黄土高原1995-2050年快速城市增长的时空动态模拟（英文）

随着中国的“黄河流域高质量发展”政策的实施,黄土高原未来的城市增长将进一步快速发展。然而,区域尺度城市增长的时空动态模拟研究还很有限。基于历史土地利用数据和SLEUTH模型模拟,得到1995-2050年1-km分辨率的城市覆盖数据,并利用指标化空间制图方法发展了一种城市增长量化与制图的集成分析方法。在黄土高原的研究表明：城市发展政策、自然环境和行政职能影响了不同等级城市的城市增长速度和空间格局;15个地级市和省会城市在2050年的总面积大约是1995年的8.12倍,1995-2015年和2015-2050年城市总体增长率分别为5.97%和3.2%;总体而言,1995-2015年的城市增长模式主要是跨越式增长,21世纪30年代以后,边缘增长模式将成为城市增长的主导模式,内生型增长模式仅对兰州、西宁等个别河谷型城市发展具有贡献作用。基于高分辨率地图集的多层次城市增长时空变化分析可为区域城市规划和可持续城市管理提供重要信息。     

锦屏大理岩动态劈裂拉伸破坏及能量演化特征分析

劈裂拉伸破坏是隧洞围岩失稳破坏的主要形式之一。现阶段,在动态劈裂条件下岩石裂纹扩展及对应阶段的能量演化机制鲜有涉及。基于此,采用分离式霍普金森压杆对锦屏大理岩试样进行了不同弹速下的劈裂试验,并借助ANSYS/LS-DYNA有限元软件,模拟试样动态劈裂破坏过程。从试验测试和数值计算角度,重点分析大理岩劈裂过程中的裂纹扩展机制以及能量演化特征。结果表明：在应变率为5～35 s−1时,大理岩的动态拉伸强度与应变率呈线性正相关,同其他地区大理岩相比较,锦屏大理岩的应变率敏感性相对较低;随着弹速的增加,系统内能和动能均增大,在试样破坏的瞬间系统内能降至最低;采用标定的Cowper-Symonds本构模型参数进行数值模拟,所得的试样最终破坏形态与试验观察到的现象基本一致。研究结果可为具体工程应用提供指导和参考。     

星系的红移

红移（redshift）对于天文爱好者来说是一个非常熟悉的概念了。根据多普勒效应,波源朝向观察者运动时,光谱会向短波端移动,叫做紫移（blueshift）;反之,当波源背向观察者运动时,光谱就会移向长波端,产生红移（redshift）。     

厦蓉高速公路某隧道洞口段开挖对仰坡变形影响的数值分析

针对一座浅埋偏压隧道,采用FLAC3D对该隧道进口段进洞开挖进行动态施工三维数值模拟。基于围岩应力分布特征,仰坡坡面轴向和横向位移的变化特征,分析了偏压浅埋隧道洞口段开挖引起的仰坡变形规律。计算结果揭示：仰坡后缘下沉,前缘向洞心外有移动趋势;隧道开挖引起隧洞洞身附近岩体出现较大应力集中和变形现象,洞口段洞身以上仰坡坡面主要以竖向沉降为主,洞身两侧向洞内挤压。在此基础上提出了保证仰坡稳定和安全进洞的一些建议。     

地面瞬变电磁勘探中源外地形的影响

起伏地形为中国矿产资源的发现和勘查造成了极大困难,为了避免复杂的地形效应,在地面瞬变电磁勘探中尽量将发射源与接收点布置在地形平缓处,但源外起伏地形的影响仍然存在。目前,对地形影响的分析大多从测道曲线图或者视电阻率断面图进行定性判断,较少从整个观测时间段内量化评估地形影响的程度。基于有限元法实现了带地形条件下矩形回线源的瞬变电磁三维正演,在源外构造了山脊、山谷地形,将地形与发射源的距离、大地电导率、异常体电导率作为变化参数,给出了整个观测时间段内在不同接收点处地形造成的相对误差分布,从而分析了源外地形对电磁响应的影响规律。结果表明：源外地形对电磁响应的影响主要集中在某个时间段内,随着与发射源距离增大,地形作用减弱,受影响区域也推移到较晚期时间段上;随着大地电导率增大,地形主要影响区域会推移到较晚期时间上,但受影响程度基本一致;相同几何尺寸的山谷地形比山脊地形对电磁响应的影响更大;地形、异常体对电磁响应的影响可以分离,如果异常体产生的二次场比较强,地形效应的影响相对较小,可以忽略地形影响。研究结果为地面瞬变电磁勘探中地形效应的识别与后期处理解释提供了理论依据。     

