黄河下游河床纵向与横向变形的数值模拟——Ⅰ二维混合模型的建立

提出了黄河下游滩岸冲刷问题的严重性,评述了河床横向变形模拟技术和河床变形混合模型的研究现状,并指出现有模型不适用于黄河下游的河床变形计算.将平面二维水沙数学模型与粘性河岸冲刷模型结合,建立了河床变形的平面二维混合模型.采用多种改进措施后,该模型能同时模拟天然河道的纵向与横向变形,尤其适用于河床纵横向变化都十分剧烈的黄河下游.     

突变模型势函数的一般表示式及用于富营养化评价

通常的初等突变评价模型仅给出控制变量维数n≤4的突变模型的势函数及相应的归一化公式,对高维(n≥5)的复杂系统需将其分解为若干维数小于4的多层子系统后再递归进行,且一般只给出各评价结果的相对排序.通过对初等突变模型势函数形式和相应的归一化公式的观察、比较和分析归纳,推演出包括任意维的突变模型的势函数形式及其相应的归一化公式.将推导出的突变评价归一化公式和分层递阶降维突变评价模型相结合,实现对指标众多的复杂系统的评价和分类.将突变评价公式应用于北京市21个湖泊的富营养化评价,并与多种评价方法进行了比较.结果表明,除1个湖泊的评价结果有相邻一级之差外,其余20个湖泊的评价结果完全一致,表明推演出的高维突变势函数形式和归一化公式是合理的.将其用于湖泊富营养化评价具有简单、实用的特点.     

广义自相似性原理与模型

为了理解各式各样的具有广义自相似性特征的尺度不变性系统, 提出了1个称之为GSI (generalized scale invariance) 的理论体系.它阐述了大小尺度可以相互关联而不需要引入任何1个特有(具体) 尺度的最普通情形.在二维线性GSI理论的基础上, 形成了2个重要的各向异性尺度不变性量化模型: SIG (scale invariant generator) 模型和S-A (spectrum-area) 模型.SIG模型通过在频率域中估计GSI理论中代表旋转和层化程度的尺度不变性生成元的参数来量化各向异性尺度不变性.而S-A模型通过从二维频率域中能谱密度大于P元素集的面积与P之间关系的非参数模型对各向异性尺度不变性进行量化.如果研究的对象是1个混合模式(多个不同尺度的过程或作用叠加而形成的), S-A模型不仅可以对异性尺度不变性进行量化, 还可以对该混合模式进行分解.系统阐述了GSI理论、SIG模型和S-A模型, 并将SIG模型和S-A模型结合提出了既能对混合模式进行分解又能对分解后模式的各向异性尺度不变性进行量化的模型.      

二维混合场的各向异性尺度不变性量化方法及其应用

由不同尺度过程或作用叠加而形成的混合场在地学领域很常见,研究如何量化这些场的尺度不变性以及如何刻画其各项异性特征具有重要意义.介绍了近期研发的图像各向异性尺度不变性模拟和分解方法,并将其应用于遥感图像处理中.该方法是将各向异性尺度不变性模拟(SIG)和分形滤波(S-A)方法融合的,对于任意二维场,先用S-A模型判断其是否为混合场.如果是混合场,用S-A模型对其进行模式分解,然后再运用SIG模型量化分解后的各组分的各向异性尺度不变性,并描述其具体变换特征.基于一幅混合遥感影像的应用实例表明,该方法能够有效地量化二维混合场的各向异性尺度不变性.此外,混合场只有在正确分解成不同尺度的组分之后才能得到合理的利用.      

长江中游洞庭湖防洪系统水流模拟——Ⅰ．建模思路和基本算法

针对长江中游洞庭湖防洪系统规模庞大、水流复杂、资料短缺和预报时限紧迫的实际条件,提出了具有层次和模块结构特点、一维与二维水流模拟、水力学与水文学方法、理论模型与补充信息相结合的建模途径.所建模型的湖泊部分采用无结构网格二维非恒定流高性能有限体积格式,以适应湖区复杂的边界形状和保持水量平衡;河网部分采用一维非恒定流守恒型显格式,避免隐格式矩阵算法的复杂性,同时有利于与二维模型的耦合及与各种复杂连通关系的显式连接.这种一、二维混合非恒定流模型可用于长江干流、洞庭湖河网及湖泊、堤垸区的洪水演进和防洪调度的水流仿真.     

