三维地震动场数值模拟并行计算系统

并行计算系统是进行三维复杂场地地震动场数值模拟的基础。本文作者利用10台微机构建了一套并行计算集群(常称为Beowulf系统),节点微机上运行Windows2000操作系统,采用MPI标准的MPICH1．2．4版本作为并行计算的支撑环境,并以100M bps高速交换式以太网作为互连网络。利用编制的并行计算程序对该并行计算系统性能进行了测试。结果表明：该系统能够达到非常高的并行加速比和并行效率。该系统将用于三维地震动场数值模拟研究。     

基于ELCOM-CAEDYM模型的淀山湖营养物投入响应关系的模拟

针对淀山湖严重富营养化的问题,应用三维水动力-水质耦合模型ELCOM-CAEDYM对淀山湖水质进行了模拟,确定了一套可应用于淀山湖水质模拟的参数,并对模拟结果进行了验证;验证结果显示,ELCOM-CAEDYM耦合模型较好地模拟了常规水质和藻类浓度动态变化,模拟结果的总体变化趋势与实测结果相符合.同时运用该模型对淀山湖营...     

物理场多重分形谱理论模型的数值模拟研究

利用二维双标度三分非空集对物理场多重分形谱进行了理论模型的数值模拟研究。模拟结果表明：随着物理量空间分布不均匀性的增大，不同模型参数下的理论分形谱曲线变陡，Dq值域范围变宽。利用多重分形谱曲线的形态特征，可进一步了解是“稀疏区”还是“密集区”起主导作用，这对于从理论上把握物理和化学场分布特性具有重要意义。     

含煤层地质环境下地震波场的数值模拟

本文对含低速煤层地质环境下弹性波场多波多分量地震资料进行了二维数值模拟研究,对人工边界反射进行了有效处理,频散效应得到了有效的压制,对几种不同激发与观测排列方式下的弹性波资料进行了模型计算与分析。     

地下岩体应力场-渗流场-热场三场耦合作用的数值模拟研究初探

在地下岩体变形、地震的孕育与发生过程中,多种物理场、化学场是同时存在并相互影响的,其中应力场、渗流场和热场是其最重要的物理场.文中综述了近40年来地下岩体应力场-渗流场-热场三场耦合作用的研究现状,基于渗流场与热场、应力场与热场、以及三场耦合作用的研究,从场与场之间相互影响关系入手,综合分析了从以变量为媒介到以场为媒介,从松散耦合到强耦合,从观测统计模型到数值模拟的发展历程,并阐述了地下岩体三场耦合存在的问题和发展趋势.     

水力压裂产生的地表和地下变形场数值模拟(英文)

倾斜仪裂缝监测技术是通过在地表和附近观测井中放置高灵敏度的倾斜仪,记录压开裂缝导致的地表和地下变形,由此来估计裂缝方位和裂缝的几何形态。本文借鉴Okada线弹性理论和格林函数方法,分别针对弹性半空间均匀模型和分层模型,模拟分析水力裂缝引起的地面和井下变形。模拟结果表明,地表变形模式在两种模型下无明显差异,但当裂缝穿透某一地层时,分层地层模型中水力裂缝引起的井下变形模式与均匀地层中会有明显不同,不适宜采用均匀半无限半空间假设计算井下变形场,研究结果对提高倾斜仪监测水压裂缝技术的数据反演结果的精度和可靠性具有应用价值。     

含流体裂缝介质中地震波场数值模拟

油气勘探开发实践证明,裂缝常常是油气藏存储的空间或运移的通道,因此,裂缝各向异性介质中地震波场的研究越来越倍受关注,国内外很多岩石物理学者、地球物理专家等对裂缝信息的描述提出了很多理论认识与方法技术.本文根据Eshelby-Cheng各向异性裂缝介质模型理论,求取各向异性裂缝介质的弹性参数,并建立Eshelby-Cheng各向异性裂缝介质的波动方程,利用时间错格伪谱法对含流体裂缝介质进行数值模拟,模拟结果表明,采用时间错格伪谱法能有效解决各向异性介质的波场传播,利用时间错格有限差分算子替代普通的差分算子来求解时间导数,利用快速傅氏变换求解空间导数,大大提高了正演模拟的计算精度与计算效率.并且与各向同性介质相比,地震波在含流体裂缝各向异性介质中的传播要复杂得多,各向同性介质层中的波是纯的,其横波不会发生分裂,而在各向异性介质层中,横波将发生分裂.     

线性粘弹介质中地震波场数值模拟

本文将以往两种粘弹介质中地震波模拟方法的优点结合起来，以模型理论和积分本构方程为基础，从理论上分析了模型对地震波场的影响；采用交错网格有限差分法对粘弹介质中的地震波进行数值模拟.数值计算结果表明该方法不仅便于计算，同时也便于从力学的角度来分析地震波的传播.数值计算结果与理论分析一致，说明这种方法可以更为有效地模拟粘弹介质中地震波的传播.     

