地下水流系统概念模型研究

地下水流系统是经过漫长地质时代的演化而形成的,其内部结构的不均匀性及外部环境因素作用程式的复杂性,使得系统的输入、输出在时空域上的变化相当复杂。在现有的经济、技术条件下,要对地下水     

不同降雨条件下城市下垫面表面薄层水流的典型参数试验研究

以北京昌平未来科技城试验基地的降雨强度为降雨条件，通过室内降雨试验平台，研究了4种典型不透水下垫面（沥青、砼面、SBS改性沥青和砼方砖）和4种典型透水下垫面（草坪砖A、草坪砖B、风积砂砖A和风积砂砖B）分别在8种恒定雨强条件下形成薄层产流后的糙率系数、沿程阻力系数和径流系数的变化过程。结果显示:平面尺寸、表面光滑度、材质对不透水下垫面的糙率和沿程阻力系数影响较为明显；而结构、材质对透水下垫面的糙率和沿程阻力系数影响较为明显；两类下垫面的糙率值和沿程阻力系数均随雨强增加呈现减小的变化趋势，但变化的幅度较小，之后逐渐趋于稳定；两类下垫面的径流系数在不同雨强下保持相对稳定。     

不同降雨条件下城市下垫面表面薄层水流的典型参数试验研究

以北京昌平未来科技城试验基地的降雨强度为降雨条件，通过室内降雨试验平台，研究了4种典型不透水下垫面（沥青、砼面、SBS改性沥青和砼方砖）和4种典型透水下垫面（草坪砖A、草坪砖B、风积砂砖A和风积砂砖B）分别在8种恒定雨强条件下形成薄层产流后的糙率系数、沿程阻力系数和径流系数的变化过程。结果显示：平面尺寸、表面光滑度、材质对不透水下垫面的糙率和沿程阻力系数影响较为明显；而结构、材质对透水下垫面的糙率和沿程阻力系数影响较为明显；两类下垫面的糙率值和沿程阻力系数均随雨强增加呈现减小的变化趋势，但变化的幅度较小，之后逐渐趋于稳定；两类下垫面的径流系数在不同雨强下保持相对稳定。     

地下水流系统确定—随机性数值模型研究

本文从地下水系统的确定性和随机性特点出发，提出了地下水流系统确定－随机性数值模型。该模型可用于地下水流系统参数估计、状态预测以地下水位观测网优化设计。     

调查地下水流的1m深地温测量反演问题研究

为河流堤坝渗漏、山体滑坡等各种地质灾害的防治提供一个有效、经济、简单的新方法为研究目的,基于浅层地温测量研究地下水流,开发了1m深地温测量调查地下水流的反演解释系统,进一步研究1m深地温图推断地下水流的定量解释方法,该方法能够推断地下水流的规模及埋深,具有理论简单、解释容易等特点,从理论及应用效果上验证了该方法的有效性,若与地温曲线拟合法联合应用,将提高拟合反演速度及精度。     

冰盖下水流速度分布的二维数值模拟分析

基于标准的κ-ε模型,利用有限体积法,对冰盖下水流速度分布进行了二维数值模拟和分析.结果表明:当冰盖和河床糙率比值变化时,水流速度剖面发生变化;冰盖下的最大流速值比速度对称分布时要大,且偏于光滑的一边;在相对光滑壁处近壁流速值大于相应对称分布时的流速值,该结果与实验室实测速度剖面情况吻合.数值试验表明,最大流速点位置的偏移量仅在有限的范围内,冰盖区、床面区及冰盖下水流平均速度相差较小,表明了工程应用中假定各区流速相等是可行的.     

地下水流系统确定─随机性数值模型研究

本文从地下水系统的确定性和随机性特点出发，提出了地下水流系统确定－随机性数值模型。该模型可用于地下水流系统参数估计、状态预测及地下水位观测网优化设计。     

黏弹性和速度各向异性对薄层反射的影响

煤层具有强波阻抗差、低阻抗的特性,对地震勘探来说是一种典型的薄层。因为其黏弹性和速度各向异性导致薄层反射波场异常,为了定量分析黏弹性和速度各向异性对薄层地震反射的影响,针对强波阻抗差薄层模型,基于波动方程数值模拟方法,正演得到弹性速度各向同性、黏弹性速度各向同性及黏弹性速度各向异性的地震波场,并对比分析了3种模型的弹性波地震反射特征。研究结果表明：黏弹性对薄层的反射产生不可忽略的影响,会明显降低薄层弹性波的反射振幅,但黏弹性速度各向同性与各向异性对薄层的弹性波反射影响差异不大。相比于弹性各向同性情况,黏弹性会引起反射纵波（PP波）瞬时频率最大可达8%的改变量,而对转换横波（PS波）仅有3%的改变量,可以忽略不计。上述研究为利用构造煤品质因子极低的特征来预测构造煤提供了可能。     

