秦皇岛近岸海域沉积物重金属含量及污染评价

重金属是近岸海域的主要污染物之一,了解其在沉积物中的含量和污染程度对海洋环境保护研究具有重要意义。文章分析了秦皇岛近岸海域沉积物重金属含量分布特征,并采用修正综合指数法对其污染状况进行分析评价。结果表明:重金属平均含量由高至低的顺序是CuPbAsCdHg,超出环境背景值较高的是Hg和Cu;沉积物重金属污染程度总体处于很低-低等级,石河口、人造河口等近岸海域污染程度略高于其他临近海域。     

海南岛昌化江河口与邻近海域锆、钛矿化远景及成矿地质条件分析

利用X射线荧光光谱仪(X-ray fluorescence spectrometer,简写为XRF)对海南岛昌化江流域土壤样品和昌化江河口与邻近海域沉积物样品中的锆、钛元素进行了测试分析,并计算了样品中的锆、钛品位。研究结果表明,昌化江河口及其邻近海域沉积物中的锆、钛砂矿具有明显的异常富集;昌化江流域表层土壤中Zr和Ti呈含量变化大、高值相对集中分布的特点;主要母岩为大面积分布的花岗岩;炎热潮湿气候和河流的动力条件为母岩风化和含矿碎屑向海搬运的主要地质营力;沿岸显著的波浪和潮流作用及典型的砂砾质海岸为昌化江河口与邻近海域锆、钛砂矿的形成创造了有利条件。根据锆、钛品位计算结果圈定了南、北2个矿化远景区。     

天津海域底质重金属污染及其潜在生态风险评价

根据2015年采集的天津海域48个底质样品的粒度分析、重金属分析结果,综合研究了天津海域表层沉积物类型分布特征和重金属元素的分布特征,使用Hakanson多元潜在生态风险指数法对天津海域的底质环境进行了评价。结果表明:1)位于永定新河河口的B46站位的潜在生态风险程度达到中度,其他各站位均为低度。Cd元素的污染程度最大,Zn元素的污染程度最小。几种重金属的危害系数顺序为:CdHgAsPbCuCrZn。2)南部海区的重金属元素含量水平普遍高于北部海区。重金属元素富集区分别位于独流减河北部至临港产业区的围海造陆地区和永定新河口至东疆港外侧的地区,这两个地区水动力较缓,沉积物粒度较细。对各采样点进行对比得出,重金属污染程度顺序为:河口内湾外湾。     

河网海湾水动力联网数学模型

在一维显式、二维隐式水动力联网数学模型的基础上,建立了一种一维、二维全隐河网海湾水动力联网数学模型。该一维河网模型采用Preissmann四点隐式格式,用节点水位控制法进行数值计算,二维海湾模型采用改进型双向隐式(DSI)法进行数值求解。在河口一维、二维连接处,水力因子通过接口断面法传递,无需重叠一个一维河段来传递水力因子,避免了口门处二维网格需取较小尺度的问题。模型在珠江三角洲河网及横门、洪奇沥口门海域做了检验,验证结果表明,建立的河网海湾水动力联网数学模型是可行的,可以用于河网、河口治理工程的数值研究。     

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。     

汉克尔变换的数值计算与精度的对比

汉克尔变换的数值解法是计算电磁测深正演理论曲线的有效工具。对基于数字滤波法的快速汉克尔变换算法进行了公式推导,并用Guptasama和Singh给出的线性滤波系数进行了计算,对比分析了该数值算法与理论解析式的误差分布特点。结果表明,该数值算法的计算结果连续一致逼近其理论值,且不存在振荡现象,计算精度高,在数值模拟研究中具有较大的实用价值。     

一维畦灌施肥地表水流与溶质运移耦合模型——Ⅱ.模型验证

基于典型畦灌施肥试验观测结果及其模拟结果,对比分析利用混合数值解法和Roe有限体积法分别求解一维畦灌施肥地表水流与溶质运移过程控制方程在数值稳定性与收敛性、计算精度与效率上的差异,验证混合数值解法的计算性能与模拟效果.结果表明,混合数值解法比Roe有限体积法表现出更佳的数值稳定性和收敛性,产生的水平衡误差和平均相对误差...     

