城市雨洪模拟技术研究进展

从对水文过程描述的角度对城市雨洪模拟技术进行了回顾,认为管网汇流阶段算法较为成熟,而产流和坡面汇流阶段还有待深入研究.从模型构建思想的角度回顾其发展历程,阐明了经验性模型和分布式概念性模型的局限性以及分布式物理模型的良好发展前景.通过总结国内外几个具代表性城市雨洪模型的特点,从特定模型的角度进一步分析城市雨洪模型的现状,并指出中国与国外模型研究的差距.对与城市雨洪模拟精度密切相关的基础数据收集与管理技术进行了讨论,并提出了城市雨洪模拟技术的发展方向.     

黄河河源区变化环境下分布式水文模拟

将黄河河源区划分为38个自然子流域,利用分布式水文模型模拟径流量,采用唐乃亥水文站逐年、月实测径流资料进行验证,得到了较好的模拟效果。文章建立了5种土地覆被情景模型及24组不同气温和降水的情景组合,分别模拟不同情景下的年径流量。模拟结果表明,随着植被覆盖度的增加,流域年径流量减小,蒸发量增加。当气温降低2_oC且降水增加20%时,流域径流量增加得最大,增加39.69%。     

植物响应气候变化模型模拟研究进展

尽管温室气体的增温效应及幅度大小具有很大的不确定性 ,存在许多分歧 ,然而植物对于气候变化的响应研究仍然成为众多学者关注的热点。近十年来 ,国内外学者从模型模拟的角度进行了多层面定量研究。归纳起来 ,已有的模型可以归并为生物地理相关模型、生态响应面模型、立地模型、植物生理模型以及统计模型等五类。本文逐一进行了评述 ,分析了它们的优势与不足 ,最后对模型模拟的发展趋势进行了展望。     

三峡库区巫山金鸡岭滑坡成因机制与变形特征

三峡库区新城区迁建多采用就地后靠方式,工程扰动叠加强降雨往往诱发滑坡失稳。基于重庆巫山江东小区金鸡岭滑坡,对其影响因素和成因机制进行探讨。工程扰动不仅是传统认为的后缘加载、前缘削脚作用,更重要的是坡体表层土方堆填阻断了滑坡体地表水泄流通道,使地表水向地下水转化。强降雨作用下滑坡体内地下水位明显升高,导致金鸡岭滑坡2018年8月1日前后发生较大变形。采取降水井抽排地下水等应急处置后,滑坡变形明显趋缓,可见工程扰动导致的地下水升高是该滑坡诱发的关键因素。数值模拟表明,工程扰动后稳定系数明显降低,对应堆填区渗流场变化明显,渗流加剧,孔隙水压力、水力梯度、总水头上升,结合达西定律与有效应力原理可知渗透力增加,抗剪强度削弱,诱发滑坡变形。     

地下水渗流场对库区滑坡稳定性影响的数值模拟——以白马库区羊角滩滑坡为例

针对库水位变化条件下滑坡的稳定性定量评价复杂问题,考虑降雨和库水位变化对地下水渗流场变化规律的影响机制,采用饱和-非饱和渗流的基本理论,运用渗流模拟有限元法,对重庆市武隆区羊角滩滑坡在6种不同工况下的库区滑坡的稳定性开展了模拟研究。结果表明: ①降雨工况下,降雨对地下水渗流场都有影响,滑坡中部位置受地下水位影响最大,前后部影响小,降雨条件下,滑坡稳定性随着降雨历时的增加而变小,到达一定阶段后,滑坡已经滑动,滑坡稳定性系数不再变化; ②库水位工况下,主要影响滑坡前缘,地下水位是随库水位变化而迅速变化的,随着库水位的上涨,滑坡稳定性系数呈现先减小后增大的趋势; ③地下水位的骤升对浮托作用影响有限,对压坡作用影响较大,同时降低了渗流力的影响,对滑坡稳定起到了积极作用,地下水位的骤降增大了渗流力,减弱了前缘库水位的压坡作用,滑坡失稳的可能性最大。可为库区该类滑坡的稳定性现状及发展趋势预判提供科学依据。     