动力作用下砂土的残余体变及其时域连续模型

通过对砂土动力剪切荷载作用过程中的土骨架的弹性和塑性分析,研究了土骨架接触面部分可能发生的弹性恢复和永久变形以及破碎引起的最剧烈的塑性变形;并且,提出了可以通过液化前后颗粒粒径的质量百分含量的对比试验,来验证破碎模型的合理性;为进行砂土动力非线性变形和液化的数值模拟,结合砂土的剪切非线性的本构,总结了更为简化的时域连续的函数经验公式,使得在时域内进行土壤动力特性和动力非线性反应分析,以及用剪胀性理论解释动力液化和变形问题易于进行。     

基于水循环模拟的流域湿地水资源合理配置初探

水资源是基础性的自然资源和战略性的经济资源。维持流域水资源可持续利用和湿地健康,实现流域内"人-水-湿地"和谐是新时期流域水资源管理的目标。在流域水资源供需不平衡和湿地生态系统退化的背景下,提出了基于水循环模拟的流域湿地水资源合理配置的概念,并进行了全面阐述;剖析了流域湿地水资源合理配置的理论基础,着重探讨了流域湿地水资源合理配置的技术方法和研究内容,提出流域湿地水资源合理配置,以流域湿地水文模型为重要的技术手段,以流域整体可持续发展为总原则,重点考虑湿地生态需水变化过程,将湿地作为优先用水单元,其优先级仅次于生活用水,通过生态配水确保湿地生态需水量的研究思路,初步构建了基于水循环模拟的流域湿地水资源合理配置研究框架;对有关流域湿地水资源合理配置的未来重点研究领域进行了展望。     

地震孕育、发生、发展动态过程的三维有限元数值模拟

为探讨用数值方法模拟地震孕育、发生、发展动态过程的途径,从线性流变体介质内制约质点运动的运动方程出发,导出了模拟地震孕育、发生、发展动态过程的三维有限元方程及程序。还给出了模拟进程中地震孕育、发生、发展过程的约束条件,使得可以用同一个程序完整地模拟地震孕育、发生、发展的全过程,为地震过程本质的认识以及物理预报的实现提供了一个潜在的新手段。     

腾格里沙漠西南缘地下水水化学形成特征及演化

以邓马营湖区为核心,对腾格里沙漠西南缘地下水数据进行水文地球化学特征分析,并运用PHREEQC2.0软件反向模拟沿运移路径地下水的补给机理及演化过程。结果显示:受水文地质条件制约,从山前洪积扇地下水的补给区深入腾格里沙漠过渡带再到邓马营湖区中深层地下水,水化学类型从HCO3-—Ca2+—Mg2+型过渡为Cl-—SO24-—Na+—Mg2+型再过渡到HCO3-—SO42-—Na+型。其影响因素基本包括:溶滤与蒸发浓缩作用、阳离子交换吸附作用、以及微弱的混合作用和地下水补给水源水化学成分控制。矿物饱和指数以及反向水文化学地球化学模拟的结果显示,由西南向东北沿水流方向各物质溶解沉淀情况复杂,除斜长石与方解石外,岩盐、石膏、白云石等浓缩沉淀显著,表明蒸发浓缩作用控制强烈。     

生态阻力面模型构建及其在城市扩展模拟中的应用

本文将城市扩展视为城市用地克服生态阻力向外扩散的过程,基于最小累积阻力模型(MCR)进行方法创新,在模型中引入不同等级源的相对阻力因子,并考虑生态障碍对于城市扩展的刚性约束,构建适合于城市扩展模拟的生态阻力面模型(UEER)。在此基础上,利用广州市土地利用第二次调查数据、遥感影像数据、DEM数据以及其他生态要素相关数据,通过源的确定与分级、基面阻力综合评价、UEER模型运算等步骤,构建了广州市城市扩展的生态阻力面,并用于模拟城市用地扩展至不同规模情景时的空间分布及边界。结果表明:①通过UEER模型生成的生态阻力面能够综合反映城市扩展水平过程所需克服的生态阻力,因此能够反映生态约束下城市扩展的空间运动趋势,可以用于城市扩展模拟。②与基于MCR模型的模拟结果相比,基于UEER模型的模拟结果更加符合实际并体现生态保护的要求。从城市扩展的规模与强度控制看,模拟结果更加符合实际需求,并体现政策调控方向。从城市形态以及与生态要素的关系看,一些重要的生态要素在快速城市化进程中能够得以保留,同时生态障碍作为生态隔离,能够有效地防止城市的蔓延式扩展,从而使城市扩展表现出明显的组团式特征。