高铁隧道GPR技术研究与应用

应用基于时间域有限差分法模拟软件GPRMax2D,对高铁隧道衬砌典型的不良情况,如厚度不足、空洞和钢筋布置不合理等进行了正演模拟,得到了隧道衬砌典型不良情况的正演模拟雷达图像。结合某高铁隧道工程实际检测得到的雷达图像,对两者图像作了对比分析,总结得到了隧道衬砌不良情况雷达图像的特征规律,完善了探地雷达图像资料特征解释库,提高了识别高铁隧道衬砌典型不良情况雷达图像的可信度,为高速铁路隧道的无损检测提供了有效的依据。     

Thermal simulation of basic volcanic fluid influence on different source rocks

Based on thermal simulation experiment, interactions between volcanic fluids and source rocks were studied. Gas generations in the dry system and fluid system under different temperatures were analyzed. The results showed that the various types of source rocks are similar in composition, containing gaseous C1-C5 hydrocarbons, H2 and CO2 whose gas yields increase with increasing temperature. The gas yield of source rocks of type I is the high- est, followed by type II, and that of source rocks of type III is the lowest, indicating that the yield of hydrocarbon gases is related to their hydrocarbon generating potential. Although the generating potential of type III is the lowest, it can still be regarded as a useful gas source when it is buried deeply enough. The basic volcanic fluid restrains the generation of gaseous hydrocarbons in different types of source rocks, but promotes the generation of inorganic gases.     

基于传输线法模拟探地雷达在多层介质模型中的传播

数值模拟是研究探地雷达电磁波在多层介质中传播规律的有效手段,传输线算法是一种基于Huygens原理的时域分析电磁场方法。这里阐述了TLM方法的基本原理及基本关系式,用TLM方法对多层介质进行了正演模拟,将模拟结果与FDTD方法合成结果进行了对比,结果表明了TLM用于GPR正演计算的正确性及有效性。应用该算法对已有模型进行了定性分析,验证了随着介电常数和电导率增大,雷达电磁波衰减加快的结论。     

伪随机激电法的有限单元法数值模拟研究

利用有限单元法和Cole-Cole模型对伪随机激电法进行数值模拟研究。首先简要介绍了伪随机激电法的基本原理,然后在忽略电磁效应的情况下,给出电场的边值问题和变分方程,将模型中大地和极化异常体的电阻率用Cole-Cole模型的参数替换,通过解方程最后得到模型节点上的复电位值。通过改变地电模型的参数,得到了不同参数下幅频率的模型相应曲线。模拟结果与实际情况符合,表明运用有限单元法模拟伪随机激电法中的参数是正确和适用的。     

大兴迭隆起隐伏岩溶水资源评价及开采方案预测

大兴迭隆起地区隐伏岩溶地下水是北京市的重要水源,为保障水源地能持续为大兴、通州地区提供优质的城镇生活用水,需对研究区岩溶地下水进行水资源评价和开采规划预测分析。利用数值模拟法,应用GMS模拟软件对研究区岩溶水系统进行地下水流数值模拟及水位变化预测。建立的岩溶水系统模型分为5层,模拟验证期为12年9个月。由模型评价的岩溶水系统补给资源量为14 425.74×10^4m3/a,可开采资源量为14 310.52×10^4m3/a,其中岩溶含水层可开采量为2 309.36×10^4m3/a。在模型识别验证后,分4种开采方案对水源地进行开采预测,通过对典型观测孔水位过程线拟合和研究区水均衡分析可知,按2020年之前维持现状开采,2020年后停采念坛水源地,2025年后全区按可开采量进行开采的开采方案最为合理,可分批逐次实现水源地的采补平衡。     

广东岩溶区某输电塔桩基稳定性数值模拟分析

采用数值模拟手段研究了广东某岩溶区输电塔桩基与下伏溶洞协同变形的规律。通过不同位置应力、位移、塑性区变化监测,发现覆盖层部分应力分布较均匀,受溶洞影响较小,但溶洞围岩应力变化较大,溶洞顶板出现较大的向下弯曲变形,桩底下移明显,特别是当桩基荷载较大且下伏覆溶洞埋深较浅时,溶洞顶板将可能失稳,进而引起桩基破坏。不同嵌岩深度桩基变形特征表明,桩基嵌岩深度与溶洞变形具有正相关关系。     

