漓江最高水位的分析及预测

通过对漓江水位的分布特征分析得出：漓江水位不仅与降水量、降水强度、降水时空分布有关系，还与前期早涝情况及蓄水程度有关；漓江水位的年际变化与桂林市雨量的年际变化一致，大致以10a为周期。然后采用双向差分建立了最高水位的预测模型，以预报量的前差和后差预报误差之和趋于最小时求出模型的参数，并对2002～2005年的最高水位进行了预报，结果表明该模型在最高水位预测中具有较好的应用价值。     

复频率参数完全匹配层吸收边界在瞬变电磁法正演中的应用

本文将复频率参数完全匹配层（Complex Frequency Shifted Perfectly Matched Layer,CFS-PML）吸收边界应用到瞬变电磁法（Transient Electromagnetic,TEM）三维正演中,以替代传统的狄利克雷边界条件,使用时域有限差分法（Finite-difference time-domain,FDTD）进行空间离散和时间步进.本文给出了扩散场在CFS-PML内部的平面波解,分析了常规PML在TEM正演中失效的原因,并给出了CFS-PML在TEM正演中参数设置准则.最后分别使用全空间和半空间模型进行有效性检验.全空间检验结果表明,使用CFS-PML的解在我们正演的所有延迟时间内均与理论解吻合得非常好,而使用狄利克雷边界的解可与理论解偏离一个量级以上.半空间检验结果表明,CFS-PML亦明显优于狄利克雷边界,然而CFS-PML对空气中的场吸收甚微,相对误差依然会随着延迟时间缓慢增加,正演时需要根据误差容忍度设计适当的模型.     

一种时空域优化的高精度交错网格差分算子与正演模拟

如何有效压制数值频散是有限差分正演模拟研究中的关键问题之一.近年来,许多学者对二阶声波方程的差分算子开展了大量的优化工作,在压制频散方面取得不错的效果.一阶压强-速度方程广泛用于研究地震波在地下变密度模型中传播规律,目前针对一阶方程的优化工作大多只是在空间差分算子上展开.本文在前人研究的基础上,推导出一阶声波方程中压强场与偏振速度场之间的解析关系,据此在传统交错网格基础上给出一种高精度的显式时间递推格式,该递推格式将时间差分与空间差分算子结合在一起,并采用共轭梯度法得到精确时间递推匹配系数,实现时空差分算子的同时优化.在编程实现算法的基础上,通过频散分析与三个典型模型测试表明:本文方法能够较为有效地压制时间频散与空间频散,提高数值计算精度;同时对复杂模型也有很好适用性.     

基于波动方程的目标导向观测系统设计方法研究

本文提出了复杂构造地区的目标导向观测系统的设计方法.使用波动方程正演模拟来指导并在二维声波方程的一阶速度-应力方程中应用交错网格有限差分法实现.使用了四阶精度的差分算子和完全匹配层吸收边界条件.通过分析理论模型的模拟结果,展示了如何将地面地震响应与地下目标构造匹配.通过分析桥口地区实际地质模型的模拟结果,指出波动方程正演模拟在小断块、小背斜增生的复杂地区中相对于传统方法更精确,图像更清晰,更利于分析和指导观测系统设计.跟踪目标区的反射同相轴并得到其到达地面的接收范围来约束炮检距的范围,通过比较不同道距的模拟记录并综合考虑成本和任务目标来选取最佳道距.最终获得了实际效果达到设计要求的观测系统参数.     

含直立裂隙介质的弹性波动方程正演模拟

从具有水平对称轴的横向各向同性（HTI）介质中的弹性波动方程出发,在交错网格空间中采用高阶差分算子对弹性波动方程进行差分离散,得到了HTI介质中地震波正演的高阶有限差分格式,研究并实现了PML吸收边界条件。在此基础上实现了HTI介质中弹性波方程的多波正演。数值算例表明,该方法能够精确模拟弹性波在复杂各向异性介质中的传播过程,得到高精度的正演记录。     

基于自适应差分克里金的煤质指标估算

煤炭质量核心指标的估算有利于煤炭质量的管控,并为智能开采、分质开采提供科学依据。将克里金插值法引入到煤质指标估算模型的建立,利用差分进化算法求解其变差函数的模型参数;针对在差分进化过程中因"早熟"现象导致最优解被破坏的问题,在变异过程中设计可动态修正变异方向的缩放因子,提出修正变异方向的自适应差分进化算法(UMDE)来确定变差函数的模型参数,并用该方法对煤矿井下未开采区域的全水分进行克里金插值。通过交叉验证与对比实验,证明基于自适应差分克里金方法(UMDE-Kriging)构建的煤质指标估算模型较其他优化方案在估算精度上有显著提升。     

垃圾填埋场边坡上土工膜的拉力与位移分析

在垃圾填埋场中,土工膜通常放在填埋场的边坡上用来隔离有害物质以避免污染周围环境。土工膜上填埋垃圾和土层沿其长度将有剪应力作用,使得土工膜产生位移,内部承受拉力。为保证土工膜的安全使用,需要对土工膜的拉力与位移进行分析。以边坡材料的应力应变协调为基础,对土工膜下层与土接触面上的剪应力-位移关系采用双曲线模型,推导出微分控制方程,并利用有限差分法迭代求解控制方程得到土工膜位移与拉力的解。最后,对影响土工膜拉力和位移的重要参数进行了分析研究。     

起始水力梯度对饱和黏土一维固结的影响

采用考虑起始水力梯度的非Darcy渗流方程,修正了Terzaghi饱和黏土一维固结理论,给出了相应的有限差分格式,并据此探讨了起始水力梯度对渗流前锋、孔隙水压力和土层固结度的影响。计算结果表明,如果起始水力梯度大于0,离排水面较远土层的渗流就存在滞后现象,这样土层的固结要慢于Terzaghi固结理论。此时土层的最终平均固结度小于1,这可归结为土层中存在一定的残余孔隙水压力无法完全消散的缘故。