潘北矿A组煤层底板高承压水数值模拟及疏水量预报

建立高承压含水层数学模型,识别其参数特征,是预报不同开采方案下该含水层水量合理疏放大小的依据。在分析潘北煤矿地质及水文地质条件基础上,利用–490 m水平4个阶段放水试验成果资料,利用Modflow建立了A组煤层底板灰岩水渗流水文地质模型及其数值模型,经识别和验证后,获得了太原组灰岩含水层水文地质参数,并结合“突水系数”,分别预报了–490 m和–650 m水平在确保A组煤层安全开采下的疏放量,其计算结果,给太原组灰岩水的防治提供了决策依据。     

张集煤矿灰岩含水层数值模拟及涌水量预测

为了正确评价淮南煤矿张集煤矿灰岩含水层对煤层开采的影响,探明详细的水文地质条件,本文利用–536 m水平放水成果资料,利用GMS建立了张集煤矿C3I 组灰岩含水层水文地质模型及其数值模型,经识别和验证后,获得了灰岩含水层水文地质参数,并结合“突水系数”,进行数值模拟分析,计算水文地质参数,预计灰岩疏水量,并利用数值模拟参数分别模拟计算了–536 m、–565 m 水平、–566 m水平的安全开采下的疏放量,依据此次计算结果,给张集煤矿采煤过程中灰岩水的防治提供了一定借鉴。     

基于未确知信息的河流水质模拟预测研究

基于河水流速、污染物综合衰减系数等参量信息不确定性的特点,提出了运用未确知数学理论进行河流水质模拟预测的未确知数学模型。该模型不仅能得到以区间形式表示的河流污染物预测浓度,也能获得各浓度可能值区间对应的主观可信度,这为水污染控制系统规划和水环境管理决策提供了更为丰富、科学的浓度信息。实例研究表明,运用未确知数学理论进行河流水质模拟预测,理论上是可行的,预测结果是可靠的。     

渤海湾西部风暴潮漫滩数值模拟

基于ROMS海洋模式,结合近年的地质实测资料,建立了渤海湾西部地区风暴潮漫滩的数值模型。对模型进行验证后,对渤海湾西部区域重现期为50a、100a、200a及500a的风暴潮漫滩进行了数值模拟,分析了不同重现期风暴潮漫滩发展的动态过程及最大漫滩淹水范围。结果表明,数值模型基本能反映风暴潮的增水趋势,能够模拟风暴潮漫滩发生发展的动态过程。随着风暴潮强度的增加,渤海湾西部地区淹水范围具有从东海岸向西部内陆区域扩展的趋势。通过曲线拟合发现,风暴潮最大漫滩面积比值与高水位之间基本呈线性关系。     

地表水入渗对垃圾填埋场水质水量影响的数值模拟分析

将填埋垃圾视作一种特殊土体,建立了综合描述垃圾填埋场内渗滤液水分的饱和-非饱和渗流、垃圾土体沉降变形、有机污染物的释放、迁移、转化,以及微生物的生长、衰减等物理化学过程的多场耦合仿真分析模型,将任意的Lagrangian- Eulerian（ALE）方法引入到模型求解中,基于自行开发的仿真分析程序,开展了地表水入渗对垃圾填埋场水质、水量影响的数值仿真分析研究。模拟结果表明：300 d的非饱和水分入渗及内源水产生可使填埋单元内渗滤液饱和液面最高达6 m;地表水入渗对水相可溶性可降解有机物浓度和厌氧微生物浓度具有显著的影响,并间接地影响固相可溶性可降解有机物和微生物的浓度分布。     

