天然河湾几何形态统计分析

天然河湾是弯曲河流重要的地貌组成单元,研究河湾的几何形态和演变规律具有较高的理论价值。运用Google Earth卫星图像和AutoCAD软件相结合的方法,选取不同区域的8条河流的136个山区河湾和325个冲积河湾作为统计样本,定义和测量河湾几何形态参数。统计分析表明,山区河湾弯曲度变化区间为[1.7,14.8],冲积河湾弯曲度变化区间为[1.6,38.5]。冲积河湾的弯曲度均值和标准方差都大于山区河湾。山区河湾的弯顶偏向角无明显的趋向性,弯顶向上游发育和向下游发育的机率基本是相同的。冲积河湾的弯顶偏向角大于85°的河湾占65.5%,表明大多数冲积河湾的弯顶是偏向上游发育的。冲积河湾平均河宽与弯顶河宽成较好的线性关系,平均河宽与颈口宽度具有一定程度的正相关关系。天然河湾的横向相对偏移度与弯曲度成较好的线性关系,两者表征河湾平面弯曲形态具有一致性。     

甘肃玛曲大水金矿成矿过程中资源量生长的数量规律

大水金矿床是著名的超大型矿床.在借鉴前人矿床地质研究成果的基础上, 通过对矿体规模数据的多重分形特征及吨-品位关系研究, 揭示了成矿过程中资源量生长的数量规律.矿体长度服从简单分形分布, 矿床资源量的吨-品位关系能用指数函数或直线方程更好地拟合, 矿床与矿体资源量双对数图、吨-品位的双对数图的多重分形特征表明: 在分形构造成矿空间中, 特定成矿阶段的矿床资源量的生长方式是自组织非线性增殖过程, 与自组织有关的随机性使吨-品位关系趋于指数关系; 在整个成矿过程中, 矿床资源量的生长方式是各阶段矿体资源量的线性叠加.进一步根据熵最大化原理及效用理论导出了与统计结果吻合的矿床吨-品位方程, 并得到柴家庄金矿矿体地质数据的验证.      

热液成矿分带的自孤子特征

在研究了银山和铜厂等矿床分带规律的基础上,总结出热液成矿分带特征,并应用非线性科学中的自孤子理论定性地给出了热液成矿系统的属性, 指出热液成矿系统是活性扩散系统,热液矿床是活性扩散系统中的自孤子, 热液成矿分带具有静态径向对称自孤子特征,是嵌套式径向对称目标斑图.利用具体的反应-扩散方程模拟出的结果加以验证.     

华北不同地区全新世环境演变对古文化发展的影响

辽西牛河梁、内蒙古中南部庙子沟和甘肃秦安大地湾是中国北方的3个重要新石器文化遗址.本文利用孢粉、黏土矿物等古气候指标对3个遗址所在地区的全新世气候变化进行了研究,并结合这些地区的地理位置和地质地形条件等特征,分析和探讨了这些地区的自然条件和全新世环境演变及其与古文化发展的关系,阐明了不同地点的环境及其演变的共性和差异以及对古文化发展的影响.     

青海湖水动力特征对滨湖沉积体系的控制

青海湖盆地是我国西北内陆干旱区典型的山间断陷湖盆,与我国西北一些含油气盆地沉积特征十分相似,发育有一系列有利于油气储集的沉积体系.对青海湖沉积体系的研究,可以为陆相古含油气盆地沉积原貌的恢复提供借鉴.通过对比总结前人研究资料、实地考察以及对湖区近40年(1972~2010)来8张遥感图像的判读,分析了青海湖滨湖区域沉积体系演变特征.同时,在青海湖水动力特征研究的基础上,通过沉积物输运模拟,结合每一区域沉积演变特征,分析该区域沉积体系形成演变的水动力成因机制,并预测未来一段时间内环青海湖滨湖区域沉积体系演变趋势.研究结果表明:青海湖水动力特征主要表现出三个顺时针主旋回和湖湾和河流入湖口等处的次级旋回,沉积物输运和堆积趋势与水动力湖流特征对应一致,水动力特征控制着沉积体系的形成及演变;河流入湖口、沙岛-海晏湾、郎剑沙嘴以及东南湖湾等区域,是青海湖滨湖区域沉积演变最明显的区域;今后较长时期内,沉积物输运、堆积趋势将不会发生大的改变.     

