Numerical modeling of hyperpycnal flows in an idealized river mouth

Numerical experiments in an idealized river mouth are conducted using a three-dimensional hydrodynamics model (EFDC model) to examine the impacts of suspended sediment concentration (SSC), settling velocity of sediment and tidal mixing on the formation and maintenance of estuarine hyperpycnal flows. The standard experiment presents an illustrative view of hyperpycnal flows that carry high-concentrated sediment and low-salinity water in the bottom layer (>1.0 m in thickness) along the subaqueous slope. The structure and intra-tidal variation of the simulated hyperpycnal flows are quite similar to those previously observed off the Huanghe (Yellow River) mouth. Results from the three control experiments show that SSC of river effluents is the most important parameter to the formation of hyperpycnal flows. High SSC will increase the bulk density of river effluents and thus offset the density difference between freshwater and seawater. Low SSC of river effluents will produce a surface river plume, as commonly observed in most large estuaries. Both the settling velocity of sediment particles and the tidal mixing play an important role in maintaining the hyperpycnal flows. Increasing settling velocity enhances the deposition of sediment from the hyperpycnal layer and thus accelerates the attenuation of hyperpycnal flows, whereas increasing tidal mixing destroys the stratification of water column and therefore makes the hyperpycnal flows less evident. Our results from numerical experiments are of importance to understand the initiation and maintenance of hyperpycnal flows in estuaries and provide a reference to the rapidly decaying hyperpycnal flows off the Huanghe river mouth due to climatic and anthropogenic forcing over the past several decades.     

象山港水交换数值研究 Ⅱ.模型应用和水交换研究

使用水平二维对流－扩散型水交换模式模拟研究了象山港的水交换,对不同区域的水交换控制机理作了初步探讨,象山港水交换状况与其控制机制的区域性变化很大。牛鼻水道至佛渡水道是一个潮流较强的潮通道;９０％水交换周期为５天左右。象山港狭湾内水交换周期较长,湾顶处９０％水交换的周期约为８０天左右。     

海岸河口潮流数值模拟的研究与进展

对海岸河口地区潮流场的数值模拟方法进行了较为系统的归纳总结和评述,对潮流数值模拟的发展趋势进行了分析.     

海坛海峡二维潮流场数值模拟

海坛海峡为南北狭长型海峡，海峡内潮波属于前进波．本文建立了平面二维浅水波数学方程，利用欧拉-拉格朗日差分方法得到数值解，模型采用随时间变化的动边界技术，成功地模拟了海坛海峡的前进波特征，并根据实测数据进行了验证．同时计算了同潮时线和等振幅线，不同时刻的潮流场和潮流平均流速分布．计算结果表明，北部湾口M2分潮高潮时间比南部湾口早约5～6min，等振幅线范围约为2．12～2．15m．海峡内流速分布呈南北强、中间弱的特点，最大流速1m／s左右．     

淤泥质潮流深槽最大冲刷深度的一个概念模型

以概念模式方法计算了淤泥质潮流深槽的最大深度,探讨了涨落潮流速、涨落潮历时、深槽淤泥质物质粒径、深槽顶底部原始深度、水道长度等因素对潮流深槽最大深度的影响。概念模式的假设条件是:(1)深槽形态为长方体,底部纵向坡度为0;(2)沉积物粒径无垂向变化;(3)只考虑潮流作用的影响,涨、落潮流速在时间序列上呈正弦分布;(4)不考虑细颗粒物质的粘性和絮凝作用。模拟结果显示:(1)涨、落潮历时对深槽最大深度的影响很小。(2)优势潮流流速与最大深槽深度之间存在着幂函数关系。(3)深槽的底质粒径、深槽的长度均与最大冲刷深度呈正相关关系。(4)深槽顶部水深与最大深度呈负相关关系。(5)由于潮汐水道深度与潮流流速和沉积物侵蚀强度之间具有负反馈关系,因此水道冲刷存在着一个极限,即最终可以达到均衡状态。潮流深槽的均衡态特征和达到均衡态所需的时间可运用沉积动力学方法来确定;同时,若应用深槽的真实参数,进一步减少模型的假设条件,可望使该模型具有实际的应用价值。     