大兴迭隆起隐伏岩溶水资源评价及开采方案预测

大兴迭隆起地区隐伏岩溶地下水是北京市的重要水源,为保障水源地能持续为大兴、通州地区提供优质的城镇生活用水,需对研究区岩溶地下水进行水资源评价和开采规划预测分析。利用数值模拟法,应用GMS模拟软件对研究区岩溶水系统进行地下水流数值模拟及水位变化预测。建立的岩溶水系统模型分为5层,模拟验证期为12年9个月。由模型评价的岩溶水系统补给资源量为14 425.74×10^4m3/a,可开采资源量为14 310.52×10^4m3/a,其中岩溶含水层可开采量为2 309.36×10^4m3/a。在模型识别验证后,分4种开采方案对水源地进行开采预测,通过对典型观测孔水位过程线拟合和研究区水均衡分析可知,按2020年之前维持现状开采,2020年后停采念坛水源地,2025年后全区按可开采量进行开采的开采方案最为合理,可分批逐次实现水源地的采补平衡。     

生态输水条件下塔里木河下游断面尺度地下水流数值模拟

由于中国西北地区地表水资源有限,地下水则成为重要的备用水资源,而地表水和地下水转化过程及其耦合模拟是水资源开发利用和科学评价的基础,因此,为了准确反映塔里木河下游间歇性生态输水后地下水的动态变化,以塔里木河下游英苏断面为例,基于Boussinesq方程建立了改进的地下水动力学(GH-D2)模型,模拟了塔里木河下游绿色走廊典型断面地下水对全时段(2000-2015年)间歇性生态输水的响应过程。结果表明,尽管Boussinesq方程的GH解能较好地模拟地下水位的瞬态变化,但模拟地下水位多年变化的结果并不理想,而改进的GH-D2模型考虑了间歇性生态输水对地下水位变化的滞后效应,对长时间尺度地下水位变化的模拟具有较好的效果。与GH和GH-D1模型相比,GH-D2模型模拟的地下水位值更接近于观测值,这将对塔里木河下游实施科学合理的生态输水计划以及生态恢复和重建策略提供关键的技术支撑。     

GMS模拟技术在宁夏小校场水源地地下水可开采资源量评价中的应用研究

水源地勘探评价的主要目的是为获取地下水可开采资源量,为水源地供水提供可靠的依据。本文以宁夏石嘴山市小校场水源地为例,基于GMS模拟技术,对水源地水文地质条件进行概化,建立水文地质数学模型计算源汇项,评价地下水可开采资源量,并对水源地远期可采量进行预测,结果可见:水源地满负荷开采20 a时,承压水获得的补给量可满足开采量,以4万m3/d的开采量开采20 a是有保证的。     

Flood Forecasting and Flood Warning in the Firth of Clyde, UK

Coastal flooding has caused significant damage to a number of communities around the Firth of Clyde in south-west Scotland, UK. The Firth of Clyde is an enclosed embayment affected by storm surge generated in the Northern Atlantic and propagated through the Irish Channel. In recent years, the worst flooding occurred on 5th January 1991 with the estimated damage of approximately £7M. On average, some £0.5M damage is caused each year by coastal flooding. With the latest climate change predictions suggesting increased storm activity and the expected increase in mean sea levels, these damages are likely to increase. In line with the expansion of flood warning provision in Scotland, the Scottish Environment Protection Agency (SEPA) has developed a flood warning system to provide local authorities and emergency services with up to 24 h warning of coastal flooding within the Firth of Clyde and River Clyde Estuary up to Glasgow City Centre. The Firth of Clyde flood warning system consists of linked 1-D and 2-D mathematical models of the Firth of Clyde and Clyde Estuary, and other software tools for data processing, viewing and generating warning messages. The general methodology adopted in its implementation was developed following extensive consultation with the relevant authorities, including local councils and police. The warning system was launched in October 1999 and has performed well during four winter flood seasons. The system currently makes forecasts four times a day and is the only operational coastal flood warning system in Scotland.This paper summarises the development of the warning system, gives a review of its operation since its launch in 1999 and discusses future developments in flood warning in Scotland.     