福建镇海一带玄武岩柱状节理的动力学研究：兼论柱状节理的成因

根据流体动力学和自组织理论,研究了玄武岩柱状节理形成的动力学特征,并应用福建镇海一带玄武岩平均化学成分,估算出动力学方程中所涉及的参数,求出了断面直径与节理柱体长度之间的函数关系,并用数值计算方法,求出了R_a,d和L的值,其结果与该地区的地质实际基本吻合,最后探讨了柱状节理的成因机理,并把柱状节理的形成过程划分为两个阶段:(1)热耗散-对流阶段,(2)冷却-收缩阶段。     

石梁河水库消力池强紊动水流的数值模拟

采用半隐式的控制体积法离散紊流控制方程,考虑曲率修正的双方程紊流模型封闭雷诺应力,引入通度和体积函数的概念,数值模拟了石梁河水库工程改建后两级消力池的泄流过程.计算结果给出了自由表面的演变过程及其相互碰撞、重叠的消力池水流特征,断面流速、压力分布及自由水面位置与物理模型试验结果吻合良好.     

秦岭东段老湾花岗岩体与老湾金矿的成因联系

河南桐柏老湾金矿床赋存于龟山岩组地层中,通过对围岩、蚀变、矿石与老湾岩体的金含量、微量元素、稀土元素等化学成分进行对比,推测老湾花岗岩是引起老湾金矿形成的主导因素;通过对同位素特征及成矿流体的研究成果,说明老湾金矿床的成矿物质部分源自于老湾花岗岩;通过时老湾矿床矿石、围岩与老湾花岗岩的40Ar/39Ar年龄资料的分析.得知矿床的形成稍晚于花岗岩体,具有同期特征.     

和龙市东城区泥石流沟谷形态的非线形特征

和龙市地处长白山脉东北部,地质环境质量较差,区内常有泥石流、崩塌、滑坡等地质灾害发生。该市东城区具备形成泥石流的条件,泥石流发生频繁。文章根据东城区34条泥石流沟的实际调查资料,采用分形理论．研究了泥石流沟谷形态的分形特征及其在不同观察尺度下分维值的变化特征。这种非线形关系在一定程度上揭示了该区泥石流沟谷演变的非均匀性和自相似性。     

基于Biot方程的纵波波场高阶有限差分法模拟及波场分析

地球物理勘探中的含油气储层通常被认为是一种典型的双相介质,这种介质模型能更精确的描述含气性储层的特征,开展双相介质波场传播特性的研究具有十分重要意义。研究以Biot理论为基础,从双相介质中的纵波方程出发,导出求解双相各向同性介质中纵波方程的高阶差分格式,在此基础上实现双相各向同性介质中纵波方程的高阶有限差分法正演模拟,数值模拟结果表明:这种算法能在少量增加计算量的前提下大大提高精度,同时波场模拟结果与理论相吻合,波场快照快慢纵波的波场反映出不同速度、相位相反等特征差异,对将该理论应用于实际有重要的指导意义。     

The Fokker-Planck equation and statistical characteristics of penetrative convection in the upper ocean

We consider the problem of penetrative convection in the upper ocean under the conditions of sharp surface cooling and a constant momentum flux connected with the existing system of random waves. The Langevin equation with a random right part is used to describe a convective ensemble of thermals. The kinetic Fokker-Planck equation is built for the angular probability density of an ensemble of convective elements. The stationary solution of this equation allows one to find an analogue of the Boltzman distribution for convective currents over speed and height. The Maxwell speed distribution is implemented in this case for convective thermals at a fixed depth. The results allow interpretation of certain data on turbulence in the convective near-surface ocean layer.     

