河网水流智能模拟技术及应用

针对城市河网缺乏足够的实测资料和河网水动力学模型模拟速度慢的特点,提出将河网水动力学模型与遗传算法、神经网络方法结合,建立河网智能模型。模型中,利用河网水动力学模型提供神经网络所需的信息,遗传算法用于优化神经网络的初始权重。将该模型应用于上海市浦东新区河网中,智能模拟结果与经过实测资料验证的河网水动力学模型的模拟结果吻合较好,表明河网智能模型精度与水动力学模型接近。同时实时性较好,可用来预测河网水位变化特性,也为今后类似研究提供一种模拟技术。     

考虑土体非均质传热的河岸带水热耦合模型

为弥补当前河岸带水热交换模拟对土体非均质传热考虑不足的缺陷,在饱和-非饱和渗流及多孔介质传热理论基础上,引入土体有效导热系数模型,构建考虑土体非均质传热的河岸带水热耦合模型。结合COMSOL软件的特点,给出河岸带水热耦合模型的实现方法及求解流程,并通过河岸带温度和水位原型观测资料验证和对比分析不同有效导热系数模型下河岸带水热耦合模型的模拟效果。结果表明：与传统不考虑土体非均质传热方法相比,该模型能够较好地反映河岸带水热交换过程。此外,基于Johansen有效导热系数模型的河岸带水热耦合模型模拟效果表现最佳,模拟结果与前人试验结果一致。研究成果可为河岸带水热交换及污染物迁移过程的深入研究提供技术支撑。     

不同埋深弱透水层固结模型研究

地面沉降模型是地面沉降研究的重要内容,由于弱透水层的变形量占地层全部变形量的比重较大,因此对弱透水层固结模型的研究是地面沉降模型研究中的重要部分。在现有的地面沉降模型中,对不同深度弱透水层的变形计算,无论弱透水层释水机理如何,始终沿用同一计算模式,显然是与实际情况不相符的。本文在对不同深度弱透水层释水变形机理认识的基础上,根据变形机理的差异,分别提出了不同深度弱透水层的变形计算模型。     

苏里格气田盒8气藏气水层测井识别研究

鄂尔多斯盆地苏里格气田盒8气藏为弹性驱动的河流相低效气藏,储层非均质性强,在开发中普遍见水。根据试采情况将气藏储层分为气层、水层、气水层三类,开展气、水层的测井识别研究。以区内26口井50个射孔层段各层的试油结果作为依据,选出了700个样本点作为判识建模的标本,以声波时差和中子孔隙度等8个原始测井值作为判识变量组合,采用模糊判别分析,建立了各层的判识模型。回判结果表明,模型对气层精度达到97％,水层为89％,气水层为94％。利用未参加建模的出水井射孔段对模型进行验证,判识结果基本符合实际情况,模型具有较高精度。     

三轴应力下水对粉砂质泥岩蠕变力学特性影响作用试验研究

采用岩石流变试验机,在三轴应力下分别对干燥与饱水两种含水状态的粉砂质泥岩开展室内蠕变力学试验。分析了水对粉砂质泥岩蠕变量、蠕变长期强度的影响作用。依据岩石的蠕变性质,选取Burgers蠕变模型对其进行描述,得出两种含水状态下岩石的蠕变模型参数。对比干燥与饱水含水状态下岩石的Burgers蠕变模型参数,分析得出了水影响Burgers蠕变模型参数的基本规律。结果表明:（1）相同应力水平下,水对粉砂质泥岩的瞬时应变特性影响较小,而对岩石的蠕应变特性影响相对较大;（2）饱水试样的蠕变长期强度是干燥试样的39.3%,由于水的作用,粉砂质泥岩的蠕变长期强度大幅降低,在工程中应考虑由于水的影响作用而导致的岩石长期强度降低问题;（3）水对Burgers蠕变模型各参数的影响作用从大到小依次为:η₁、G₁、G₂和η₂,即水对Burgers模型中串联的元件力学特性影响较大,而对并联的元件力学特性影响相对较小;（4）由于水的影响作用,粉砂质泥岩达到稳定蠕变阶段所需的时间显著增加,岩石的稳态蠕变速率显著增大;（5）由于水的影响作用,导致粉砂质泥岩的蠕变力学特性发生显著改变。因此,在重大岩石工程中应重视水对岩石时效变形的影响作用。     

