斜坡平台波浪破碎数值模拟

波浪在斜坡地形上破碎,破波后稳定波高多采用物理模型试验方法进行研究,利用近岸波浪传播变形的抛物型缓坡方程和波能流平衡方程,导出了适用于斜坡上波浪破碎的数值模拟方法。首先根据波能流平衡方程和缓坡方程基本型式分析波浪在破波带内的波能变化和衰减率,推导了波浪传播模型中波能衰减因子和破波能量流衰减因子之间的关系;其次,利用陡坡地形上的高阶抛物型缓坡方程建立了波浪传播和波浪破碎数学模型;最后,根据物理模型试验实测数据对数值模拟的效果进行验证。数值计算与试验资料比较表明,该模型可以较好地模拟斜坡地形的波浪传播波高变化。     

北部湾地区海砂填料的动力特性分析

为研究北部湾地区海砂填料的动力特性,采用高级动态三轴测试系统开展循环荷载下的动三轴试验,研究不同围压及不同动应力幅值对海砂动力特性的影响规律。试验结果表明：轴向累计应变随围压增加而减小,围压150 kPa时振次10 000后应变仅为3%;随着动应力幅值的增大轴向累积应变随之增大,且达到破坏标准的时间越短。动弹性模量随着动应力幅值和围压的增加而增大,不同围压下动弹性模量随动应变的增加出现先骤减再略减后稳定的发展趋势,ε_d>0.3%后开始趋于稳定;不同动应力幅值下动弹性模量出现先增后减直至稳定的趋势,其中动应力幅值对动弹性模量有明显的影响,围压影响相对较小。孔压比随动应力幅值增加而减小,随围压增加而增加。     

复杂载荷作用下立管触地段损伤管道的动力响应

触地段(Touchdown zone, TDZ)是在役钢悬链线立管(Steel catenary riser, SCR)的关键部位,在复杂载荷作用下,极易形成损伤缺陷,其载荷寿命的评估是深海结构工程中的一个关键问题。本文以大型有限元软件ABAQUS为平台,运用损伤管道实体单元与土弹簧阻尼单元相互作用的模型模拟触地段损伤海底管道在复杂载荷作用下的动力响应,数值计算考虑了管-土相互作用过程中的材料非线性、几何非线性以及接触非线性。讨论了单一环向体积损伤位于触地段管道的不同位置时,触地段损伤管道在不同载荷作用下的动力特性及特征点的动力响应。结果表明,管道所受内外压力以及管道提升端的竖向位移载荷会影响结构的自振频率;体积损伤部位的动力响应较完好部位更剧烈;体积损伤的位置和动力载荷频率对管道动力放大系数的影响很大;当动力载荷的激励频率越接近结构基频时,损伤管道的动力响应及动力放大系数越大。     

察尔汗盐湖西北部典型采区地下卤水赋存状态的地面核磁探测与数值模拟研究

察尔汗盐湖地下晶间卤水蕴藏了宝贵的盐湖矿产资源,如何确定地下卤水的赋存规律以制定科学合理的卤水开采和补给方案,正成为盐湖资源大规模可持续利用亟需解决的重要问题。本文以察尔汗盐湖西北部的典型采卤区作为研究区域,1)利用新型的地面核磁共振找水仪,通过在研究区布设两条十字交叉的测线,探测并反演解译测区地下60米深度内的卤水静态赋存形式,2)结合OpenGeoSys(OGS)多物理场耦合地下水数值模拟软件,对测区地下卤水的动态运移形式进行数值模拟计算。地面核磁探测结果表明研究区含水量整体偏低,最大含水量约0.8%,平均含水量约0.4%。测点结果给出的含水层位分界面与邻近钻孔的地层层位分界面的一致性较高,浅部的层位误差在10%以下,达到了0.5米的精度。考虑到测区南北两边均有采卤渠正在汲取地下卤水,且在测区中心存在两条废弃的采卤渠,OGS地下水数值模拟研究结果表明采卤渠造成测区浅部卤水较大空缺,与研究区浅部含水量总体偏低的探测特征一致。研究结果表明地面核磁共振技术能准确探测卤水当前的赋存状态,地下水运移模拟技术可以深入认识采补活动引起卤水赋存状态的变化规律。探测和模拟结合的联合研究是确定卤水赋存规律的重要手段,研究成果可为盐湖资源合理开采高效利用提供基础资料和相关科学支撑。     

