On the cumulant expansion up scaling of ground water contaminant transport equation with nonequilibrium sorption

The laboratory-scale ground water transport equation with nonequilibrium sorption reaction subjected to unsteady, nondivergence-free, and nonstationary velocity fields is up-scaled to the field-scale by using the ensemble-averaged equations obtained from the cumulant expansion ensemble-averaging method. It is found that existing ensemble-averaged equations obtained with the help of the cumulant expansion method for the system of linear partial differential equations are not second-order exact. Although the cumulant expansion methodology is designed for noncommuting operators, it is found that there are still commudativity requirements that need to be satisfied by the functions and constants exist in the coefficient matrix of the system of ordinary/partial differential equations. A reversibility requirement, which covers the commudativity requirements, is also proposed when applying the cumulant expansion method to a system of partial differential equations/a partial differential equation. The significance of the new velocity correction obtained in this study due to the applied second-order exact cumulant expansion is investigated on a numerical example with a linear trend in the distribution coefficient. It is found that the effect of the new velocity correction can be significant enough to affect the maximum concentration values and the plume center of mass in the case of a trending distribution coefficient in a physically heterogeneous environment.     

中国城市空间拓展研究动态

本文在总结了近年来中国城市空间拓展在形态与模式、空间拓展机制、空间拓展动态模拟、空间拓展环境效应等多方面所取得的丰硕成果和研究进展的基础上,提出现阶段中国城市空间拓展研究的主要特点是采用定量化的研究方法,筛选城市空间拓展的驱动因素,应用遥感和地理信息系统获得城市空间拓展准确信息,在此基础上构建模型对不同时空尺度的城市空间拓展过程加以模拟,并对城市空间拓展引起的生态环境效应加以分析,以此开展相关理论研究工作。针对目前研究工作特点和存在的不足,本文认为,今后中国城市空间拓展的主要发展方向应是借助日臻完善的研究手段和方法,深入开展城市空间拓展合理性评价,构建定量化动态模型,协调城市空间用地的增量布局与存量调整,并加强与国外城市空间拓展的比较研究。     

厦门市同安区不同扩展轴上的景观格局梯度分析与比较

城市扩展轴上的景观格局梯度变化特征及其变化原因的研究,是了解城市化对城市景观生态影响过程与机制的一个理想途径.本文选取厦门市同安区为研究对象,采用梯度分析结合景观格局分析方法,分别在沿同集路方向与沿往翔安的324国道方向的城市扩展轴上布设样带,通过移动窗口取样,运用景观格局指数进行景观格局梯度分析与比较.结果表明,在斑块类型水平上,沿同集路方向的扩展轴各项指数受城市化影响较明显,沿324国道方向的则不明显;在景观水平上,城市化造成沿同集路方向扩展轴景观形状更为复杂,景观多样性减少,景观格局由原本的多种景观均势并存转变为以城镇景观为主导的格局,景观更为破碎化,而沿324国道方向景观形状没有明显受城市化影响,但城市化促使景观多样性增加,景观格局由原本的以耕地景观为主导的格局转变为多种景观均势并存的格局,景观破碎化程度方面则没有明显受城市化影响.城市化水平的不同造成了城市扩展轴景观格局梯度变化特征的不同,周边地区城市化水平、城市建设布局模式、地域自然景观特征等因素则影响景观格局梯度变化的幅度与峰值的出现.     

基于球孔扩张理论和侧阻力退化效应的压桩力计算模拟

根据静压桩的贯入机制,将沉桩过程模拟为半无限土体中一系列球形孔的连续扩张,土体假定为Mohr-Coulomb材料。利用球孔扩张和源-源假设理论,并采用Boussinesq解进行地面应力的修正,在此基础上分别计算出桩侧极限摩阻力和桩端阻力。通过现场试验研究发现,沉桩过程中侧摩阻力退化效应带来的影响是明显的,提出了相应的侧阻力退化公式。在充分考虑以上因素的基础上推导出了静压桩压桩力的模拟计算公式。使用Matlab6.5软件进行理论计算,并与山西太原某试验进行对比分析,一定深度以下理论值与实测数据基本吻合,证明该计算模拟是可行的。     