深部弱透水层固结变形模型建议

地面沉降模型是地面沉降研究的重要内容,由于弱透水层的变形量占地层全部变形量的比重较大,因此对弱透水层固结模型的研究是地面沉降模型研究中的重要部分.笔者通过对深部弱透水层中粘性土孔隙水类型进行分析,得出深度弱透水层中孔隙水类型并对该类型孔隙水变形特性进行了研究,总结出深部弱透水层固结机理.在机理分析的基础上,提出采用非达西流计算模式对深部弱透水层计算模型进行了修正,并提出了深部弱透水层固结计算模型建议:孔隙水类型主要为扩散层内结合水时,可以采用利用非达西流修正的太沙基固结方程对深部弱透水层变形进行计算,可以参考给出的采用非达西定律修正过的一维固结方程;孔隙水类型主要为吸附结合水时,可以利用弹性本构关系模型对深部弱透水层进行变形计算.     

天津地区海积软土的孔压模型建立及参数确定

确定土体的孔隙水压力是土力学中一个重要的研究问题。通过对天津市欠固结海积软土进行的大量试验，研究了孔隙水压力变化的主要特征。已有的孔压模型中孔压与应力应变的关系不唯一，在试验的基础上，提出了新的孔隙水压力模型，并确定了模型参数。     

库水升降对新疆阿勒泰地区某土石坝渗流影响的研究

库水升降会改变土石坝原本稳定的渗流场,进而影响坝体的安全和稳定,为研究库水升降速率对土石坝渗流的影响,在GeoS tudio中建立了新疆阿勒泰地区土石坝的坝体—坝基二维模型,采用非饱和渗流模型计算了坝体在不同定水位及库水升降诱导下的孔隙水压力和浸润线变化情况.结果表明:坝体稳定性随库水定水位的升高而降低,库水升降速率过...     

孔隙水压力传感器动态特性模型,设计与试验

本文对动态孔隙水压力传感器的设计问题进行了专门研究。内容包括:(a)根据泊稷叶公式建立了滤水系统的动态特性模型;(b)由该模型对典型被测压力信号的响应误差提出了设计判据;(c)孔隙水压力传感器的设计与制作;(d)在激波压力作用下,模型的理论响应与传感器的实测响应作了检验对比。此外,还简单介绍了传感器在现场的应用情况。     

采空区松散堆积物注浆模型试验研究

以采空区松散堆积物为研究对象,分别设计模型箱注浆模型和压力注浆模型对浆液的扩散规律进行试验研究,探讨注浆压力、浆液水固比、孔隙率和注浆量对浆液扩散距离的影响规律。试验结果表明:注浆压力、浆液水固比、孔隙率和注浆量四个因素与浆液扩散距离之间存在定量关系,可用公式进行拟合,影响浆液扩散距离最为显著的是堆积物孔隙率,其次是注浆量和浆液水固比,注浆压力对浆液扩散距离的影响相对较小;浆液在松散堆积物中流动的压力损失是由浆液流速的不均匀性、浆液与松散堆积物的碰撞、浆液扩散时与堆积物的摩擦等原因造成的;对浆液在松散堆积物中扩散速率影响最为显著的是注浆压力,其次是堆积物孔隙率,浆液水固比影响最小。     