21世纪中叶天津沿海地区极端高水位趋势预测

据统计,天津沿海地区50年一遇的风暴潮极端增水水位为 4.092m,开展控沉工作后的地面下沉速率约为15mm/a,目前沿岸海挡顶面高程一般为 4.332m.参考孟加拉湾、伦敦、汉堡等沿海地区在2050年海平面上升(取较今高约0.2m的推测值)背景下的极端增水趋势预测(增加0.5m),推测天津沿海地区2050年的极端高水位将增加到 4.792m(4.092m 0.2m 0.5m),现有海挡顶面高程将下沉至 3.687m(以2007年为起算年份).2050年极端高水位将比届时的海挡顶面高1.105m,由此将加重风暴潮水漫溢致灾的危险.如果再考虑波浪叠加、河口效应、极端海面上升等不确定因素的影响,危险将更加严重.     

磨料射流冲击岩石损伤机制的数值分析

针对岩石透明条件差,磨料射流冲击岩石的损伤机制不易观察等问题,运用SPH和FEM耦合算法,并引入J-H-C含损伤本构模型描述磨料射流冲击下岩石的损伤场的演化机制。研究结果表明,磨料射流侵彻岩石的深度与磨料射流中磨料的浓度与磨料形状有关;岩石在磨料水射流作用下的沿径向和轴向损伤是呈阶梯式的,距离冲击表面越近,损伤曲线的梯度越大,损伤演化的阶梯形式越不明显;距离冲击表面越远,损伤曲线的梯度越小,损伤演化的阶梯形式越明显。     

溃坝水流数值模拟研究进展

溃坝问题在水利工程的设计管理中具有重要地位,也是广大学者长期以来一直关注和研究的课题。回顾和总结了国内外对溃坝水流演进问题的研究进展:介绍了溃坝水流的数学模型及解析解法存在的困难,进而讨论了数值解法的最新进展;论述了求解溃坝水流一维问题的有限差分法、近似黎曼解的Godunov格式法、Boltzmann法、KFVS法和二维问题的TVD格式法、间断有限元法、有限体积法、特征线法,并分析了各种方法的适用范围和优缺点,及讨论了限制函数的使用;介绍了利用自由水面追踪方法计算溃坝水流的研究进展,并根据目前存在的不足和实际工程的需要,提出了进一步研究的方向和发展趋势。     

On the impossibility of the co-existence of monsoons and severe storm surges in the Bay of Bengal

The problem of storm surges is introduced briefly. The utility of passive microwave observations to study this phenomenon is pointed out. The reasons for the nonoccurrence of severe surges in the Bay of Bengal, during monsoon regimes, is discussed in this paper. It was demonstrated that the predominant reason for lack of severe surges over the Bay of Bengal coast is due to the absence of weak wind shear during monsoon seasons.Atmospheric Environment Service, Ice Center, Environment Canada, 373 Sussex Drive, Ottawa, Ontario, Canada K1A OH3.     

上海黏性土剪切带形成的数值模拟分析

各种工程事故表明：现有的土力学计算模型均未考虑应变局部化问题,故不能解释这些工程事故的发生,因此应变局部化和剪切带形成的研究成为国际土力学界研究热点之一。数值模拟是研究剪切带形成的一个重要内容。在数值模拟中首先进行剪切带形成条件的研究,接着考虑土质不均匀性的影响,引入弱单元和强单元,进行弱单元与强单元影响力的研究。     

三峡库区巴东复杂斜坡系统变形机理数值模拟与稳定性研究

三峡库区巴东斜坡系统复杂,其变形机理与稳定性研究对移民迁建和地质灾害防治具有重要意义.本文采用FLAC3D数值计算方法,对巴东复杂斜坡系统变形机理进行研究,为"重力成因论"提供了支持和佐证.从整个斜坡系统的角度,联合使用数值计算方法(FLAC3D)和极限平衡法(Sarma法),系统研究了巴东复杂斜坡系统在不同蓄水状态下不同层次的稳定性问题,结果表明斜坡系统不存在整体深层滑动的可能性;斜坡系统沿岩层界面或软弱层发生失稳的可能性较小,但赵树岭滑体和黄土坡滑体在表层滑体发生较大变形或失稳的条件下,可能导致滑坡整体复活;在水库调蓄过程中,部分滑坡表层堆积体产生变形破坏的可能性较大.另外,斜坡的表层改造可能会引起斜坡中层稳定性的恶化.     

