EOF分析在海岸地貌与沉积学研究中的应用进展

海岸地貌形成演化的过程和机制是当今海岸地貌与沉积学研究的核心任务.但是,对于海岸带这样高维数非线性系统行为的认识与研究还很有限,因而预测海岸地区地貌演变与沉积物输运就变得比较困难,尤其是动力数值模型在较大时空尺度上的模拟并不理想.数据驱动模型可以一定程度上解决这一问题,并且在数据驱动模型构建之前,经验正交函数(EOF)分析技术能够有效提取、定量表达数据中的主要型式与它们的时空演变,以及不同型式之间是如何相互联系的.这不但有助于构建数据驱动模型进行模拟,更有益于理解这些主控因素是如何影响海岸地貌演化的.进而不断丰富对于海岸地貌演化的过程与机制的认识.故本文在系统整理大量国内外文献的基础上.首先简要介绍了EOF分析的基本原理.然后从砂质和淤泥质海岸剖面的时空变化特征、河口近岸海底冲淤变化的时空演变特征和预测、海岸海洋地区沉积物粒度分布特征和输运等几个方面综述EOF分析在这些研究中的应用进展,同时比较分析研究实例中的问题,进而分析当前研究中的不足,提出应该主要从提高海岸地貌与沉积数据的野外获取手段与时空分辨率,拓宽可供EOF分析的时间或非时间序列的数据类型:深人挖掘EOF分析结果所显示出的海岸地貌与沉积现象中的物理过程与机制.以期为特定时空尺度的海岸地貌与沉积数值模拟提供有价值的参考信息:多与其他线性或非线性分析技术联合使用以作深入分析解释或模拟这三方面来做进一步改进,为实现EOF分析在海岸地貌与沉积学研究中的深入应用与发展提供借鉴.     

筒型基础防波堤稳定性简化计算方法

筒型基础防波堤是一种新型港口与海岸工程结构,依靠下部筒体沉入土中维持结构稳定。结合实际工程,建立了筒型基础防波堤稳定性分析的三维弹塑性有限元模型,得出了其失稳模式为绕基础筒底以下某点发生转动失稳。通过对结构进行极限状态受力分析,建立了基于实际转动点的结构稳定性计算方法,对稳定性计算模型和土体作用力计算公式等进行了检验。在此基础上,将转动点移至基础筒底部距结构中心线水平距离为h′的位置,以此作为结构倾覆破坏时的假想支撑点,建立了基于重力式结构稳定性验算模式的筒型基础防波堤稳定性分析的简化方法。通过不同基础尺度下计算结果的分析比较,建议了h′的取值。与有限元计算结果的比较表明,建立的简化计算方法具有较高的精度,可供实际工程参用。     

南海深水水基钻完井液防水合物技术

深水区油气钻完井作业相比浅水区和陆地遇到了很多难题,由于海底压力增大和低温的环境,天然气水合物已成为影响深水钻井安全的主要危害之一。目前,国际上深水钻完井作业中通常采用油基钻井液来防水合物,但是油基钻井液环保风险高,为此在陵水区块超深水钻完井作业中尝试采用水基钻完井液进行作业。鉴于国内无类似经验可循,结合陵水区块超深水井的实际情况,首先模拟分析了2口井的水合物风险,明确该区块水合物形成的条件;其次,针对水合物形成的风险,筛选合适的抑制剂及钻完井液配方;在此基础上,研究出相配套的工艺措施。陵水区块深水钻井作业的成功实践表明,由此形成的一套深水水基钻完井液防水合物技术在深水钻完井作业中能够较好地防治天然气水合物,保障作业安全,对后续类似深水井的作业具有借鉴意义。     

