下水流场数值模拟

采用GMS软件建立江村水源地岩溶地下水水文地质概念模型,利用MODFLOW模块模拟了岩溶地下水分布。模型识别、验证结果表明,所建立模型达到精度要求,真实地反映了该区域地下水水力特征,为该地区地下水污染调查评价奠定了基础。     

设计暴雨雨型对城市内涝影响数值模拟

为分析设计暴雨雨型对城市内涝的影响,应用耦合了水文和水动力过程的数值模型,以陕西省西咸新区为研究区域,对不同重现期及峰值比例设计暴雨条件下的内涝过程进行模拟,并对内涝积水总量、不同积水深度内涝面积等量值进行对比分析。结果表明:设计暴雨重现期短于20年时,峰值比例较小的设计暴雨内涝积水总量较大,而重现期长于20年时,规律相反;除2年一遇设计暴雨外,峰值比例较大的设计暴雨致涝总面积较大,但其中影响严重的Ⅳ级致涝面积较小;设计暴雨峰值比例越小,重现期越长,积水总量峰值时刻相对于暴雨峰值时刻的迟滞时间越长。揭示了暴雨雨型与内涝积水程度的量化规律,对更合理地开展城市雨洪管理工作具有指导意义。     

淮北市地下水流数值模拟及水文地质参数不确定性分析

淮北市用水主要取自地下水,开采量大,开采布局不合理已引发一系列环境问题。建立可靠的地下水流数值模拟模型,对于定量评价淮北市地下水资源、优化开采布局具有重要的现实意义,而目前针对淮北市进行的地下水数值模拟研究尚不多见。在分析安徽淮北市水文地质条件的基础上,建立了研究区水文地质概念模型和地下水流数学模型。并应用灵敏度分析法及蒙特卡罗法对模拟层的水文地质参数进行不确定性分析。灵敏度分析结果表明,含水层的给水度或单位释水系数及弱透水层的垂向渗透系数对模拟结果的影响最大,获得了各层灵敏度最大的参数分区,可为今后野外勘察试验提供参考。蒙特卡罗法结果直观地反映出各层敏感性分布,进一步证明了确定性模型的合理性。     

ANSYS在大坝数值模拟中的应用

阐述了ANSYS大型有限元分析软件的功能和分析过程;基于现场调研和实测收集的相关坝体资料,用ANSYS对阜新电厂四灰场主坝进行了数值模拟及分析,得出了坝体位移、各种应力等值线、应变、破碎区域等重要信息,其结论可为土坝运行期间的精密监测提供依据,并及时向企业单位及设计部门反馈信息,保证坝体运行安全、经济、合理。     

Impact of satellite soundings on the simulation of heavy rainfall associated with tropical depressions

The present study is carried out to examine the impact of temperature and humidity profiles from moderate resolution imaging spectroradiometer (MODIS) or/and atmospheric infrared sounder (AIRS) on the numerical simulation of heavy rainfall events over the India. The Pennsylvania State University–National Centre for Atmospheric Research fifth-generation mesoscale model (MM5) and its three-dimensional variational (3D-Var) assimilation technique is used for the numerical simulations. The heavy rainfall events occurred during October 26–29, 2005, and October 27–30, 2006, were chosen for the numerical simulations. The results showed that there were large differences observed in the initial meteorological fields from control experiment (CNT; without satellite data) and assimilation experiments (MODIS (assimilating MODIS data), AIRS; (assimilating AIRS data); BOTH (assimilating MODIS and AIRS data together)). The assimilation of satellite data (MODIS, AIRS, and BOTH) improved the predicted thermal and moisture structure of the atmosphere when compared to CNT. Among the experiments, the predicted track of tropical depressions from MODIS was closer to the observed track. Assimilation of MODIS data also showed positive impact on the spatial distribution and intensity of predicted rainfall associated with the depressions. The statistical skill scores obtained for different experiments showed that assimilation of satellite data (MODIS, AIRS, and BOTH) improved the rainfall prediction skill when compared to CNT. Root mean square error in quantitative rainfall prediction is less in the experiment which assimilated MODIS data when compared to other experiments.     

Adequacy of satellite derived rainfall data for stream flow modeling

Floods are the most common and widespread climate-related hazard on Earth. Flood forecasting can reduce the death toll associated with floods. Satellites offer effective and economical means for calculating areal rainfall estimates in sparsely gauged regions. However, satellite-based rainfall estimates have had limited use in flood forecasting and hydrologic stream flow modeling because the rainfall estimates were considered to be unreliable. In this study we present the calibration and validation results from a spatially distributed hydrologic model driven by daily satellite-based estimates of rainfall for sub-basins of the Nile and Mekong Rivers. The results demonstrate the usefulness of remotely sensed precipitation data for hydrologic modeling when the hydrologic model is calibrated with such data. However, the remotely sensed rainfall estimates cannot be used confidently with hydrologic models that are calibrated with rain gauge measured rainfall, unless the model is recalibrated. G. Artan, J. L. Smith and K. Asante – work performed under USGS contract 03CRCN0001.     

