干旱区水资源约束下的生态退耕空间优化及权衡分析——以奇台县为例

干旱区耕地大规模扩张导致水资源超载、生态问题频发,亟须退地还水。因此,探索水资源约束下的生态退耕空间优化方案,不仅有助于解决干旱区面临的问题,还可为土地利用规划和决策提供参考。目前对退耕方案多效益矛盾的研究尚量化不足,有鉴于此,本文建立生态退耕空间优化配置及权衡分析模型,以新疆奇台县为研究区进行模型应用,构建了水资源约束下的生态退耕方案群,并设计保有耕地优先和保护生态优先等两种情景,利用蚁群优化算法实现了生态退耕的空间配置模拟与优化。结果表明:耕地面积在保有耕地优先情景将减至9.94万hm2,保护生态优先情景则为6.96万hm2;在此退耕过程中,河道内生态用水占水资源总量的比例从10%增加到30%,防固沙量由713.22万t增加至816.59万t,经济效益则由34.86亿元下降至24.75亿元。通过比较单位经济效益的减少比例可产生的生态效益增加比例,确定耕地面积退至8.35万hm2时是权衡生态和经济效益下的生态退耕最优方案。退耕还草主要发生在奇台县耕地集中区的东北、西北及西南部边缘,将有利于北部的沙漠化防控和南部的水源保护。本研究实现了干旱区水资源约束下生态退耕方案空间模拟和优化,对农...     

基于测试粒子模拟的垂直无碰撞激波对离子的加速研究

本文利用测试粒子模拟的方法研究离子在通过垂直无碰撞激波结构时的加速.我们首先探究了在理想激波条件下,离子通过激波结构后的能量增益与其初始参数(包括回旋相位角、初始位置和上游平均能量)的关系; 然后进一步探索了离子通过由自洽的一维混合模拟给出的更接近真实的激波结构时获得的加速,研究了激波内部的电场和磁场结构对离子能量增益的影响.结果显示,当离子能量较低(离子回旋半径小于激波面厚度或相当)时,激波横越电势和磁过冲对离子的能量增益起到促进作用; 而当能量较高时,激波内部结构对于离子能量增益的影响逐渐可以忽略. 此外,与激波横越电势相比,激波磁过冲的强度对离子能量增益的影响占主导,离子的能量增益随着磁过冲的增强而增强.最后,我们发现激波的磁场过冲和横越电势对于离子能量增益的影响之间的关系比较复杂,不能简单叠加,甚至有互相抵消的效应.作为示例,我们给出了一个激波法向电场的双极结构使得离子加速变弱的例证.

     

水下土体剪切界面摩擦力试验研究

基于在自行改进设计的水下土体剪切界面摩擦力测定装置进行的室内试验结果,对不同粒组、含水率及剪切速率条件下土体剪切界面抗剪强度和摩擦力进行了研究。试验结果表明,不同土体间剪切界面抗剪强度和摩擦力与土体颗粒粒组、含水率相关性表现不同。随着含水率的增加,粉砂抗剪强度和摩擦力呈增加趋势,细砂、中砂抗剪强度和摩擦力受含水率变化影响较小。土体颗粒粒组不同,抗剪强度和摩擦力有明显差异,表现在粉砂大于细砂和中砂,小于黏粒含量较高的粉土,细砂和中砂的差别较小。试验条件下得到的粉砂、细砂、中砂土体与粉质土底床间的水下剪切界面摩擦力值在0.2~1.0 kPa区间,并结合海洋地质实例说明界面摩擦力的应用。     

基于优化参数Adam算法的全波形反演

常规的全波形反演(FWI)计算得到的梯度往往不做优化处理, 并且每次计算模型更新量时还需要额外的波场延拓计算来获取迭代步长, 导致收敛效率和反演精度降低.本文将深度学习中的Adam算法引入到全波形反演中来, 其可在仅付出极小计算代价的前提下实现梯度的优化处理, 由梯度直接计算出模型更新量, 避免了迭代步长的计算, 且能显著提升收敛效率和反演精度; 同时针对Adam算法的默认参数优化和选取问题, 通过数值实验系统分析了不同参数的全波形反演效果, 并给出了更适合于全波形反演的优化参数.实验结果表明, 相比于默认参数的Adam算法以及L-BFGS算法的全波形反演, 基于优化参数的Adam算法其收敛速度和反演精度更高.

     

各向异性和倾斜界面介质中P波质点运动的理论模拟与应用

P波质点运动已经成为研究地震台站下方浅部地壳S波速度结构的一种重要手段.然而,现有研究主要基于水平层状各向同性介质的假设,对于各向异性和倾斜界面对P波质点运动的影响仍缺乏系统研究.本文通过理论模拟初步研究了各向异性和倾斜界面情况下的P波质点运动特征.模拟结果表明,各向异性和倾斜界面会使P波质点运动随反方位发生周期性变化,而且这种变化具有频率依赖性,反映了结构的垂向变化.四川盆地是研究青藏高原生长与物质外向逃逸的重要场所.本研究以盆地内部的宽频带流动地震台站S124为例,探讨利用P波质点运动研究浅部地壳各向异性和界面几何结构的可行性.研究结果显示,台站下方~4-5 km以浅的地壳具有明显各向异性（~20%）,且其快轴方向（近东西向）与川中走滑断裂带走向一致.这表明研究区浅部地壳的变形模式可能主要受到断裂构造的控制.本研究的理论模拟和初步应用均表明,利用不同频率P波质点运动的反方位变化能够有效约束浅部地壳的各向异性和/或界面几何结构.