地下水流系统理论与研究方法的发展

地下水流系统理论的提出,推动了现代水文地质学的发展。以Tóth经典地下水流系统理论建立方法为基础,综述了基于Tóth方法的地下水流系统的模拟成果,分析了Tóth方法得出的水流模式与控制因素的关系,以及地下水流系统理论从概念到实际应用的发展。同时,对中国地质大学(武汉)提出的地下水流系统通量上边界模拟方法也进行了系统论述,在物理模拟实验与数值模拟基础上,认为通量上边界分析方法是对Tóth方法的改进与完善,有利于对地下水流系统发育的物理机制理解;该方法能够更全面认识地下水流系统模式及其转化,定量出各影响因素对地下水流模式的控制关系。最后指出地下水流系统理论是当代水文地质学的核心概念框架,应该重视地下水流系统理论物理机制和数学模拟方法的研究,加强新技术方法的引入,拓宽其应用领域的研究等。     

A unified criterion for initiation of sediment motion and inception of sheet flow under water waves

A unified criterion is developed for initiation of non‐cohesive sediment motion and inception of sheet flow under water waves over a horizontal bed of sediment based on presently available experimental data. The unified threshold criterion is of the single form, U_o = 2πC[1 + 5(T_R/T)²]^?1/4, where U_o is the onset velocity of sediment motion or sheet flow, T is wave period, and C and T_R are the coefficients. It is found that for a given sediment, U_o initially increases sharply with wave period, then gradually approaches the maximum onset velocity U_o = 2πC and becomes independent of T when T is larger. The unified criterion can also be extended to define sediment initial motion and sheet flow under irregular waves provided the significant wave orbital velocity and period of irregular waves are introduced in this unified criterion.     

Emplacement of massive deposits by sheet flow

Turbidity current and coastal storm deposits are commonly characterized by a basal sandy massive (structureless) unit overlying an erosional surface and underlying a parallel or cross-laminated unit. Similar sequences have been recently identified in fluvial settings as well. Notwithstanding field, laboratory and numerical studies, the mechanisms for emplacement of these massive basal units are still under debate. It is well accepted that the sequence considered here can be deposited by waning-energy flows, and that the parallel-laminated units are deposited under transport conditions corresponding to upper plane bed at the dune–antidune transition. Thus, transport conditions that are more intense than those at the dune–antidune transition should deposit massive units. This study presents experimental, open-channel flow results showing that sandy massive units can be the result of gradual deposition from a thick bedload layer of colliding grains called sheet flow layer. When this layer forms with relatively coarse sand, the non-dimensional bed shear stress associated with skin friction, the Shields number, is larger than a threshold value approximately equal to 0·4. For values of the Shields number smaller than 0·4 the sheet flow layer disappeared, sediment was transported by a standard bedload layer one or two grain diameters thick, and the bed configuration was characterized by downstream migrating antidunes and washed out dunes. Parallel laminae were found in deposits emplaced with standard bedload transport demonstrating that the same dilute flow can gradually deposit the basal and the parallel-laminated unit in presence of traction at the depositional boundary. Further, the experiments suggested that two different types of upper plane bed conditions can be defined, one associated with standard bedload transport at the dune–antidune transition, and the other associated with bedload transport in sheet flow mode at the transition between upstream and downstream migrating antidunes.     

沙波迎流面流速分布公式

为进一步揭示沙波水流运动特性及提高沙波迎流面流速计算精度,采用两种概化模型,通过小水深沙波水槽试验,运用声学多普勒流速仪,对沙波沿程及垂线流速分布进行了测量。基于乐培九次生流理论公式,结合沙波水流特性,假定次生流在沙波迎流面上处于一个不断发展演变的过程,提出了发展函数和修正函数,得到了适用于沙波迎流面的流速垂线分布公式。研究结果表明:相对水深越小,沙波地形对迎流面水流作用越显著,使得上部流速减小、近底流速增大,且越靠近波峰这种现象越明显;建立的沙波流速公式与实测值吻合较好,能够准确地反映出迎流面流速变化规律。     