降雨条件下坡面径流和入渗耦合的数值模拟

降雨条件下坡面径流和降雨入渗的模拟互为条件,必须采用耦合分析的方法才能较好地解决这一问题。从坡面径流和降雨入渗控制方程着手,建立了用有限元方法求解该问题的耦合方程,并编制了相应的计算程序。为了加快迭代收敛的速度,还对地表饱和的判断提出了一种近似处理的方法。算例表明,所提出的方法可行,能较好地反映实际现象。该方法可为边（滑）坡稳定、水土流失、山地洪水分析等提供计算依据。     

ANSYS在煤矿开采数值模拟中应用研究

以典型矿井山东华丰矿、阜新五龙矿和北京大台井为例,利用ANSYS有限元软件,对煤矿开采引起的地表沉陷、冲击地压危险区域确定和俯伪斜采煤法参数优化进行了数值模拟分析.分别针对所处的地质条件和赋煤状况,建立了二维或三维有限元模型,模拟计算了地表沉陷曲线和最大沉陷位置,指出山东华丰矿随开采推进沉陷位移和影响范围将逐渐扩大,最大沉陷位移逐步向开采方向前移的规律,当开采800 m时出现最大下沉速度3.5 mm/d,最大沉陷位移为3.7 m.五龙矿311面当开采100m和400 m时分别由于火成岩墙和应力集中区贯通导致顶板易断裂而极易发生冲击地压事故;大台井俯伪斜采煤法煤层倾角只有在60°～67° 时,推采距离才对煤层顶板法向最大压应力具有明显影响,且顶底板法向最大位移规律为上部位移大于中部位移,西中部位移又大于下部位移,在煤层倾角70°时,工作面超前支撑压力作用范围最小为30 m,而下巷道支撑压力作用范围最大为25 m,巷道数为3时,顶板下巷道超前支撑压力峰值位置为5.3 m.ANSYS计算结果表明,该数值模拟是合理的,与实际情况基本吻合,说明ANSYS在煤矿开采领域是一种有效的数值模拟工具.     

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.     

数值模拟在反演矿区水文地质条件中的应用

地下水数值模拟技术已经普遍应用于矿区水文地质问题的研究,以涌水量预测居多,但对于矿区水文地质条件的反演目前仍处于探索阶段.针对马坑矿区开采条件下关键水文地质条件认识不清的事实,以矿区岩溶裂隙地下水为研究对象,建立了三维地下水水流数值模型,并利用地下水位动态及涌水量资料对模型进行了识别,反演了矿区目前存在的若干重大水文地质问题,对矿区的边界条件、充水来源及途径、地表入渗等问题有了进一步的认识.该方法也是对数值模拟技术应用的一种新探索.     

数值模拟技术在海坨子油田开发调整研究中的应用

讨论分析数值模拟技术在海坨子油田开发调整研究中的思路和方法,采用美国Landmark公司VIP2003．4版本数值模拟软件包进行模拟研究,通过参数准备,静、动态拟合,模拟出海坨子油田海S9—11井组1—9砂组各小层剩余储量大小及不同阶段流体饱和度分布,结合可视化技术形象描述了海坨子油田剩余油变化规律及潜力区,在此基础上预测不同井网加密方式开发指标,并优选出最佳方案,为海坨子油田下步开发调整提供了重要依据,取得了较好的效果。     

稠油热采数值模拟及调整对策研究

克拉玛依九区稠油油藏具有整装,构造简单,开发时间长,经历蒸汽吞吐,蒸汽驱等多开发过程。这里应用数值模拟方法对开发历史进行精细数值模拟,分析储量动用状况、剩余油分布规律和影响因素。利用密闭取心、测试、测井、生产动态资料进行检验分析。根据剩余油分布特点,利用修正后的预测模型,进行调整方案论证,优化调整方案,并提出完善井网,提高排液量,汽窜封堵和间歇汽驱的整体调整技术措施,来改善和提高浅层稠油开发效益。开发方式及措施可提供同类油藏开发借鉴。     

强降雨作用下堆积层滑坡稳定性分析

强降雨作用易造成堆积层滑坡发生,带来严重的生命财产损失。基于Green-Ampt（GA）模型,同时考虑湿润锋以上饱和带渗流作用,推导了一种新的滑坡降雨入渗函数,弥补了GA模型只适用于无限长坡的不足。为考虑降雨入渗对土体条块强度的影响,采用整体抗剪强度准则评价滑坡稳定性,并在受力分析时考虑了湿润锋以上饱和带渗透力作用,建立了滑坡稳定性系数表达式。研究结果表明：滑坡降雨入渗的尺寸效应非常明显,湿润锋扩展速率随着坡长的增大而增大,当滑坡无限长时新降雨入渗模型与GA模型计算结果相同,说明GA模型是新模型的一个特例。此外,降雨初期,滑坡稳定性下降较快;随着降雨的持续,稳定性下降速率逐渐放缓。与模型试验结果对比表明,提出的降雨入渗模型和评价方法计算结果与试验揭示的现象一致,证明了该方法的可靠性。