基于t-SNE降维算法的区域化探数据中地质体空间分布信息可视化: 以英格兰西南部为例

区域化探数据中包含了丰富的地质信息,提取出蕴含在这些数据中的地质体空间分布信息,对于区域地质研究和找矿勘查具有重要意义。区域化探数据通常包括数十个元素,属于高维数据,隐藏在这些高维数据中的地质体空间分布信息无法直接从数据中观察到。针对这个问题,构建了一个基于t分布随机近邻嵌入(t-distributed stochastic neighbor embedding,简称t-SNE)算法的高维区域化探数据降维可视化模型。t-SNE算法是一种非线性降维方法,特别适用于高维数据集的降维和可视化。选择对岩性鉴定比较稳定的元素,通过t-SNE算法将高维化探数据降维到人眼可观察的一、二、三维,把降维之后的变量表达为栅格图,通过三原色混合等方法进行可视化,从而把隐藏在高维化探数据中的地质体空间分布信息可视化表达出来。以英格兰西南部某地区水系沉积物区域化探数据为例进行研究来检验t-SNE算法在高维化探数据可视化上的实际应用效果。结果显示:(1)通过t-SNE算法对高维化探数据进行可视化得到的结果能够很好地反映研究区的地质体空间分布情况;(2)可视化的效果与t-SNE算法的目标维度和复杂度两个参数密切相关。在t-SNE算法中设定要降维到的目标维度越高,所显示的地质体信息越详细。(3)基于t-SNE算法的化探数据降维可视化效果比基于主成分分析(PCA)的化探数据降维可视化效果更好。本文研究表明基于t-SNE算法的化探数据降维可视化方法能够很好地将地质体空间分布信息可视化表达出来,对于推断地质体的空间分布有一定的指导意义。     

河流中污染源垂向紊动混合过程研究

着重研究了河流中点源及线源污染物的垂向紊动混合过程.根据大江河中污染物在排放口近区范围内的垂向紊动混合过程,提出了部分均匀混合水深的新概念,建立了点源及线源的垂向紊动混合过程基本方程.通过求解方程,得到部分均匀混合水深随纵向距离变化的基本规律和全水深垂向均匀混合距离的理论公式,且用相关实测资料进行了验证.将所建立的垂向紊动混合过程基本规律引入数值模型中,建立了部分均匀混合水深平均二维水质模型,并用现场罗丹明示踪实测资料进行验证,表明该模型较传统的全水深平均模型在近区具有更高的计算精度,与三维模型相比则有更高的计算效率.     

关于电磁模型简单表示方法的使用

由G. N. Polozhii提出的电磁模型简单表示法是解决由规则网格表示的自伴的有限差分边值问题的一种准分析方法。从其原理看,这种方法同一般有限差分法比较在计算时间方面有相当的节约,并且精度有所提高。为解决电磁模型中二维赫姆霍兹方程问题,我们已经用简单表示法作为新的混合方法的基础。这个混合方法的理论也将予以介绍。对二维问题的初步试算结果表明这种方法能节约大量计算时间和存贮单元。     

基于投影寻踪技术的矿井突水水源判别模型——以新庄孜煤矿为例

投影寻踪是一种降维处理技术,它可以将高维分析问题通过投影方向转化为低维问题分析.应用该法的关键在于寻求最佳投影方向,这可以转化为一个复杂的非线性优化问题,结合Matlab的遗传算法工具箱进行优化求解.本文以淮南新庄孜煤矿为例,建立突水水源判别投影寻踪模型,并与模糊综合评判模型、神经网络模型、灰色聚类模型进行分析比较.结果表明:投影寻踪判别模型能够有效地判别突水水源,比模糊综合评判、神经网络模型、灰色聚类模型具有更高的准确性,为矿井突水水源判别提供了一个新途径.     