基于人工降雨模拟试验的坡面水文连通性

为揭示降水入渗时坡面水文连通性特征以及坡度和雨强等对水文连通性的影响,研究基于人工降雨模拟试验,分别采用结构性指标径流长度（Flowlength,l_F）和功能性指标相对地表连接函数（Relative Surface Connection Function, F_RC）分析不同坡度坡面（5°、15°、25°;面积为150 cm×50 cm）在不同雨强（25 mm/h、50 mm/h、70 mm/h和86 mm/h）条件下的水文连通性。研究结果表明:坡面水文连通结构主要由l_F为0~100 mm的径流路径组成,其栅格频率高达90%以上,而l_F为100~500 mm的栅格频率为3%~8%。水文连通性的迅速发展主要集中在降水事件的开始阶段,而一定阶段以后入渗速率与地表储水速率基本持平,水文连通性呈现出较为稳定的发展趋势。坡度增大整体上有利于水文连通性的发展。5°坡面对应水文连通面积比率整体小于其他坡度。由于雨强增大到一定范围时将增加地表糙率,从而阻碍水文连通性的发展,研究中仅25 mm/h对应水文连通性明显区别于其他雨强,而其他雨强间则在多数情况下水文连通性差别较小。     

中国过去1500年典型暖期气候的模拟研究

利用地球系统模式CESM的过去1500年气候模拟试验结果,分析了中世纪暖期和现代暖期中国区域温度和降水变化特征的异同,并对形成原因进行了初步探讨.研究表明:中国的温度变化在中世纪暖期和现代暖期有着显著的区域差异,且年代际变化特征亦不尽相同.现代暖期的温度存在一个明显的年代际突变,这一突变是由温室气体含量的变化引起的,且现代暖期温度变化的空间格局受人为因子影响较大.中世纪暖期温度变化的空间格局主要受太阳辐射变化的影响,其次是土地利用/覆盖和火山活动.中国的降水变化在两个增暖期其时空格局较类似,其主要模态均体现为西部与东部反相,华南与华北反相.影响降水变化空间格局的因子较复杂,各外强迫因子的作用互补.     

顾及空间尺度效应的城市土地利用变化精细化模拟

城市土地利用变化模拟是优化土地资源配置的科学依据,提高其精细化程度和可靠性有助于准确把握城市用地发展趋势,对城市土地资源精准调控具有重要意义。基于宏观遥感分类的土地利用变化模拟,难以在街区尺度上揭示城市用地社会功能变化及精细化模拟中空间尺度效应来源和作用机理。本文联合遥感影像和POI数据识别出城市土地利用精细化特征,运用响应面法率定土地利用精细化模拟的最优空间尺度组合,在此基础上,利用CA-Markov模型开展了未来土地利用变化的精细化模拟。以武汉市中心城区为应用案例,研究结果表明：基于POI 的城市土地利用精细化识别方法,可以深度解析城市建设用地的社会功能,极大改善了传统基于遥感的土地覆被宏观解译效果;研究区土地利用变化元胞自动机精细化模拟的最优空间尺度组合是30 m元胞、7×7邻域以及冯诺依曼邻域类型,采用最优空间尺度组合能够提高土地利用变化精细化模拟的可靠性。响应面试验设计结果可有效识别精细化模拟过程中空间尺度效应的主要来源,并区分其对模拟精度的影响程度与正负效应;预计到2025年,研究区建设用地范围将继续向周边扩张,各类型用地之间互为交织,土地利用空间格局将呈更加破碎化趋势。     

黄河流域城市群扩张的时空格局演化及情景模拟——以呼包鄂榆城市群为例

黄河流域城镇扩张对区域景观格局影响显著,城市群人口聚集与增长引发了流域“人-地”矛盾和“空间冲突”等一系列生态环境问题。基于土地利用数据和FLUS模型对2025年和2035年呼包鄂榆城市群城镇化与土地利用时空演化特征进行多情景模拟预测。结果表明：① 1990—2018年呼包鄂榆城市群整体发展水平较低,建设用地面积经历了“平稳增加-缓慢增加-急剧增加”的变化过程,区域总体以草地为主,其占土地总面积的50%以上,其次是未利用土地和耕地,林地和建设用地次之。② 城市群扩张最剧烈地区在空间上主要发生在呼和浩特市、包头市等城市主城区,且扩张模式以外延式扩张为主,扩张来源主要是耕地、草地等生态用地。③ 三种情景模拟发现,2025年和2035年区域土地利用变化的空间结构和特征差异明显。自然发展情景下,城市扩张不受约束,高速增长占据了大量生态用地;加入生态约束条件很好的控制了对草地和林地的占用;经济发展情景下,城市扩张将进一步占据更多的未利用土地和耕地。本研究通过城市群扩张时空格局演化及情景模拟分析,尝试为区域规划、城市空间规划和区域生态空间保护提供多角度、多情景和可选择的政策决策参考。