数值模拟在回坡底煤矿底板突水防治中的应用

随着煤矿开采深度的不断增加,将面临高承压水的严重威胁,带压开采已成为深部煤炭资源开采的主要方式。应用RFPA2D-Flow系统对煤层底板破坏深度进行了数值模拟,得出了回坡底煤矿采煤工作面煤层底板岩层的破坏深度约为12 m;同时,当回采到110 m处时,自切眼向掘进方向50～80 m处出现漏斗状底板破坏区,该破坏区将可能导通底部奥灰水,使煤层底板发生突水。     

南水北调中线突发水污染事件的快速预测

依据南水北调中线干渠资料,开展了正常输水情况下串联明渠内可溶污染物浓度分布规律数值模拟研究。采用数值模拟、数学归纳和统计分析方法,提出表征污染物输移扩散特征的峰值输移距离、污染带长度和峰值浓度的快速预测公式;通过示范工程验证了快速预测公式的可行性。结果表明:①串联明渠内,峰值输移距离随渠道流速减小而减小,并且污染带长度增加值随明渠内流速减小而减小,但是峰值浓度随明渠流速减小而增加;②快速预测公式计算结果与现场试验实测结果的误差均不到15%,证明了快速预测公式的合理性和可行性。这些研究结果为南水北调中线工程突发可溶性水污染事件应急预警方案的制定提供了科学依据。     

基岩裂隙水渗流数值模拟研究综述

裂隙岩体中的渗流规律与传统多孔介质渗流规律存在本质的区别,裂隙岩体渗流具有不均匀性、各向异性和非连续性等特点,如何更好地刻画裂隙水渗流的这种特点是当前裂隙水数值模拟的热点与难点。介绍了裂隙岩体地下水渗流特性,对目前裂隙水渗流模型及其优缺点进行比较、分析,同时对主流数值计算方法和数值模拟软件进行概括介绍。     

曹娥江绍兴排污工程水环境模拟

由于绍兴污水处理厂排放口是过渡性的,大量未达标的污水排入曹娥江,使得该河段污染负荷很大。为了解绍兴污水排放对曹娥江的水质影响,选用二维水流水质数学模型,采用有限差分格式数值求解方程来计算分析绍兴排污工程达标及未达标排放两种工况分别对曹娥江河口段水质的影响。结果表明,未达标排放时,曹娥江河口段水质污染严重,存在超Ⅴ类水体,若达标排放,水体基本能够满足Ⅲ类水质功能区划要求。就绍兴污水处理厂目前运行状况而言,很难保证本江段水体达到功能区划要求。因此绍兴排污工程污水达标排放对于保护曹娥江河口段的水体是至关重要的因素。     

暗渠下穿高速公路施工过程的数值模拟及工程应用

古运河暗渠下穿石太高速公路,是南水北调中线工程总干渠上的一座大型河渠交叉建筑物。该暗渠为三孔联拱涵结构,其施工条件极其复杂,暗渠段土质多为细砂和中细砂,开挖分部多,且高速公路上通行车辆荷载较大,是全国此类施工难度最大和开挖宽度（25.6 m）最大的项目。为配合施工,采用FLAC3D三维快速拉格朗日差分方法分析软件,按实际的开挖顺序和施工工艺,对下穿高速公路段开挖过程进行了数值模拟。由此得出下穿段暗渠施工引起的地层变形、应力和塑性区分布,数值计算结果表明,下穿段暗渠施工方案是合理可行的,计算结果为地层加固范围提供了依据,对下穿段暗渠施工有指导作用。施工实践也证明了依据数值计算结果所采取的施工辅助措施对确保地表线路安全和隧道施工安全效果明显。