北京城市边缘区非农产业活动特征与形成机制*

考察了北京主城边缘区的非农产业结构与空间特征,揭示了二者的交互演进过程:非农产业的发展是城市边缘区形成的重要标志,产业结构的升级促进了边缘区的圈层扩展和空间演进;边缘区的外移过程中,制造业具有稳定的优势,交运仓储、生产资料租赁等传统生产者服务业的优势也随之强化,但空间黏滞性较强的旅游、体育等行业则促进了边缘区产业结构的时相差异性。文章对城市边缘区"年轮式"的圈层扩展进行了定量实证分析,并将其实现的微观路径归纳为飞地式、轴向、填充式和外推式等四种扩展模式。城市规划、城郊高速公路和开发区建设、地价和综合环境的改善是城市边缘区产业空间演变的重要动力。城市空间优化和产业结构调整的结合是解决边缘区产业、空间和社会问题的有效途径。     

基于SD和CA的城镇土地扩展模拟模型——以江苏省南通地区为例

充分利用系统动力学模型(System Dynamics,SD)在情景模拟和宏观因素反映上的优势和元胞自动机模型(Cellular Automata,CA)在微观土地利用空间格局反映上的优势,构建一个耦合SD和CA的城镇土地扩展模拟模型,并以江苏省南通地区为例,对模型的实证应用做了进一步的验证。结果表明,这种耦合模型不仅能够对研究区域未来城镇土地扩展数量给予一个比较好的预测,而且还对其空间分布效果做了一定精度上的模拟,这使得城市规划在土地利用预测方面有一个相对科学的依据。     

人工抽水引起土洞扩展条件的分析

土洞的形成与扩展是产生覆盖型岩溶地面塌陷的前提条件之一。为研究人工抽水引起的岩溶地面塌陷的机理,用解析法分析了土洞扩展的条件,提出了剥落力的概念,认为土洞的扩展条件是剥落力大于土体抗拉强度。土洞周边不同的点,受抽水引起的剥落力是不同的。随着土洞的不断扩大,剥落力增大。当土洞一旦开始向外围扩展,由于剥落力越来越大,土洞呈现发展趋势。     

近20年烟台主城区土地利用变化特征与驱动分析

以TM影像为基本数据源,结合土地利用现状图和土地详查数据,分析了烟台主城区1992年以来土地利用空间扩张特征与机制,以能够更好地对城市进行科学规划控制,促进城市经济协调发展。通过对1992年及2013年TM遥感影像进行处理分析,结合烟台市的社会经济统计数据,得出结论：烟台市1992年到2013年城市空间扩张向西面及沿海方向发展;城市建筑用地面积增加较多,耕地和水域面积则呈减小趋势。影响城市土地利用空间扩张的驱动因子主要是经济发展、人口增长、产业结构、交通发展及国家政策等,其中经济发展和人口增长是促进烟台城市土地利用空间扩张的主要因素。     

应用圆孔柱扩张理论对预制管桩的挤土效应分析

假定预制管桩在沉桩时的挤土过程是一个有初始孔径的圆柱形孔的扩张过程,初始孔径等于管桩的内径,最终孔径等于管桩外径,应用前人提出的圆孔扩张理论对管桩进行弹塑性分析,得到塑性区半径、土体位移等解析表达式,也对实际工程中常遇到的土塞效应对该理论应用的影响进行了讨论,并对某电厂扩建工程中预制管桩施工引起的土体位移进行计算,通过现场监测,验证了上述解析表达式的合理性,得出可以参考该组解析解来预测预制管桩施工的挤土效应的结论。     

开放系统下硫酸钠盐对土体冻胀的影响

易溶盐在土中的存在及其在冻结过程中的重新分布对土体的冻结过程有重要影响.在开放系统单向冻结条件下,对青藏铁路沿线粉质红粘土进行了冻结试验.结果表明:随着冷能的持续传递,硫酸钠盐和水分向温度较低处迁移,土体0℃曲线持续降低;但基于测定的含盐土大量冻结温度的基础上,对土体冻深的研究发现,在开放单向冻结条件下土体冻深随着水盐迁移进程的发展而减小,造成与补蒸馏水的土体相比,土体的冻胀较小.同时,利用冻深发展曲线和硫酸钠水溶液相图及溶解度曲线,对土柱中的冻胀和盐胀分别进行了计算,结果认为:土体变形主要是由冻胀引起,硫酸钠结晶膨胀只发生在未冻土段,这与试验结束后对土体冻土段和未冻土段的干密度分层测定的试验结果相一致.