基于多源数据约束的成矿动力学模拟——以宁芜盆地钟姑矿田典型矿床为例

数据驱动是大数据分析的特点之一。成矿过程的数值模拟即采用数据驱动方式,在基本的物理化学方程及地质模型基础上,通过定量的手段,模拟不同阶段、不同条件下成矿系统的演化过程,从而能够更深入、直观的讨论各种地质要素对成矿系统的影响,验证已有的成矿理论,获得新的认识。姑山铁矿床和杨庄铁矿床是宁芜火山岩盆地钟姑矿田内的典型矿床。前人研究显示,杨庄铁矿床为典型的充填-接触交代型热液矿床,而姑山铁矿床目前在成因上仍存在争议,存在岩浆成因和热液成因等多种观点。为了更好的对比和了解姑山铁矿床和杨庄铁矿床的成因及成矿过程,本文基于多源数据的综合解译剖面,采用力-热耦合数值模拟方法对与热液矿床密切相关的扩容空间的形成机制和特点开展研究。模拟结果显示,姑山铁矿床和杨庄铁矿床可能分属不同的成因类型;随着岩体的逐渐冷却,杨庄铁矿床内岩体和地层接触带会出现明显的扩容空间,可为成矿流体的汇聚及矿质的沉淀提供良好的条件,有利于热液矿床的形成;而姑山铁矿床内岩体和地层接触带只有局部区域出现扩容空间,同时体应变数值较小且形态变化大,并不利于大规模的流体汇聚及矿质的沉淀,姑山铁矿床可能主要为岩浆成因,并受少量热液的叠加改造。     

Runoff reduction due to environmental changes in the Sanchuanhe river basin

Recently, runoff in many river basins in China has been decreasing. Therefore, the role that climate change and human activities are playing in this decrease is currently of interest. In this study, we evaluated an assessment method that was designed to quantitatively separate the effects of climate change and human activities on runoff in river basins. Specifically, we calibrated the SIMHYD rainfall runoff model using naturally recorded hydro-meteorologic data pertaining to the Sanchuanhe River basin and then determined the effects of climate change and human activities on runoff by comparing the estimated natural runoff that occurred during the period in which humans disturbed the basin to the runoff that occurred during the period prior to disturbance by humans. The results of this study revealed that the S1MHYD rainfall runoff model performs well for estimating monthly discharge. In addition, we found that absolute runoff reductions have increased in response to human activities and climate change, with average reductions of 70.1% and 29.9% in total runoff being caused by human activities and climate change, respectively. Taken together, the results of this study indicate that human activities are the primary cause of runoff reduction in the Sanchuanhe River basin.     

极地深部冰层取心钻探孔壁水压致裂研究

为了维护极地深部冰层取心钻探工作中钻孔的稳定,避免孔内事故的发生,冰层孔壁的水压致裂问题是亟待解决的重要科学问题之一。本文在深入分析国内外冰层钻探资料的基础上,结合冰盖动力学相关理论,计算得出了钻孔所在区域冰层的密度、温度及内部应力随深度的变化规律。在此基础上,结合油气资源勘探水力压裂技术与冰层钻进钻井液等相关理论,建立了合理的孔壁压差计算方法,深入探讨了适用于深部冰层钻探孔壁水压致裂机理。研制了冰层钻孔水压致裂模拟实验装置,可分析研究不同围压条件下冰样的脆性变形机理。结合我国Dome A深冰心钻探工程实际,提出钻孔可能发生水压致裂的深度区域及孔壁所需的起始裂纹长度判定,以期为后续的安全高效冰层钻进提供重要的理论依据。     

地下工程渗流排水孔数值模拟的隐式复合单元法

根据渗流基本原理,提出了排水孔在地下工程中渗流数值模拟的隐式复合单元法。将排水孔隐含于模型网格中,得到排水孔在模型中的数据信息。判断所有排水孔与单元的相对位置,通过修正排水孔所穿过单元的渗透传导矩阵来模拟排水孔的强排水效果,并通过实例对排水子结构法和隐式复合单元法进行了比较。运用编制的三维有限元计算程序对某地下水电站厂房渗流场及排水孔进行了模拟,结果表明,采用隐式复合单元法对排水孔进行模拟是可行的。     

基于TOUGHREACT的成矿过程化学反应数值模拟——以虎头崖铅锌多金属矿床为例

虎头崖铅锌多金属矿床是青海省祁漫塔格成矿带中典型的矽卡岩型矿床。本文基于前人对该矿区地质特征、矿物学和地球化学特征等方面的研究成果，利用TOUGHREACT数值模拟软件，针对石英-晚期硫化物成矿阶段进行成矿过程化学反应数值模拟研究。通过建立地质概念模型和网格化物化参数的设置，在设置的时间步长内对多相流体流动和热对流传导、溶质运移以及地球化学反应过程进行模拟计算，研究了矿区内不同温压条件下成矿元素化学平衡浓度变化的总体趋势以及对方铅矿和闪锌矿矿物溶解沉淀情况的影响。结果表明：当温度从250℃降至155℃时，Pb²⁺的化学平衡浓度出现骤减；当温度从300℃降至100℃时，Zn²⁺的化学平衡浓度出现骤减；由于矿物的沉淀需要消耗大量相关的成矿元素，方铅矿和闪锌矿最佳成矿温度范围分别为155℃~250℃和100℃~300℃；不同温度和压力对成矿元素化学平衡浓度影响不同，温度是控制方铅矿和闪锌矿沉淀化学反应的核心因素，压力的影响较小。模拟结果与传统地质解译结果相对符合，证明了模拟的有效性。