河型转化机理及其数值模拟——Ⅱ.模型应用

采用平面二维河流数学模型,系统研究概化河道的河型转化过程及其控制因素,成功模拟得到了初始比降、流量、入口含沙量增大和河岸抗冲性减弱时,河流从弯道向分汊、游荡河型转化的过程。根据模拟得到的河道平面形态、横断面形态、河床纵剖面,沿程水面线及沿程输沙率的变化,分析了河床初始比降、入口含沙量、流量和河岸抗冲性等各种因素对河型转化的影响。结果表明,模型计算得到的河型转化过程,与经典的河型成因及河型转化理论给出的趋势较为一致。     

2D numerical modelling of meandering channel formation

A 2D depth-averaged model for hydrodynamic sediment transport and river morphological adjustment was established. The sediment transport submodel takes into account the influence of non-uniform sediment with bed surface armoring and considers the impact of secondary flow in the direction of bed-load transport and transverse slope of the river bed. The bank erosion submodel incorporates a simple simulation method for updating bank geometry during either degradational or aggradational bed evolution. Comparison of the results obtained by the extended model with experimental and field data, and numerical predictions validate that the proposed model can simulate grain sorting in river bends and duplicate the characteristics of meandering river and its development. The results illustrate that by using its control factors, the improved numerical model can be applied to simulate channel evolution under different scenarios and improve understanding of patterning processes.     

河型转化机理及其数值模拟——Ⅰ.模型建立

为研究河型转化过程机理,建立了考虑弯道二次流影响与边岸崩塌过程的平面二维河流数学模型,包括水流模型、泥沙模型和边岸崩塌模型。通过在水流动量守恒方程中增加弥散应力项以考虑弯道二次流的影响,并采用室内水槽实验结果对水流模型进行了验证;利用上荆江沙市至石首天然长河段的水沙过程和河道演变资料,对泥沙模型进行了验证;结果表明本模型数值计算量合适,有较好的适应范围。模型中提出了边岸崩塌过程的模拟技术,相对于传统平面二维水沙模型而言,可以更好地模拟天然河道的横向摆动以及洲滩消长过程。     

贵州乌江南源上游流域不同岩溶地貌单元的流量衰减分析

选取云南高原向贵州高原过渡地带上的乌江南源——贵州省三岔河上游流域作为研究对象，分别提取其流域内的花渔洞地下河流域与三塘地下河流域的地形指标，分析两者的流量衰减现状，并探讨了岩溶地表形态和岩溶含水介质结构之间的关系。结果显示:（1）花渔洞地下河流域的平均起伏度为73.2 m，可分为高起伏度的Ⅰ区（均值122 m）和低起伏度的Ⅱ区（均值64 m）两个区，其分别占整个流域面积的14.9%和85.1%；三塘地下河流域的平均起伏度为87.6 m，可分为高起伏度的Ⅰ区（均值106 m）、中起伏度的Ⅱ区（均值81 m）和低起伏度的Ⅲ区（均值48 m）三个区，其分别占流域面积的40.2%，49.7%和10.1%；（2）花渔洞地下河流域各阶段的衰减系数为0.000 3，0.000 1，0.000 06（0.5 h）-1，总蓄水量达2 199.356×104 m3，各亚动态蓄水量分别占总蓄水量的0.1%，9.9%、90.0%；三塘地下河流域各阶段的衰减系数为0.001、0.000 3、0.000 1（0.5 h）-1，总蓄水量为2 310.902×104 m3，各亚动态蓄水量分别占总蓄水量的9.4%、30.8%、59.8%。这表明地面起伏度和衰减动态之间可能存在着关联性，即高起伏度对应岩溶发育强烈的管道流，低起伏度对应导水通道较小的裂隙、溶隙等含水层。      

VALUE OF THE LONGITUDINAL CROSS-SECTION OF A RIVER VALLEY IN ENGINEERING GEOLOGICAL PLANNING

A longitudinal topographic river section and a large-scale geological map allow the geological engineer to forecast with an accuracy sufficient for practical purposes the geological engineering conditions expected at the river valley portion under consideration. The bends of the longitudinal river section provide “guide features” of a sort in choosing the most favorable site for concrete dams. In geologically young river valleys, areas of locally increased gradient of the river are most favorable for concrete dam construction.—Auth. English summ.     