层状土毛细水上升过程中Lucas-Washburn模型评价及修正

受界面效应影响,毛细水在层状土中运移规律还难以用描述均质土中水分运移规律的Lucas-Washburn（LW）渗吸模型进行描述。基于此,本文设计了层状土室内模型试验,采用分布式的主动加热光纤法（简称AHFO）监测毛细水上升过程。根据AHFO测试结果,进一步对LW模型进行了修正,提出了适用于描述层状土中毛细水上升规律的ILW模型,并对ILW模型进行了试验验证。试验结果表明:（1）当毛细水湿润锋抵达“黏土（下部）-砂土（上部）”界面时,会产生“毛细屏障作用”,从而导致上部砂土中毛细水含水率急剧下降;（2）“毛细屏障作用”由砂土和黏土中的基质吸力不均衡造成,基质吸力大小由含水率决定;（3）当毛细水湿润锋抵达“砂土（下部）-黏土（上部）”界面时,在界面处出现“反毛细屏障作用”,从而导致上部黏土层中的含水率比相邻下部砂土层含水率更高;（4）虽然常见的LW模型可准确预测均质土中毛细水上升高度及速率,但受“毛细屏障作用”和“反毛细屏障作用”影响,LW模型在层状土中失效;（5）相比LW模型,ILW模型精度更高,能够更加准确地描述层状土中毛细水上升规律。     

土壤冻融过程中水流迁移特性及通量模拟

为研究季节性冻土在冻融过程中水热盐的运移规律,在野外开展了一维及二维冻土水热盐运移试验,并通过Br离子示踪法及建立冻土水盐通量计算模型对土壤冻融过程中水盐的通量变化特性进行了计算分析。基于Hangen-Poiseuille孔隙通量方程,耦合孔隙冰柱体对水力传导度的影响机理,提出了冻土水流通量模型。结果表明,冻结过程中,液态水在水势和温度梯度作用下在冻结锋处聚集,形成通量峰值,冻融过程中自地表和最大冻深位置分别向下和向上的融化过程中,一维与二维试验水流通量变化对比表明,冻融过程中水流通量受到中间层冻土和地下水顶托的影响。冻土通量模型能够有效地描述冻土中不同温度条件下水流通量特性,从微观的角度很好地解释了土壤冻结过程中冰水共存状态下土壤中水流通量变化规律。     

信息熵在新安江模型和NAM模型比较中的应用

选取资水流域新宁水文站以上集水面积为研究区域,基于空间分辨率为30s的数字高程模型数据构建数字流域水系,运用新安江模型和NAM模型分别对新宁站的日径流过程进行模拟。采用确定性系数和信息熵对两个模型的模拟结果进行比较分析。在信息熵计算过程中,以实测流量为标准序列,计算两种日模型模拟结果与实测序列残差,然后进行归一化,计算潜在信息测度和信息熵相对测度。信息熵越大表明流量计算序列与实测序列过程线在垂向上相似性强,但这并不代表确定性系数大、径流深相对误差小。     

作物水生产力评估方法研究

农业用水作为消耗水资源最多的部分, 在全球和区域水资源消耗中占据很大比例. 农业水生产力的评价对于改进区域农业水资源利用方式, 促进农业经济发展具有重要意义, 尤其是在水资源匮乏地区. 首先阐述了作物水生产力的基本概念, 分析了影响作物水生产力的核心要素; 其次总结了作物水生产力的评价方法, 将其分为收获方法、 模型方法和集成遥感或GIS的模型方法, 并分析了这三类方法优缺点; 最后对作物水生产力研究发展趋势进行了展望, 认为将RS或GIS与模型结合用来估算作物水生产力的方法, 将是目前研究的发展方向.     

湿地生态系统模型研究进展

介绍了湿地生态系统模型概念及类型 ,重点分析了河流湿地、沼泽及河漫滩湿地、湿地退化模型。在河流湿地中 ,重点讨论了水文水动力学模型、泥沙冲淤模型、河流水质模型 ;在沼泽及河漫滩湿地中 ,阐述了水量模型、生物量模型、P模型和 N模型 ;最后在分析湿地退化的数学模型基础上 ,探讨了湿地大型植物的控制模型。     

地下水水质的数学模拟（五）——水动力弥散模型与其他水质模型

正 前几讲我们介绍了水动力弥散的机理、水动力弥散方程的导出及其各种解法。有了这个基础,我们就可以建立起一般的水动力弥散型的水质模型,或称对流—弥散型的水质模型。在实际应用中,为了避免确定弥散系数的困难,除了这类比较复杂的模型外,常使用比较简单的纯对流型的水质模型与集中参数型的水质模型。这一讲我们将介绍这方面的内容。 水动力弥散型的水质模型     