Ecosystem carbon storage under different scenarios of land use change in Qihe catchment,China

Regional land use change is the main cause of the ecosystem carbon storage changes by affecting emission and sink process.However,there has been little research on the influence of land use changes for ecosystem carbon storage at both temporal and spatial scales.For this study,the Qihe catchment in the southern part of the Taihang Mountains was taken as an example;its land use change from 2005 to 2015 was analyzed,the Markov-CLUE-S composite model was used to predict land use patterns in 2025 under natural growth,cultivated land protection and ecological conservation scenario,and the land use data were used to evaluate ecosystem carbon storage under different scenarios for the recent 10-year interval and the future based on the carbon storage module of the In VEST model.The results show the following:(1) the ecosystem carbon storage and average carbon density of Qihe catchment were 3.16×107 t and 141.9 t/ha,respectively,and decreased by 0.07×107 t and 2.89 t/ha in the decade evaluated.(2) During 2005–2015,carbon density mainly decreased in low altitude areas.For high altitude area,regions with increased carbon density comprised a similar percentage to regions with decreased carbon density.The significant increase of the construction areas in the middle and lower reaches of Qihe and the degradation of upper reach woodland were core reasons for carbon density decrease.(3) For 2015–2025,under natural growth scenario,carbon storage and carbon density also significantly decrease,mainly due to the decrease of carbon sequestration capacity in low altitude areas;under cultivated land protection scenario,the decrease of carbon storage and carbon density will slow down,mainly due to the increase of carbon sequestration capacity in low altitude areas;under ecological conservation scenario,carbon storage and carbon density significantly increase and reach 3.19×107 t and 143.26 t/ha,respectively,mainly in regions above 1100 m in altitude.Ecological conservation scenario can enhance carbon sequestration capacity but cannot effectively control the reduction of cultivated land areas.Thus,land use planning of research areas should consider both ecological conservation and cultivated land protection scenarios to increase carbon sink and ensure the cultivated land quality and food safety.     

城镇化与生态环境耦合的动态模拟——研究进展与展望

Urbanization and eco-environment coupling is a research hotspot.Dynamic simulation of urbanization and eco-environment coupling needs to be improved because the processes of coupling are complex and statistical methods are limited.Systems science and cross-scale coupling allow us to define the coupled urbanization and eco-environment system as an open complex giant system with multiple feedback loops.We review the current state of dynamic simulation of urbanization and eco-environment coupling and find that:(1)The use of dynamic simulation is an increasing trend,the relevant theory is being developed,and modeling processes are being improved;(2)Dynamic simulation technology has become diversified,refined,intelligent and integrated;(3)Simulation is mainly performed for three aspects of the coupling,multiple regions and multiple elements,local coupling and telecoupling,and regional synergy.However,we also found some shortcomings:(1)Basic theories are inadequately developed and insufficiently integrated;(2)The methods of unifying systems and sharing data are behind the times;(3)Coupling relations and the dynamic characteristics of the main driving elements are not fully understood or completely identified.Additionally,simulation of telecoupling does not quantify parameters and is not systemically unified,and therefore cannot be used to represent spatial synergy.In the future,we must promote communication between research networks,technology integration and data sharing to identify the processes governing change in coupled relations and in the main driving elements in urban agglomerations.Finally,we must build decision support systems to plan and ensure regional sustainable urbanization.     