瓯江河口生境破碎化研究

瓯江河口沿岸与外海水交汇地区,是海洋无脊椎动物、鱼类栖息、索饵产卵和生长的优良场所,由于围垦造地、航道整治已缩小了鸟类和海洋生物的栖息地。人类活动对河口地区栖息地的影响可通过生境破碎化研究来确定其扰动程度。根据瓯江河口海域测站相关的水环境因子,通过聚类分析方法对瓯江河口水生境破碎化进行定性分析,结果表明瓯江干流虽被七都涂和灵昆岛分流后水流流态发生改变和流量、泥沙分配不均,使得其水生境斑块与瓯江干流生境存在差异,但总体水生境斑块还是处于连续状态;瓯江河口附近的海域水体理化特征呈高度异质性,斑块状分布特征明显。再通过各生境因子的生境斑块类型图分析瓯江海域水体原来较大斑块的自然水体景观被分割情况,确定瓯江河口水生境破碎化程度。     

反求弥散度的一种数值解法

介绍了一种利用溶质在潜水中的运移反求水质污染弥散度的数值解法。采用最优化技术寻优求参和隐式有限差分方法求解数学模型,并给出应用该方法对山东省小清河湖滨弥散试验场潜水纵向弥散度和计算实例。     

钱塘江河口段盐水入侵的时空变化及预测模型

杭州城市供水85%取自钱塘江河口段,取水水质在枯水大潮期都不同程度地受到盐水入侵的威胁,分析钱塘江河口盐水入侵时空变化及研制二维数值预测模型对保障城市供水安全十分必要。根据钱塘江河口段实测水文氯度资料,分析了强潮作用下盐水入侵的时空变化特征;据此构建考虑斜压作用的二维水流、盐度输移的耦合数学模型,计算格式采用守恒性较好的有限体积法;在模型验证的基础上,数值分析了径流和潮汐对钱塘江河口段盐水入侵的影响,结果表明河口段的盐水入侵明显地受径流和潮汐的影响,据此可通过增大上游新安江水库的下泄流量抑制盐水入侵上溯以减小取水口氯度及超标时间,确保用水安全。     

Uniform investigation of hydraulic fracturing propagation regimes in the plane strain model

The hydraulic fracturing propagation regimes in the plane strain model are uniformly investigated using a numerical method based on the finite element method. The regimes range from toughness‐dominated cases to viscosity‐dominated cases, covering zero leak‐off situations and small leak‐off situations. Unlike the asymptotic solutions, the numerical method is independent of the energy dissipation regimes and fluid storage regimes. The numerical method pays no special attention to the fracture tip, and it simulates fracture tip behaviors by increasing the number of functions in a natural and uniform manner. The numerical method is verified by comparing its results with the asymptotic solutions. The effect of the model sizes on the numerical method is discussed along with the robustness of the numerical method. Copyright © 2014 John Wiley & Sons, Ltd.     

六面体有限覆盖的三维数值流形方法的非线性分析

对三维问题的分析是数值流形方法发展的必然,在数值流形方法覆盖位移函数的基础上构造了一种六面体有限覆盖的三维流形单元,推导了相应的应变矩阵、刚度矩阵及平衡方程等表达式。同时,由于目前数值流形方法的模拟分析主要是采用线弹性模型,而对于非线性模型分析研究很少;根据数值流形方法的特点和岩土体的本构模型,给出了适用于数值流形方法进行非线性分析的算法。该方法利用中点增量法进行求解,以改变 模型和 模型中弹性模量的方式来反映非线性,其实质是用分段线性来取代非线性。通过地基沉降计算算例表明,数值流形方法在三维岩土体中进行非线性分析中是有效的。     

堆石料缩尺方法的分形特性及缩尺效应研究

采用6种不同缩尺方法将同一条现场级配曲线缩制成不同的数值模拟级配曲线,建立以不同粒径范围内颗粒数为测量数的分形模型,研究了颗粒级配分布的分形特性;基于颗粒流方法,生成与级配曲线相对应的6组数值试样进行双轴压缩试验,研究了缩尺方法对数值试样宏观力学特性及细观力学响应的影响;并讨论了颗粒级配分布的分形特性与数值试样力学特性之间的关系。结果表明：采用不同方法缩尺后数值试样的颗粒级配分布具有分形特性,分维数D为1.463～1.783;随着缩尺方法相似比尺M的增大,数值试样中细颗粒数量增多,粗细颗粒的充填关系得到改善,力学特性逐步提高;颗粒级配分布分维数D与数值试样力学特性指标之间存在较好的线性关系。     

土力学的现状及其数值分析方法中某些问题的讨论

概括性地论述了土力学目前的状况,指出土力学仍然处于半理论、半经验的发展水平。论述了土力学数值分析方法在工程应用中存在的问题,并对如何正确地使用土力学的数值分析方法和改变土力学数值分析在工程应用中的不利状况进行了讨论。另外,就如何改善这种状况提出了一些措施。从这些讨论可以得到以下结论,土力学还处于发展的初期阶段,随着土力学的理论及其数值分析方法的不断发展,以及其使用经验的不断积累,计算土力学在工程实践中将会得到越来越多的应用,它必将成为岩土工程分析中的有力工具。     