连续弯道水流模拟中二次流修正效果评价

为了选择适用于复杂连续弯道的二次流修正方法,选取了线性方法中两种典型的计算模式,通过在正交曲线坐标系二维浅水动量方程中增加扩散应力项开发了考虑二次流影响的平面二维水流模型。基于不同复杂度的4个连续弯道试验的水位和流速分布资料,通过理论分析和数值试验对比定量评估了传统二维模型和两种二次流修正方法在连续弯道水流模拟中的效果。测试结果表明,Delft3D模型的二次流修正方法自由度较高,适用于不同复杂度的连续弯道水流模拟,而Lien模型二次流修正方法适用于微弯或中弯,应用于中弯时需要慎重选用,不适用于急弯连续弯道模拟。两种方法比较,建议连续弯道水流模拟中优选Delft3D模型的二次流修正方法。     

沙质河床冲刷过程中床沙级配的模拟

研究了沙质河床冲刷过程中床沙级配的模拟方法。在该方法中采用了新的描述床沙级配变化的动力学方程和床沙级配在交换层内垂向变化与水流强度、河床冲刷强度的关系,反映了冲刷过程中交换层内向床面补充的物理过程。通过室内实验率定了相关参数,建立了床沙级配变化动力学方程的数值求解方法,模拟了床沙冲刷粗化。计算结果与室内实验结果符合较好,表明所建议的方法反映了河床冲刷中床沙级配变化的物理事实,可用于沙质河床冲刷粗化模拟。     

水力冲刷过程中塌岸淤床交互影响试验

在弯道水槽中展开系列试验,研究水力冲刷过程中非粘性岸坡冲刷崩塌与河床冲淤交互作用过程及其影响因素,进一步分析塌岸淤床泥沙贡献率。试验成果表明,水流冲刷过程中岸坡破坏是水流淘刷岸坡坡脚、岸坡崩塌及崩塌体淤积坡脚并在河床上输移掺混的交互作用反复循环过程。塌岸淤床模式及掺混程度与近岸流速、主流贴岸程度、水位及河床边界条件等关系密切。近岸流速越大、水位越高,岸坡总冲刷坍塌量、河床总淤积量以及河床累计淤积率也越大,稳定后的岸坡越趋平缓;河床可动程度越大,岸坡总冲刷坍塌量及其在河床上的总淤积量也越大,但河床累计淤积率却越小;水位越高,在弯道段等横向输沙强度较大的地方,岸坡冲刷崩塌体与河床发生掺混的程度也越大。     

国内外泥石流活动关键指标估算方法之比较

泥石流流体容重、流速、冲击力是表征泥石流活动特征众多指标中的三个关键指标.本文在分析国内外对这些指标评估现状的基础上,总结了应用较普遍的估算公式,对比了不同公式的特点及其适用性.比较结果认为:由于泥石流组成和运动状态的复杂性以及影响因素的多样性,对于这三个指标,目前的估算公式都不具有普适性.在当前的认知水平下,建立基于各个地区泥石流特点的指标估算经验公式是最为实用的途径.在各个指标经验公式的建立方法上,考虑各个粒组的多变量容重统计分析方法相对较为合理;泥石流流速估算公式的建立途径在我国、前苏联和欧美国家之间有显著差异,前二者基于曼宁公式,后者基于强迫涡流公式、以弯道超高为主要参数;泥石流冲击力的估算方法国内外都以动量理论为基础,区别主要体现在经验系数取值上,巨石冲击力的计算则都考虑了拦挡建筑物的特点.