陈崇希教授的学术思想和成就综述

在地下水资源评价理论方面, 陈崇希教授分析了"平均布井法"不符合质量守衡原理的实质, 纠正了以"地下水补给量计算可持续开采量"的错误, 提出了基于"质量守衡"的地下水资源评价原则, 强调分析"补给的增加量与排泄的减少量"在评价地下水可持续开采量时的重要意义.在地下水动力学领域, 陈崇希教授纠正了稳定井流"影响半径"模型的错误, 恢复了Dupuit"圆岛模型"的原貌, 拓展了Theis公式和Hantush公式的应用条件, 改进了地下水非稳定井流理论, 完善了其中的某些基本概念.在水文地质模拟仿真技术方面, 陈崇希教授提出确定滨海承压含水层海底边界的理论和方法; 提出地下水混合井流的模型和模拟方法, 解决了混合抽水试验确定分层水文地质参数的难题; 提出岩溶管道-裂隙-孔隙三重介质的地下水线性-非线性流动的模型; 建立了考虑井管水流雷诺数对滤管入流量分布的水平井-含水层系统的地下水流模型; 完成了"渗流-管流耦合模型"的砂槽物理模拟, 并用数值方法仿真了地下水流的规律; 最近向观测孔水位形成的传统观念———常规观测孔中的水头降深反映该孔滤水管中各点的平均降深———提出质疑.陈崇希教授建立的"渗流-管流耦合模型"使传统的基于线汇/线源的井孔-含水系统模型提高到新的水平.陈崇希教授积极倡导"防止模拟失真, 提高仿真性", 强调精细地分析水文地质条件、合理地概化模型和采用正确的仿真技术的重要性.      

海南岛中西部金矿集中区断裂构造的分形研究

利用数盒子法对海南岛中西部金矿集中区断层分布统计表明 :断层系统在 5～ 75km尺度内符合分形分布 ,其分维值为 1 .70。根据成矿系统的差异 ,将全区分为 9个子区块 ,各子区块断层系统在 2 .5～ 2 5km尺度内均符合分形分布 ,其分维值介于 0 .6 6～ 1 .72之间。断层分维值的大小可作为判断矿化强弱的指标 :断层的分维值≥ 1 .5 ,是矿化集中区的标志 ;分维值小于 1 .4 ,不利于规模成矿 ;断层的分维值较大 ,是形成金矿化的有利条件 ,若形成超大型矿床 ,则断层系统需处于临界分维状态(Dc≈ 1 .5 )。白沙元门地区断层分维 (D =1 .4 9)接近于临界分维 ,预示该区有良好的找矿前景。基于离散元方法 (UDEC)的数值模拟显示 :随着断层分维值增大 ,则变形趋强、连通性更好、渗透率增大 ;临界状态下断层间的连通性好 ,变形及渗透率突然增加且变形及流体流动局限于骨干断层中 ,即临界状态下最有利于形成含矿流体的局域化分布     

河北平原地区断层系的分形特征分析

断层形成机理的复杂性和时空展布的不规则性,传统的评价方法往往很难取得令人满意的定量化结果,应用分形理论可以对断裂构造系进行定量评价,断层分维是断层数量、规模、组合方式及动力学机制的综合体现,因此分维值的大小可以作为断层构造复杂程度一个定量化指标。运用分形理论,对河北平原区主要断裂构造带进行了定量评价。得出河北平原区NNE向分维值为1.358,纬向断层系分维值为1.183,河北平原区活断层系空间分维值较高,这和研究区地震活动频繁、地质灾害多发一致。最后对河北平原区、渭河盆地和川滇断层系分形值和地震活动性进行了分析对比,发现地震空间分布和分形值的大小有对应关系,且渭河盆地、川滇的分形值大于河北平原地区,河北平原所发生的地震多沿NNE向呈带状分布。     

The diversity of resilience: contributions from a social science perspective

The paper presents contributions to the widespread resilience paradigm from a social science perspective. Certain aspects of social systems, especially their symbolic dimension of meaning, need to be taken into account in the endeavor to research coupled social–ecological systems. Due to the symbolic dimension, disasters are defined as the failure of future expectations, and social resilience is defined as the social system property of avoiding or withstanding disasters. In relation to this, three capacities of social systems (adaptive, coping, and participative) that constitute resilience are presented. The adaptive capacity is the property of a system in which structures are modified to prevent future disasters, whereas the coping capacity is the system’s property of coping with calamitous processes that occurred in the past. The participative capacity is a measure of the system’s ability to change its own structures with regard to interventions by other systems, decreasing the system’s resilience. The concept of resilience provides important epistemological and political insights and can help overcome an orientation tied together with the concept of vulnerability that blocks social capacities for the mitigation of disasters.     