一种由叠加速度转换为平均速度的方法

根据地震勘探原理,以二层楔型模型和近似叠加速度求值公式为基础,提出了一种由速度谱求取平均速度或层速度的具体方法,并以二层楔形及五层楔形模型为例,计算其层速度、平均速度与正常时差速度的误差,结果表明其误差较小,完全可以满足地震资料解释的要求。通过实际应用以及与钻孔标定的平均速度的对比验证,表明该方法对于煤田地震勘探是适用的,特别是该方法可以直接求出沿界面法线方向的平均速度,提高时深转换的精度。     

基于质量守恒的示踪测速模型及实证

示踪测井技术能准确测定地下水渗透流速,传统方法适用于没有垂向流的测井。总结了前人的研究,结合工程实际引入函数vv(z)和vh(z),并根据示踪剂质量守恒的原理建立了基于质量守恒的示踪测速模型,考虑了测井中水流垂向运动的影响。最后利用模型计算了存在较强垂向流的小浪底反调节水库6#井的渗透流速,计算结果与水库渗漏勘探结果一致,说明模型的计算结果是正确的,能排除垂向流的干扰,模型有较强的实际应用价值。     

应力应变智能网络化测试系统的研究与应用

论述了应力应变智能网络化测式系统实现的原理和方法,并与当前国内同类系统进行了比较分析;同时,也简要介绍了该系统在隔河岩水利枢纽安全监测系统中的应用情况。该系统在岩土工程实行实时安全监测的推广应用方面具有一 定的推广价值。     

基于分布式光纤传感技术的流速测量方法研究

简要介绍了分布式光纤传感技术的流速测量方法的主要仪器设备。在研究加热光纤与流水之间传热过程的基础上,推导了流速与光纤稳定温升、加热功率等参数之间的基于分布式光纤传感技术的流速测量方法的理论方程。设计了模型试验,对不同流速与加热功率下,光纤温升情况进行了试验研究。在试验数据分析的基础上,研究了静水与流水中光纤温升情况,结果表明：所有温升曲线都可以分为上升和稳定两个阶段,流水中的光纤温升明显低于静水中的光纤温升,两者的差值随着功率及流速的不同而不同。加热功率越大,两者温差越大;流速越大,温差越大。研究了加热功率对静水中光纤温升的影响,通过分析发现：静水中的光纤稳定温升与加热功率之间存在着良好的线性关系。重点分析了在一定功率下,流速与光纤稳定温升之间的关系,结果表明光纤稳定温升与水流速度呈非直线的反比关系。最后,对该方法进行了讨论,提出了下一步研究建议。     

高坝泄洪水面曲面及流速场的原型测量方法

构建了基于双高速摄像机的立体摄影测量与大范围PIV测量系统,实现了对高坝泄洪的水面曲面和流速场的原型观测.摄影测量系统将相机内外参数分开标定,既保证了相机标定精度,又减少了布置标定点的工作量;使用SIFT关键点标识法提取不同照片中水流表面流动纹理的特征点.大范围PIV系统中,使用灰度标准化、背景移除、中值滤波等方法提取水流表面流动纹理作为PIV计算的示踪物,解决了原型观测中释放示踪物的难题.根据重构出的水面曲面形态对大范围PIV所得流场进行尺度换算与水面贴合,得到真实的表面流场.在向家坝消力池运用实例表明,本方法的计算结果合理.     

东亚地幔流动速度研究

用高分辨率地震体波速度成像以及相关的地球物理资料,计算地幔垂直和切向流动形式及流动速度,得到东亚及西太平洋大体分为3个区域物质流动大致方式:东亚边缘裂谷系和西太平洋边缘海为下部会聚上部扩散的地幔上升流,尤其对于南海来说,大致勾勒出南海地区构造特征——从上到下的大体结构可能是上部呈“工”字型结构、中间为圆柱型、底部呈发散形的地幔上升流;西伯利亚地幔物质上部会聚下部扩散的“人”字型下降流;青藏高原—缅甸—印度尼西亚特提斯俯冲带上部会聚下部扩散的“人”字型地幔下降流。东亚西太平洋分为3个区域地幔对流与地表的西太平洋构造域、古亚洲构造域和特提斯构造域相吻合。东亚中部的物质在地幔深部无明显流动趋势。地幔上升流起源于核幔边界,主要表现在下地幔和上地幔下部,到上地幔顶部和地表与现代热点位置符合。地幔垂直流动速度每年1～4cm,切向速度为每年1～10cm。     

基于弯道超高计算泥石流流速的探讨

泥石流流速是难以实测和准确推算的重要参数。在分析既有各类弯道超高计算公式的基础上,探讨适用于各类泥石流的弯道超高计算模式,进而改进基于弯道超高的粘性泥石流、稀性泥石流和泥流的流速计算公式,用实例加以验证。