基于HBP本构模型的泥石流动力过程SPH数值模拟

本构模型是描述泥石流流变特性的关键,也是决定其动力过程数值模拟准确性的核心问题之一。泥石流流体属多相混合物,现有的研究已证实其存在剪切增稠或剪切变稀的现象,传统基于Bingham及Cross线性本构关系的数值模型难以准确描述泥石流流变特性。文中探讨了Bingham模型在低剪应变率下的数值发散问题,在光滑粒子流体动力学（SPH）方法框架上建立了整合Herschel-Bulkley-Papanastasiou(HBP）本构关系的稀性泥石流动力过程三维数值模型。相比传统基于浅水波假设的二维数值模型,所述方法从三维尺度建立SPH形式下的泥石流浆体纳维?斯托克斯方程并进行数值求解,可获取泥石流速度场时空分布及堆积形态,同时采用HBP本构关系描述泥石流流变特性,能在确保数值收敛的前提下反映泥石流流体在塑性屈服过渡段及大变形状态下应力?应变的非线性变化。为验证提出方法的合理性,结合小型模型槽实验观测进行了对比,结果表明数值模拟与实测结果基本吻合。     

地下水溶质运移数值模拟中减少误差的新方法

地下水中污染物运移的数值模拟方法一直是学界的研究热点问题.而如何减少与消除对流-弥散方程数值解中浓度陡锋面附近的数值振荡与数值弥散,更是研究的前沿与难点.提出了一种地下水溶质运移数值模拟中减少数值弥散的新方法.该方法的核心思想是在水动力弥散系数上加上一个数值弥散估算值,得到一个修正弥散系数,用其替代方程中有明确物理意义的水动力弥散系数进行计算.并提出了一个参数——数值弥散因子(μ_NDF),可以根据研究需要进行参数分区并适当调节该因子的大小,从而达到控制数值振荡,减小数值弥散的目的.从一维到二维的多个数值算例的模拟计算结果表明,该方法能在消除数值振荡的基础上,较好地减少数值弥散,达到满意的精度.     

可变网格下的水库滑坡涌浪数值模拟研究

采用动网格技术,建立了可变网格下的平面二维水库滑坡涌浪数学模型,与传统固定网格下的数学模型相比,克服了难以精确计算水库滑坡体对水体作用的困难.以一模型试验为研究对象,采用数学模型对其进行了复演,模型将滑坡体对水体的作用采用可变网格的思想实现,使滑坡体所占区域的计算网格随滑体下滑.模型计算值与实测值比较表明,两者吻合较好,说明基于可变网格思想的数学模型能够较准确地模拟滑坡涌浪过程,为滑坡涌浪的计算、预测提供了一种新的研究方法.     

海啸波作用下泥沙运动——Ⅲ. 数学模型的建立与验证

基于Boussinesq方程耦合泥沙运动和地形演变模型,建立海啸作用下泥沙运动数学模型。地形演变模型采用WENO差分格式,并将WENO差分格式与Lax-Wendroff格式和FTBS格式进行对比分析。运用Synolakis、Kobayashi和Young的实验数据分别对水动力模块和地形演变模块进行验证,数值模拟结果与实验数据吻合良好,模型能够很好地模拟海啸波的传播、破碎、上爬、回落过程以及岸滩的冲淤变化过程,该数学模型能够运用到海啸作用下的岸滩演变研究和预测中。     

非饱和渗流模拟中非均匀空间网格的改进方法

Richards方程在非饱和渗流模拟及其他相关领域应用广泛。在数值求解过程中,可以采用有限差分方法进行数值离散并迭代求解,为了获得较可靠的数值解,常规的均匀网格空间步长往往是较小的。在一些不利数值条件下,如入渗于干燥土壤,迭代计算费时甚至精度也不能得到很好改善。因此,文章提出Chebyshev空间网格改进方法,结合有限差分方法对Richards方程进行数值离散以获得线性方程组,并通过经典的Picard迭代方法进行迭代求解线性方程组以得到Richards方程的数值解。通过均质土和分层土2个不利情况下的非饱和渗流算例,又结合模型解析解和软件Hydrus-1D,对比研究了改进网格方法与均匀网格方法获得数值解的精度。结果表明,提出的Chebyshev网格方法相较于传统的均匀网格,可以在较少的节点数下获得较高的数值精度,又具有较小的计算开销,有较好的应用前景。     

Numerical simulation of kinetic friction in the fracture process of rocks in the framework of General Particle Dynamics

A numerical simulation of kinetic friction function in the fracture process of rocks in the framework of General Particle Dynamics (GPD) is performed in this paper. The frictional algorithm is implemented into the General Particle Dynamics code (GPD) to describe frictional behavior of particles, where frictional forces among discrete particles are formulated using the principle of balance of two forces based on ideal plastic contact between two surfaces of solids. In General Particle Dynamics code (GPD), interaction among discrete particles is formulated using the virtual-bond method. Fractures of virtual bonds among particles are determined through the Hoek-Brown damage evolution law of rock materials. Three numerical cases are to verify the stability and accuracy of the numerical algorithm. Then, the numerical results are compared with analytical solutions and experimental results. It is found that the numerical results are in good agreement with the experimental ones.