城市扩展元胞自动机多结构卷积神经网络模型

传统的城市扩展元胞自动机(CA)模型是基于单个元胞的变量信息挖掘来构建转换规则的。针对这一问题,本文基于多结构卷积神经网络提出从区域特征出发且顾及区域多尺度特征挖掘转换规则的城市扩展元胞自动机模型(MSCNN-CA),并以武汉主城区和上海浦东新区为例,模拟了两个试验区2005—2015年期间城市扩展过程。模型验证表明:与逻辑回归和神经网络相比,本文构建的3个单一结构的卷积神经网络元胞自动机(CNN-CA)模型在4个指标(Kappa系数、FoM(figure of merit)值、命中率(h)和错误率(m))上都有不同程度的提高。特别是FoM指数,在武汉主城区提高了23.3%~29.4%,在上海浦东新区提高了20.3%~28.5%。此外,MSCNN-CA模型与3个单一结构的CNN-CA模型相比,在各个指标上也有所改善,FoM指数在武汉主城区提高了0.8%~4.8%,上海浦东新区提高了2.8%~7.8%。两个试验区的模拟结果表明:相比传统CA模型,基于多结构卷积神经网络的城市扩展元胞自动机模型(MSCNN-CA)能够有效提高城市扩展模拟的精度,更真实地反映城市扩展空间演变过程。相比单结构的卷积神经网络CA模型,多结构卷积神经网络CA模型的稳定性和模拟结果准确性有所提升。     

基于MATLAB的铁路路基沉降预测优化方法

高速铁路路基的工后沉降严重影响着行车安全。在已有的预测模型中,所采用的初始数据往往不能满足等时间周期采集,而且还会伴随着一系列不可避免的观测误差,模型本身的误差累计,不能进行长期预测。文中利用最小二乘原理对初始值进行拟合改进,采用Lagrange插值方法将非等间隔序列转为等间隔序列,并基于新陈更替GM(1,1)模型利用MATLAB建立沉降预测模型;在此基础上,提出对模型残差进行GM改正以提高模型精度的方法。研究表明,通过对初始值序列改正后的模型具有较好的适应性,优化改进后的模型预测误差小,预测精度优于新陈更替GM(1,1)模型。     

内点最大化与冗余点控制的无人机遥感图像配准

利用小型无人机进行遥感图像配准在自然灾害损害评估、环境监测和目标检测与追踪等领域发挥着至关重要的作用,但小型无人机的图像采集过程容易受风速/风向、复杂地形、电池容量、飞行姿态、飞行高度等自然或人为因素的影响。这些问题通常会导致捕捉到的场景重叠率低与图像非刚性畸变,在特征点提取过程中产生大量冗余点,增加了图像配准的难度。本文提出一种基于特征点的小型无人机图像配准方法,该方法的核心思想是在配准过程中识别冗余点,同时最大化可用内点数量。所识别的冗余点当作控制点,用于控制网格代图像的运动。最后通过最大化内点和合理移动控制点来恢复图像变换。本文使用50对小型无人机图像进行特征匹配和图像配准的实验,其中平均配准精度可达80.38%,并且本文方法在所有的情况下都优于5种当前流行算法。     

青岛地区海雾分布及大气边界层条件分析

青岛地区海雾多发,观测表明海雾对沿海地区影响范围不尽相同,特别是海雾影响内陆的机理尚缺乏研究。本文利用观测资料及数值模式统计了青岛地区4月-7月海雾分布特征,并对不同影响范围海雾典型个例进行对比分析,结果表明:海雾发生日数自沿海向内陆递减。胶州湾沿岸雾日数比黄海沿岸明显减少,胶州湾东北部的雾日数要少于胶州湾西北部。海雾多发生于高空形势稳定,低层偏南流场的天气条件下。大气边界层内逆温层的的范围大致影响着海雾的分布。只影响沿海的海雾,地面为偏南风,风速在3~8 m/s之间,内陆风力减弱不明显。500 m以下大气边界层内风速切变大。湍流作用使海雾向内陆推进过程中倾斜抬升为低云,地面雾区减弱。能够影响内陆地区的海雾,多出现在地面风力较弱的情况之下,大部分在1~3 m/s之间。500 m以下大气边界层内风速切变小,大气边界层内湍流强度不强,使沿海到内陆的逆温层能够始终维持,沿海海雾在弱南风影响下延伸影响内陆地区。