象山港余流特征数值研究

基于Delft3D-Flow模块建立了象山港海域的三维斜压潮流数值模型,结合实测水文资料,研究了象山港的潮(余)流特征,对欧拉余流场的时空分布进行了定量的比较和分析,并与潮流测站计算分析得到的欧拉余流分布对比,很好的模拟了象山港的余流特征。结果表明:由湾外至湾顶,余流呈减小的趋势,湾外余流最大为33 cm/s,湾顶最小,余流平均仅5 cm/s。垂向上,表层余流大于底层余流,表层余流指向湾外,而底层余流则指向湾内。对比斜压、正压两种模式下的欧拉余流分布,可以看出湾顶附近主要受径流控制,两种模式得到的结果基本一致,口门至西沪港区域受径流和潮流的共同影响,斜压模式更准确地模拟出了水体层化和垂向余环流结构。     

极地深海冰盖条件下声传播数值试验

研究极地深海声传播特征具有重要的经济、军事价值,战略意义重大。基于KRAKENC分层弹性介质简振波模型对极地深海冰盖条件下的声传播特征进行数值模拟,得出极地海域向上折射环境和较小深度声源,是形成声道现象必要条件;冰盖的散射作用导致声传播衰减强烈,且深度越大的水层受冰盖影响越小,受海底边界影响越大;声源深度越小,受冰盖影响越大。     

台州湾浅海滩涂大规模围垦下水动力变化分析

基于开源软件TELEMAC-2D建立了台州湾近海潮汐潮流数值模型,对台州湾浅海滩涂大规模围垦前(1984年)和围垦后(2013年)的潮汐潮流进行了模拟计算。从主要分潮潮波分布、潮流场、高低潮位和椒江河口纳潮量4个方面探讨了台州湾浅海滩涂围垦对周边水动力特征的影响。结果表明:滩涂围垦工程对水动力特征的影响局限于围垦区附近水域。围垦后,海域M2分潮波振幅减小,且潮波向岸传播的速度减慢;围垦区附近海域涨落急流速大幅度降低,涨潮流向北偏转,落潮流向南偏转;海域大潮高潮位呈现一定程度的降低,大潮低潮位基本不变;椒江河口纳潮量有较大程度的减少。     

基于FLAC3D数值模拟的老采空区剩余沉降量分析计算—以山东枣庄安博化工项目为例

空区的剩余沉降值计算是采空区地质灾害危险程度一种定量分析的方法,利用FLAC3D直接模拟早期采煤形成的老采空区塌陷状态,计算出老采空区的剩余沉降量。以山东枣庄安博化工项目为例,首先采用物探、钻探手段探测老采空区深度、顶板塌落与破碎状况以及地质地层信息,其次结合岩心试验地质材料参数结果进行FLAC3D模拟,计算自重作用下采空区剩余沉降量,以及加载建筑后老采空区剩余沉降值,对比了传统概率积分法计算沉降值,结果基本一致,说明计算方法是可靠的。最后分析加载应力与破碎带剩余沉降值的数量关系。为老采空区土地稳定性评估以及剩余沉降量的计算方法提供科学依据与借鉴。     

青岛市黄岛区潮河水源地地下水数值模拟

在分析研究青岛市黄岛区潮河流域水文地质条件基础上,建立了水文地质概念模型和地下水流数值模拟模型,利用地下水水位动态监测资料对模型进行了识别,并预测了三枯一丰一平条件下地下水最大开采量以及水位、降深分布情况。结果表明,模型验证拟合结果较好,地下水最大开采量为2.4万m3/d,地下水开采不会引起地面沉降、海水入侵等问题。     

基于地层信息插值的FLAC3D简易建模方法

为建立一种简易的FLAC3D建模方法,降低FLAC3D前处理时的建模难度,本文基于Python编程语言开发了建模文件生成程序。该程序以岩体各层位的高程信息为基础,采用Kriging插值生成离散网格点数据;并采用离散网格点自动生成建模所需要的网格数据文件;将该文件导入FLAC3D软件中,即可生成与真实钻孔数据和地层信息吻合的三维模型。程序提供了3种FLAC3D内置单元模型可供选择。该方法采用Kriging插值算法,可生成精确的三维地层模型数据。与FLAC3D软件自身的脚本建模语言相比,该方法简单快速。本文使用3类应用数据进行建模,验证提出的插值建模方法可以针对复杂的地形和地质信息生成精确的三维模型。研究成果为采用FLAC3D进行复杂地质区域数值模拟计算提供了一种简单、高效、准确的建模工具。     