太湖不同湖区风浪的季节变化特征

为明晰太湖风浪的空间分布及季节变化,在湖心区设立波浪观测站,利用其记录的波浪数据证明SWAN模型能够较好地模拟太湖风浪.基于所建模型,对2013年自然风场条件下太湖不同湖区风浪季节动态进行模拟分析,结果表明:受岸线、地形和岛屿等地理因素影响,大太湖的风浪总是最强,其有效波高均值为0.523 m;而东太湖风浪最小,有效波高均值为0.305 m.受盛行风场季节变化影响,太湖春、夏季有效波高均值明显大于秋、冬季.太湖波浪的能量主要来源于风场,其有效波高随风速增大而增大,两者呈极显著正相关.而风向则可以通过改变风区长度来影响风浪生消.在偏东风作用下,太湖湖西区的风浪大于东部湖区;而受盛行于冬季的偏北风影响,太湖南部水域风浪要大于北部.同时,太湖风浪的时空分布特征是造成太湖水质参数、沉积物和水生植物空间分布差异的重要原因之一.     

谐振Q模型介质地震波场数值模拟

由于时间域内粘弹性介质的本构方程是一种卷积积分形式,无法将它直接离散化数值求解.本文采用GSLS模型逼近谐振Q模型介质的粘弹性;推导了粘弹性介质中实现纵波和横波分解的等价波动方程.同时给出了等价方程的完全匹配吸收边界(PML)条件公式及相应的交错网格任意偶数阶精度有限差分格式.最后应用交错网格高阶有限差分法,求解等价波动方程.实验显示GSLS模型逼近精度高,吸收边界效果好,能够实现纵、横波的完全分离,可以得到高精度的波场快照和合成记录;并且波场快照和合成记录能较好的反映谐振Q模型介质的粘弹性特征.结果证明GSLS模型能够精确地逼近谐振Q模型的粘弹性.     

太湖波浪数值模拟

在太湖实际波浪观测的基础上,采用率定验证后的第三代动谱平衡方程,考虑实际水底地形、波浪折射、浅化、反射、破碎、湖流等条件下,对太湖波浪进行数值模拟,研究太湖波浪的主要影响因素.结果表明:SWAN模型可以较好地模拟风作用下太湖风浪的生成和传播过程,模型在太湖应用是合适的;波高、波长、波周期等波浪参数在太湖的分布与风速、风向、水深等因素密切相关;在相同风向、不同风速情况下,太湖波浪发展至稳定状态的时间不一样;在不同风向,相同风速持续作用下,有效波高达到稳定的时间差不多,变化趋势也比较相同.说明波浪的发展不光取决于风速的大小,还同风的持续吹的时间和风区长度有关.     

淀山湖水量的初步研究

分析了淀山湖水量的主要补给来源及淀山湖水量受潮沙影响的泄流规律,并用1988年的实测资料研究枯水年型的淀山湖水量平衡。计算结果表明:淀山湖区在1988年降水稀少,但它可获取邻近河湖及长江等水体的水源补给,使湖水量达到年内基本平衡。     

气象条件对淀山湖水质的影响

根据2007-2014年淀山湖湖体每月高锰酸盐指数(CODMn)、氨氮(NH3-N)、总氮(TN)和总磷(TP)等水质资料和青浦区气象局月平均气温、降水量和日照时数等气象资料,运用数理统计方法和特征值比较法分析淀山湖湖体CODMn、NH3-N、TN和TP等水质资料变化规律及温度、降水和日照时数等对水质的影响.结果表明:(1)气象条件影响淀山湖湖体水质.平均气温、日照时数影响NH3-N、TN和TP浓度,表现在平均气温高、日照时数多,NH3-N、TN浓度降低,相反平均气温低、日照时数少,NH3-N、TN浓度升高;平均气温高,也会使TP浓度上升,平均气温低,TP浓度降低.降水对水体中CODMn、NH3-N和TN等浓度有稀释作用,降水量多的月份其浓度偏低,相反降水量少的月份其浓度偏高.(2)受气象条件影响,CODMn、NH3-N、TN和TP有季节变化.CODMn浓度4-9月较高,10月翌年3月较低;NH3-N、TN浓度最高值出现在2-4月前后,最低值出现在7-10月;TP浓度最高值出现在7-8月,最低值出现在10月翌年5月.(3)淀山湖CODMn、NH3-N、TN和TP浓度呈下降趋势.     