地下水水质的数学模拟(五)——水动力弥散模型与其他水质模型

前几讲我们介绍了水动力弥散的机理、水动力弥散方程的导出及其各种解法。有了这个基础,我们就可以建立起一般的水动力弥散型的水质模型,或称对流—弥散型的水质模型。在实际应用中,为了避免确定弥散系数的困难,除了这类比较复杂的模型外,常使用比较简单的纯对流型的水质模型与集中参数型的水质模型。这一讲我们将介绍这方面的内容。 水动力弥散型的水质模型     

基于水平衡模型和水质模型的尾矿库防渗方案量化评估

本文构建了某尾矿库水平衡模型和水质模型,定量分析了尾矿库渗水对下游地表水质的影响,为该尾矿库是否需要构建防渗设施以及采取何种防渗方案提供依据。首先对尾矿坝的二维渗流场进行分析,计算得到的渗流量作为水平衡和水质模型的输入参数。再建立尾矿库的水平衡模型和水质模型,模拟尾矿库在无防渗设施和有防渗设施不同工况下尾矿库渗水、库内盈余水和下游河水的水质情况。水质预测结果分析表明,尾矿库渗漏会显著影响下游河水水质,建议对该尾矿库采取全库水平防渗方案,具体包括尾矿坝上游坝坡铺设HDPE土工膜,库内基底及边坡铺设1 m厚防渗黏土层,且防渗黏土层渗透系数要求达到10^-5～10^-6 cm/s,尾矿库干滩长度要求大于200 m,精选尾矿和粗选尾矿分开排放,其中精选尾矿采用水下排放方式,并保持浸没。     

水泥基注浆材料析水时变特性量化试验研究

水泥基胶结性材料是注浆工程中最常见的注浆材料,这类材料存在明显的析水效应,获得析水厚度的量化公式有助于提高浆液扩散半径的计算精度。通过试验观察叶腊石粉掺量(0%~35%)、聚乙烯醇掺量(0%~8%)与粉煤灰掺量(0%~90%)3种掺合料在水泥基浆液中的析水过程,获得三者的析水率、结石率、最终析水时间与析水厚度变化情况,认定浆液的析水厚度变化存在一定规律的析水时变特性,并引入皮尔生长曲线模型与幂函数模型,对其进行量化。结果表明:3种掺合料都可以降低析水率,其中,叶腊石粉对水泥基注浆材料析水率的影响程度最大,其次为粉煤灰,最后为聚乙烯醇;3种掺合料都可以增加结石率;叶腊石粉可以有效缩短浆液的最终析水时间,聚乙烯醇在1.5%~8.0%掺量内可以缩短浆液的最终析水时间,粉煤灰在10%~60%掺量内可以缩短浆液的最终析水时间;3种掺合料掺量的变化曲线都呈现半“C”形;采用数学模型对析水厚度数据进行拟合分析,由拟合优度R2评判可知,幂函数模型优于皮尔生长曲线模型,析水厚度变化规律比较符合幂函数模型。研究成果可为改良注浆材料和完善非稳定浆液运移扩散理论提供重要的基础数据。      

一个三维水动力学模型及其在水环境中的适用性试验

发展了一个三维水动力学模型.该模型在水底磨擦项计算中,采用了流速的平方根法;在湍流扩散系数的估算中,采用了带稳定度函数的参数化方案;对垂直方向上的坐标进行了压缩,引入σ坐标;对时间变量则采用了分离模式技术,即外部模式(快过程)与内部模式(慢过程);而求解外部模式时,采用了显式一隐式格式交错法(ADI),从而使模型不仅计算时间缩短,且可应用于水很深而水平空间尺度很小,又有热力分层的水域中.最后作为该模型的一个实用性试验,选择了美国犹他州East Canyon水库,利用该模型探讨了温跃层对风、人流及出流变化的响应情况.