小兴安岭湿地景观格局模拟及动态演变分析

针对小兴安岭湿地生态功能退化,急须对其景观格局动态演变特征进行分析,该文提出 了耦合人工神经网络、元胞自动机和马尔科夫链构建模型来预测小兴安岭湿地未来景观格局的方法;通过转移矩阵、景观格局指数分析小兴安岭湿地1995-2025年景观格局动态演变特征.结果表明:所构建模型耦合了马尔科夫链数量预测与元胞自动机空间预测的优势,能够较大限度地克服元胞自动机模型主观赋权的影响,有效地提高了预测模型的精度;1995-2025年,小兴安岭地区湿地面积呈波动式变化,1995-2005年湿地面积急剧减少,2005年后缓慢增加,至2025年趋于平稳;小兴安岭湿地景观格局总体趋于破碎化,景观异质性增加,2005年达到最大值,2015年后各景观类型比例基本稳定.研究结果为小兴安岭湿地生态功能修复提供有力的技术支撑.     

气溶胶对雷暴云起电以及闪电发生率影响的数值模拟

本文利用二维耦合气溶胶模块的雷暴云起电模式,结合一次南京雷暴个例,进行250 m分辨率雷暴云起电模拟实验,探讨了气溶胶浓度对雷暴云空间电荷分布以及闪电发生率的影响。在这个气溶胶模块中,假定一个三模态的气溶胶对数分布,考虑了气溶胶活化过程。结果显示:(1)随着气溶胶浓度增大,雷暴云电荷结构保持为三极型。(2)当气溶胶浓度从50 cm-3增加至1000 cm-3时,水成物粒子浓度上升,雷暴云电荷量和闪电发生率增加明显。(3)气溶胶浓度在1000~3000 cm-3范围时,云水竞争限制了冰晶的增长,导致雷暴云上部主正电荷堆电荷量降低。云滴和霰粒子浓度缓慢上升促进中部主负电荷堆和底部次正电荷堆电荷量继续增大。闪电发生率保持稳定。(4)当气溶胶浓度大于3000 cm-3时,水成物粒子浓度稳定,云内的电荷量以及闪电发生率保持为一定量级。     

闪电和固、液态降水关系差异的数值模拟

为了进一步认识闪电和固、液态降水的关系,本文利用三维雷暴云动力-电耦合数值模式,通过设置敏感性试验组,模拟了一次雷暴过程,分析雷暴中闪电和降水的特征,以及闪电和固、液态降水对垂直风速的依赖关系,探讨闪电与固、液态降水的时空分布关系和单次闪电表征的降水量(RPF:rainyields per flash)。结果表明:对流云降水中,液态降水占主要部分,但固态降水比液态降水对于垂直风速的依赖性更强。随着对流的增强,固态降水在总降水中占的比重越来越大。首次放电时间不断提前,闪电峰值落后垂直风速峰值,总闪数一开始随对流的增强而增加,对流一旦增强到一定程度,总闪数则逐渐减小。固态降水和液态降水的开始时间和峰值时间均随着对流的增强而不断提前,而液态降水出现时间和峰值时间均提前于固态降水。雷暴云首次放电的时间滞后于液态降水,而闪电峰值提前固态降水峰值或与固态降水峰值同时产生。雷暴云中的放电活动集中在强降水区域前缘的较弱降水区,强降水区对应的闪电较少,对流的增强会使降水区域面积、降水量和降水强度增加。由于液态降水总量远大于固态降水总量,固、液态RPF的数值相差达到一个量级,但单位时间内固态降水和液态降水增加的速率相近。在单位时间内闪电次数越多,RPF则越小,而固态RPF和闪电次数的线性相关性明显好于液态RPF,所以利用固态降水可以更好地预报闪电。这些结果有助于进一步认识闪电和降水的关系,并可为闪电预报提供新的思路。     

青海两次多单体降雹过程的雹谱分布特征

利用三维冰雹分档数值模式研究了1979年7月20日和8月5日青海西宁两次多单体降雹发生发展过程中云内微物理结构及雹谱演变特征。结果表明:1)云水、雨水的比含水量随雹云的发展呈先增长后减少的特点,两次个例的冰雹主要通过过冷雨滴冻结而形成,其增长方式是凝华及碰并过冷云水。2)雹谱谱宽与上升气流有关,个例一中倾斜上升气流有利于冰雹循环增长,雹谱较宽;个例二中没有倾斜上升气流,不利于冰雹循环增长,雹谱较窄。