淀山湖有色可溶性有机物的光谱吸收特性

探讨了淀山湖水体中有色可溶性有机物(CDOM)的光谱吸收特性,CDOM与叶绿素a、浊度和COD等水质参数的关系,以及不同波段范围内CDOM光谱吸收形状(指数函数斜率S值)的变化.结果表明:淀山湖CDOM吸收系数不高,在355 nm波长处的吸收系数变化范围是6.95-10.28 m-1,而且湖南区高于湖北区;CDOM吸收系数和叶绿素a、浊度、COD等水质参数的相关性都不高,证明湖中的CDOM主要来自于城镇生活污水和工业废水的排放;CDOM吸收系数在300-500 nm范围内随着波长的增加呈指数递减,超过500 nm之后呈线性递减,在300-500 nm波段范围内指数函数的曲线斜率S为11.7-14.8 μm-1,在501-750 nm波段范围内波长每增1 nm,CDOM的吸收系数减小0.0021 m-1.     

淀山湖底泥生态疏浚适宜深度判定分析

通过室内模拟实验,对淀山湖东部湖区的沉积物进行研究,测定沉积物在不同疏浚深度和疏浚温度下的铵态氮(NH₄⁺-N)、正磷酸盐(NH₄^3--P)和溶解性有机碳(DOC)的释放速率,并对该区域沉积物的理化指标进行检测.结果表明:淀山湖表层沉积物近年来总磷和有机质含量有较大增加.淀山湖东部湖区NH₄⁺-N和DOC存在着释放趋势,NH₄^3--P在夏季会从沉积物中向上覆水中释放,在年内会形成"源"和"汇"的转化.整个淀山湖东部湖区按不同研究区域划分,疏浚深度以10~20 cm最佳,疏浚季节以秋季为佳.通过对淀山湖东部湖区的沉积物在不同疏浚深度和疏浚时间下的污染物释放速率的研究,可以为淀山湖和其它类似湖泊的疏浚工作提供相应的科学依据.     

于桥水库风季流场的计算与分析

本文依据水流运动的基本理论,并考虑风对水体的剪切作用,应用改进的移步ADI法,建立了风作用下流场的数值模似系统,其结果与连续四年的实测资料验证相吻合。计算预报了于桥水库三个典型水文年定常风不同风速、风向的流场,并由计算机绘制出彩色流场图。文中还针对计算应用成果进行了分析。     

淀山湖水生维管束植物群落研究

论述了淀山湖水生维管束植物的种类组成、分布、群落类型、群落的数量特征及演替。结果是:（1）湖中分布有26种水生维管束植物,隶属16科,21属;其优势种为苦草、菹草、马来眼子菜、芦苇等。（2）湖中水生植被呈不规则环带状分布,并可划分为挺水、浮叶、沉水三个植物带,12个主要水生维管束植物群落。（3）水生维管束植物的重要值以苦草最大,茨藻属植物最小。（4）淀山湖水生维管束植物群落有由沉水型向浮叶型、挺水型或漂浮型过渡的趋势。     

洪泽湖风生流对风场和水位变化响应特征

深入认识大型湖泊在不同风速、风向和水位下三维风生流结构特征对于湖泊污染控制、生态恢复及资源的开发利用具有重要意义.本文在构建笛卡尔坐标系下洪泽湖三维水动力模型的基础上,利用2次全湖30个点位流场监测数据验证了模型精度.基于1975-2020年长系列风场观测数据,确定了洪泽湖典型风速风向.在此基础上,模拟了16种不同风向,13种不同风速和20种不同水位工况条件下洪泽湖三维风生流结构.结果表明：水动力模型可以较好地刻画洪泽湖三维湖流变化特征.洪泽湖风生流结构随风向变化呈现出较大空间差异.风生流流速随着风速的升高呈加速上升趋势,其中表层水体流速上升幅度远高于其他水层.在2.4 m/s东风驱动下,溧河洼、成子湖和南部湖区垂向平均流速随着水位上升呈先升高后降低的趋势,3个湖区分别在12.7、12.4和12.2 m水位下流速达到最大值.     

大型浅水湖泊太湖波浪特征及其对风场的敏感性分析

以空间均匀的实际风场为驱动,利用SWAN模式模拟了太湖波浪场,结果表明:SWAN模式能够较好的模拟太湖波浪的生成与传播,适用于大型浅水湖泊(太湖);同时分析了该风场驱动下下太湖风浪谱,波浪的绝对频率主要集中在0.45～1.0 Hz的中高频率段;风向与波向具有高度一致性.在同一风速下,太湖不同区域波浪成长稳定时间不同,湖心区稳定的谱峰频率在0.342～0.585 Hz之间,湾区及西山岛附近狭长水域稳定的谱峰频率在0.447～0.765 Hz之间;在同一区域,风速增大,波浪稳定时间减少,谱峰频率沿低频推移,在湖心区谱峰频率最小不低于0.340 Hz,湾区、西山岛附近狭长水域最小不低于0.447 Hz;风向的改变对湾区及西山岛附近狭长水域的波浪频谱形状影响较大.