人口统计数据空间化的一种方法

人口空间分布信息在环境健康风险诊断、自然灾害损失评估和现场抽样调查比较等地理学和相关学科研究中占有重要的地位。目前随着对地观测技术和地理信息科学的飞速发展, 如何精确地进行人口数据空间化成为了研究的难点和热点。针对采用传统方法解决人口空间化问题所遇到的困难和不足, 设计了遗传规划(genetic programming, GP)、遗传算法(genetic algorithms, GA) 和GIS 相结合的方法, 以GIS 确定量化影响因子权重, 以GP 建立模型结构, 以GA 优化模型参数, 成功建立研究区-山西省和顺县的人口数据格网分布表面。实验证明与传统建模方法(如逐步回归分析模型和重力模型)相比, 所提方法建模过程更为智能化与自动化, 模型结构更为灵活多样, 而且数据拟合精度更高。     

有限元方法在地震孕育过程与前兆机理研究中的应用进展

有限元方法的基本思想是将连续的求解区域离散为一组有限个、 且按一定方式相互联结在一起的单元的组合体。 有限元方法是目前应用最为广泛的数值模拟方法, 由于能够将复杂介质的力学本构关系及边界条件问题转化成为常规问题的计算程序, 所以越来越多的地震学者将其应用于地震成因与前兆机理研究中。 该文着重介绍了有限元数值分析方法及其模拟在地震孕育过程与前兆机理研究中的应用进展, 并提出开展小尺度规模如岩石中矿物颗粒之间的力学行为的有限元模拟研究等几点建议。     

三维三分量CSAMT法有限元正演模拟研究初探

首先从麦克斯韦方程出发,用伽里金方法推导了三维三分量CSAMT法的有限元方程.在研究过程中,认识到加入散度条件的必要性,在公式中强加了散度条件,提高了解的完备性.其次将成功应用于二维线源频率域电磁法有限元模拟中的两种技术推广到三维中,一是边界条件统一采用一阶吸收边界,使线源产生的电磁波在边界上按波的传播规律被吸收,以降低平面波假设造成的影响;二是总体系数矩阵的存储,用两个二维数组分别记录总体系数矩阵的非零元素及其在总体结点编号中所处的位置,使总体系数矩阵的存储量达到最小的同时,物理意义明确,迭代求解时迅速简便.最后用均匀半空间模型进行了验证.     

完全匹配层吸收边界在孔隙介质弹性波模拟中的应用

模拟弹性波在孔隙介质中传播,需要稳定有效的吸收边界来消除或尽可能的减小由人工边界引起的虚假反射. 本文在前人工作基础上,首次建立了弹性孔隙介质情况下完全匹配层吸收边界的高阶速度-应力交错网格有限差分算法,并详细讨论了完全匹配层的构建及其有限差分算法实现. 首先,本文通过均匀孔隙模型的数值解与解析解的对比,验证所提出的数值方法的正确性;然后,本文考察了完全匹配层对不同入射角度入射波和自由表面上的瑞利波的吸收性能,将完全匹配层与廖氏和阻尼吸收边界进行了对比,研究了这三种吸收边界在不同吸收厚度情况下对弹性波吸收能力. 数值结果表明,在孔隙介质中,完全匹配层作为吸收边界能十分有效地吸收衰减外行波,无论对体波还是面波,是一种高效边界吸收算法.     

Response and capacity of monopod caisson foundation under eccentric lateral loads

Monopod caisson foundation is a viable alternative for supporting offshore wind turbines located at shallow water depths. This foundation system has to resist overturning moment generated due to resultant lateral load, arising from wind and water wave action, that can act at any loading height above the seabed. This paper presents results of a numerical investigation performed to determine the influence of loading height, caisson geometry and superstructure load on the ultimate lateral capacity, initial stiffness, and soil failure zone of the foundation, when installed in very dense sand. Both the ultimate and serviceable states of the caisson foundation obtained from the analyses are represented in terms of envelopes plotted between lateral load and overturning moment. Simplified expressions, which take into account the influence of caisson geometry, loading height, and soil properties, are also presented to serve as a preliminary base for design of the monopod caisson foundation.