     

道路网匹配的蚁群算法求解模型

目的 利用蚁群算法的群体优势,寻找全局最优的道路网同名实体匹配方案。首先从几何矢量误差和结构特征两方面建立了匹配问题的数学约束模型;然后阐述了蚁群算法求解匹配问题的基本原理,设计了问题求解模型,并引入自适应和局部搜索策略提高了算法效率;最后给出了求解的关键步骤。实验证明,利用蚁群算法进行道路网匹配是有效、可行的,为求解匹配问题提供了新思路。     

基于深部位移的蠕滑型滑坡预警指标及预警预报研究

基于边坡监测数据建立数学模型,是边坡变形和稳定性分析的重要方法。但是单一预测模型的形式和应用范围具有一定的确定性,不同模型对数据的利用程度也有所差别,往往不能充分运用已知信息,导致模型精度不高,适用性不强。针对单一预测模型存在的问题,提出一种基于熵权法的PSO-SVR-NGM优化组合模型。该模型结合高精度变权缓冲NGM(1,1,k,c)模型和PSO-SVR模型,能够减小单一预测模型的误差,大幅度提高预测精度。首先通过引入变权缓冲算子λ和背景值权重系数η、κ改进无偏NGM(1,1,k,c)模型,构建新的3参数变权缓冲NGM(1,1,k,c)模型。结合最大灰色关联度和最小平均相对拟合误差重新构造粒子群算法的适应度函数,利用改进的粒子群算法对提出的变权缓冲模型进行搜索寻优,确定最佳的参数组合。然后通过熵权法对改进的变权缓冲NGM(1,1,k,c)模型和PSO-SVR模型进行赋权建立优化组合模型。最后,将该组合模型应用于3个不同变形特征的边坡工程中,并与其他单一模型进行对比分析。结果表明,相对于单一模型,本文所提出的组合模型的拟合和预测误差较小,与原始位移数据的相关性较好,能够更真实地反映边坡变形规律,具有较强的工程适应性。同时组合模型的提出与发展也促进了单一模型的优化改进,为解决实际工程问题提供了良好的思路。     

北京浅山区不均匀建筑地基问题研究

北京浅山区面积较大,地质条件复杂,在工程建设中会经常遇到不均匀地基问题。不同于平原区建筑地基,山区建筑不均匀地基常常涉及基础的稳定性,对地质勘察、岩土设计或施工要求较高,作为一种不良地基现象及问题,若对其认识不清或处理方案设计不合理,常会导致建筑地基基础的变形过大,甚至产生失稳,工程危害性较大。北京浅山区不均匀地基类型较多,在地基处理时须针对场地稳定性、地基承载力及地基处理方案,并结合场地环境地质条件采取适宜的处理措施,以减缓或避免不均匀地基对工程建设的不利影响。本文试对北京浅山区不均匀地基类型、问题进行归纳总结,从勘察、设计、施工及监督等多个方面入手,提出针对性的应对措施,希望能为北京山区工程建设安全提供一些参考和帮助。     

基于偏振雷达的积层混合云降水增雨潜力识别方法研究

强对流系统诱发的局地暴雨往往造成城市内涝, 带来严重的经济损失,危害人民生命、财产安全。为加强城市内涝预警能力、提高内涝预报精度、改善风险空间描述,急需研发高精度、高时空分辨率的城市降水监测产品。本研究基于深圳市1部S波段双偏振雷达和2部X波段双偏振相控阵雷达观测资料,研发了深圳市S波段双偏振雷达和X波段双偏振相控阵雷达定量降水估测（QPE）组网拼图系统。该系统主要包含以下4个模块：（1）雷达非气象回波的识别与去除;（2）复合平面扫描仰角信息计算;（3）S波段和X波段雷达单站降水率计算;（4）S波段和X波段雷达QPE拼图。基于新研发的S波段和X波段雷达定量降水估测拼图系统,产生时间分辨率1 min、空间分辨率30 m的QPE产品,并以自动气象站观测降水为标准,与深圳市目前天气预报业务QPE产品进行对比分析。结果表明,使用新研发的降水拼图系统产生的QPE产品,在精度和稳定性上优于业务产品。     

煤层气井井身结构的地质适应性与优化方法——以黔西地区为例

结合黔西地区煤层群赋存的地质特点和钻井难点,从工程实际和储层保护出发,分析了现有煤层气参数井、预探井井身结构的地质适应性,划分出4种地层(含煤体)结构条件;提出了不同条件下设计与施工优化的4类8种配套井身结构变化形式,并对其优缺点和适用范围进行了分析评价,以期为复杂地质条件下煤层气探井的井身结构设计提供新的思路。