广州新垦莲藕产区莲藕品质与地球化学条件的关系

名优特农产品品质与产区环地质背景条件密切相关。广州新垦莲藕是国家地理标志产品,探讨其产区地质背景与莲藕品质的关系对于新垦莲藕的规模化种植有重要意义。本文通过系统采集新垦莲藕产地藕塘底泥、地表水、新鲜莲藕样品,采用电感耦合等离子体质谱/发射光谱法（ICP-MS/OES）等多种技术进行测试,开展品质评价研究,初步揭示了新垦莲藕品质与产区环境地球化学条件之间的相关性。研究结果表明：藕塘底泥中营养元素锰、锌、钼、钴、钒、铁均处在一等（丰富）等级,硒以适量和高硒等级为主,重金属铬、铜、汞、镍、铅、锌均低于农用地土壤污染风险筛选值;藕塘地表水中铜、锌、硒、硼、汞、镉、砷、六价铬、铅、镍等指标均满足灌溉水质要求;产出的新垦莲藕淀粉、可溶性糖、钾、磷、钙、镁、铁、锌、硒的含量较高,重金属和粗纤维含量较低;莲藕对底泥中不同元素生物富集系数平均值范围为0.0484~65.67,对磷的富集能力最强,对锗的富集能力最弱。藕塘底泥中硼与莲藕中淀粉显著正相关（p≤0.05）,钙与蛋白质显著性正相关,砷与可溶性糖显著负相关。藕塘底泥中硼钴铁镁锰钒钙锗的含量较高,有利于莲藕营养组分的积累,产出高品质的莲藕。本文提出在种植过程中重视有机质、钙、氮和锗等养分的补充,关注镉和砷带来的潜在生态安全风险。     

Application of importance sampling method in sliding failure simulation of caisson breakwaters

It is assumed that the storm wave takes place once a year during the design period, and N histories of storm waves are generated on the basis of wave spectrum corresponding to the N-year design period. The responses of the breakwater to the N histories of storm waves in the N-year design period are calculated by mass-spring-dashpot mode and taken as a set of samples. The failure probability of caisson breakwaters during the design period of N years is obtained by the statistical analysis of many sets of samples. It is the key issue to improve the efficiency of the common Monte Carlo simulation method in the failure probability estimation of caisson breakwaters in the complete life cycle. In this paper, the kernel method of importance sampling, which can greatly increase the efficiency of failure probability calculation of caisson breakwaters, is proposed to estimate the failure probability of caisson breakwaters in the complete life cycle. The effectiveness of the kernel method is investigated by an example. It is indicated that the calculation efficiency of the kernel method is over 10 times the common Monte Carlo simulation method.     

钙质碎屑对热带海滩砂粒度参数的影响分析

钙质碳酸盐碎屑是热带海滩沉积物的重要组成部分,其物理特性与海滩中的石英颗粒差异明显。对海南岛东部文昌铜鼓角两侧海湾海滩砂样采用除钙和不除钙两种预处理方法,使用Mastersizer 2000激光粒度仪和筛析法进行粒度分析,结果表明:除钙以后粒度频率曲线主体朝细偏,但在粒度频率曲线细尾(4~9)会新增一小峰;去钙前后粒度参数存在明显的线性相关,平均粒径、分选系数和偏态的相关系数依次降低;粒度参数的组合变化以“平均粒径变细、分选系数变好、偏态朝细偏”为主,但仍存在其他的组合变化;在对类似于铜鼓岭周边环境的海滩进行沉积物粒度分析及动力环境研究时,需要了解钙质碎屑含量和颗粒组成。     

吗啉废水的生化处理工艺

以含有吗啉、甲基吗啉的高浓度有机废水为研究对象,提出了曝气吹脱-吸附-生物处理的联合工艺,并在室内进行了小试实验。结果表明：原废水经过2次曝气吹脱后,ρ(NH₃-N)从62 500 mg/L降为431 mg/L,ρ(COD)从50 840 mg/L降为26 051 mg/L。通过吸附实验,ρ(COD)从26 051 mg/L降为2 769 mg/L,ρ(NH₃-N)从412 mg/L降为134 mg/L。在生物处理室内小试实验中,采用了活性污泥反应器与曝气生物滤池相结合的处理工艺。在活性污泥反应系统中,当废水pH为7.5、ρ(DO)为4.3 mg/L、水力停留时间为30 h时,COD的去除率最高,可以达到83.1%。在曝气生物滤池中,当ρ(DO)为3.3 mg/L时,COD去除率最高,达到55.8%。在生物处理的最佳参数条件下进行连续监测,当进水ρ(COD)为2 769 mg/L、出水ρ(COD)平均值为387 mg/L时,COD去除率可达到85.9%。吗啉废水经过此联合工艺的处理,ρ(COD)从50 840 mg/L降为387 mg/L。