苏北溱潼凹陷非线性动力学特征浅析

混沌动力学研究提出的方法，可以从观测数据角度重建系统的演变规则。本文在扼要介绍非线性数学模型反演理论的基础上，采用时序资料重建复杂系统动力学特征的方法，求得苏北溱潼凹陷演化的非线性动力学方程，并对系统Ｌｙａｐｕｎｏｖ指数、熵及Ｌｙａｐｕｎｏｖ维数的变化特征和溱潼凹陷演化过程的混沌特征进行了研究和初步分析，为分析盆地演化特征提供了方法。系统信息维的变化特征，反映了滤潼地区断陷阶段活动剧烈、凹陷阶段活     

城市地下空间开发利用地质适宜性三维评价指标体系研究 ——以杭州市为例

地下空间开发地质适宜性三维评价是合理进行地下空间立体化开发、降低开发地质风险的重要手段,也是当前研究热点.作为地质适宜性三维评价全过程的重要一环,科学合理地建立三维评价指标体系是其能否正确开展的前提基础.通过结合杭州城市地下空间开发面临的地质问题,在系统分析各评价指标对地下空间开发建设影响的特征基础上,以三维视角从地层...     

城市地下空间开发利用地质适宜性三维评价指标体系研究——以杭州市为例

地下空间开发地质适宜性三维评价是合理进行地下空间立体化开发、降低开发地质风险的重要手段,也是当前研究热点。作为地质适宜性三维评价全过程的重要一环,科学合理地建立三维评价指标体系是其能否正确开展的前提基础。通过结合杭州城市地下空间开发面临的地质问题,在系统分析各评价指标对地下空间开发建设影响的特征基础上,以三维视角从地层三维结构等多个方面构建完成了一套具有多层次结构的三维评价指标体系,并采用层次分析方法对评价指标进行了目标权重的计算、一致性检验、排序和分析。该指标体系可划分为5个准则层21个指标层,相较于二维评价指标体系,通过融合三维地质模型和三维空间分析方法,使评价过程中能够考虑更多的评价因子,更好地描绘地下复杂的三维地质环境,丰富了三维评价结果的内涵。基于模糊综合评价方法的杭州钱江新城二期的三维评价应用成果表明,该指标体系为三维地质模型和三维空间分析方法之间的整合提供了有力的指导,为提升三维尺度下的地下空间开发地质适宜性评价精度和准确性提供了有力的支持。     

Expanding the spectrum of shallow‐marine,mixed carbonate–siliciclastic systems: Processes,facies distribution and depositional controls of a siliciclastic‐dominated example

Most of the present knowledge of shallow‐marine, mixed carbonate–siliciclastic systems relies on examples from the carbonate‐dominated end of the carbonate–siliciclastic spectrum. This contribution provides a detailed reconstruction of a siliciclastic‐dominated mixed system (Pilmatué Member of the Agrio Formation, Neuquén Basin, Argentina) that explores the variability of depositional models and resulting stratigraphic units within these systems. The Pilmatué Member regressive system comprises a storm‐dominated, shoreface to basinal setting with three subparallel zones: a distal mixed zone, a middle siliciclastic zone and a proximal mixed zone. In the latter, a significant proportion of ooids and bioclasts were mixed with terrigenous sediment, supplied mostly via along‐shore currents. Storm‐generated flows were the primary processes exporting fine sand and mud to the middle zone, but were ineffective to remove coarser sediment. The distal zone received low volumes of siliciclastic mud, which mixed with planktonic‐derived carbonate material. Successive events of shoreline progradation and retrogradation of the Pilmatué system generated up to 17 parasequences, which are bounded by shell beds associated with transgressive surfaces. The facies distribution and resulting genetic units of this siliciclastic‐dominated mixed system are markedly different to the ones observed in present and ancient carbonate‐dominated mixed systems, but they show strong similarities with the products of storm‐dominated, pure siliciclastic shoreface–shelf systems. Basin‐scale depositional controls, such as arid climatic conditions and shallow epeiric seas might aid in the development of mixed systems across the full spectrum (i.e. from carbonate‐dominated to siliciclastic‐dominated end members), but the interplay of processes supplying sand to the system, as well as processes transporting sediment across the marine environment, are key controls in shaping the tridimensional facies distribution and the genetic units of siliciclastic‐dominated mixed systems. Thus, the identification of different combinations of basin‐scale factors and depositional processes is key for a better prediction of conventional and unconventional reservoirs within mixed, carbonate–siliciclastic successions worldwide.     

Plio-/Pleistocene climate modeling based on oxygen isotope time series from deep-sea sediment cores: The Grassberger-Procaccia algorithm and chaotic climate systems

The question whether paleoclimatic systems are governed by a small number of significant variables (low-dimensional systems) is of importance for modeling such systems. As indicators for global Plio-/Pleistocene climate variability, four marine, sedimentary oxygen isotope time series are analyzed with regard to their dimensionality using a modified Grassberger-Procaccia algorithm. An artificial, low-dimensional chaotic time series (Hénon map) is included for the validation of the method. In order to extract equidistant data the raw data are interpolated with the Akima-subspline method since this method minimizes the change in variance due to the interpolation. The nonlinear least-squares Gauss-Marquardt regression method is used instead of the linear least-squares fit to the logarithmically transformed points, in order to acquire an unbiased estimate of the correlation dimension. The dependences of the estimated correlation dimension on the embedding dimension do not indicate a small number (i.e., less than 5) of influencing variables on the investigated paleoclimatic system, whereas the low dimension for the Hénon map is verified (dimension 1.22–1.28). Because of the limited amount of data in the oxygen isotope records, dimensions greater than about 5 cannot be examined.     

黄骅坳陷中区断裂系统分形研究

利用分形几何方法分析了黄骅坳陷中区断裂分布的分形特征,以探讨该区断裂系统的发育规律及其与油气的关系。利用数盒子方法进行分析表明,黄骅坳陷中区断裂系统在标度区间1.75～7km具有很好的统计自相似性。根据断裂分维值等值线可知,海岸线两侧断裂分维值分布规律有着明显不同,显示了两侧断裂系统在形成机制上的差异性。研究区分维值自西向东逐渐增大,在歧口凹陷南北两侧有着最高的分维值。结合黄骅坳陷中区断裂系统的形成机制及油田的分布,初步探讨了断裂分形特征与黄骅坳陷中区断裂系统的形成机制及断裂分形特征与油田分布之间的关系。研究结果表明,断裂系统分维值的变化特征与断裂的发育规律有着很好的相关性,断裂发育程度高的地区其分维值也更高,也将更有利于油气的运聚。     

地质工程的研究现状及其风险表现

地质工程学在工程地质学研究的基础上发展起来,是工程地质学的新拓展,本文对其国内外研究的现状作了进一步的分析和总结,认为它是研究一个工程系统与诸多自然系统如何实现最佳耦合的一门学科,是在认识自然环境的基础上改造与保护自然环境,实现工程与环境的有机结合,它强调的是以工程措施对地质环境进行改造,并重视对技术方法和作用效果的研究。作者在分析地质工程研究现状的基础上,从工程实践的角度,探讨了地质工程的应用领域范围并把它分为：地下建筑地质工程、地面建筑地质工程和区域地质环境治理工程三大类型。文章认为整个地质工程系统具有时间维度和空间维度两大基本特征,在时间维度上主要表现为自然系统的客观存在性和人们认知能力的有限性,在空间维度上主要表现为系统作用域的风险性,在此基础上进一步探讨了其风险特征。