基于GPU加速技术的非结构流域雨洪数值模型          下载免费PDF全文

侯精明  张兆安  马利平  张大伟  向立云  汪煜  李继成 《水科学进展》2021,32(4):567-576

为高效高精度地模拟流域雨洪过程,应用动力波法求解二维圣维南方程,并耦合水文过程,建立了包含流域降雨产流、汇流、下渗以及洪水演进等过程的高性能流域雨洪数值模型。该模型的优势在于使用非结构网格,可较好地处理不规则边界,准确贴合复杂地形表面,使得模型能精确计算模拟流域雨洪过程,同时引入GPU技术加速计算,使得大尺度流域雨洪计算成为可能。最后,将模型应用于V型经典算例及2个实际流域雨洪算例,所得结果与实测吻合较好,计算所用时间较短,表明该模型可以快速且精确模拟流域雨洪过程。研究结果有助于实现对实际流域雨洪灾害进行合理高效的预测,为应急抢险工作提供有力支撑。  相似文献   

黄土高原北部土地利用变化对长期土壤水分平衡影响模拟   总被引：3，自引：0，他引：3       下载免费PDF全文

白晓  贾小旭  邵明安  赵春雷 《水科学进展》2021,32(1):109-119

为探明土地利用变化对黄土高原长期土壤水分平衡的影响,利用校验的Hydrus-1D模型模拟黄土高原北部神木六道沟小流域1981—2050年农耕地—苜蓿草地—天然草地情景下0~4 m土壤水分变化过程,量化土壤储水量、深层渗漏和蒸散发等水文变量的演变特征。结果显示:①农耕地期间年降水的88%为蒸散发消耗,11%为渗漏损失。②苜蓿草地种植后6 a内,蒸散发大幅增加至年降水的108%,土壤水分负平衡,0~4 m土壤储水量以52 mm/a的速率降低;至7~13 a,年降水几乎全部被蒸散发消耗。③苜蓿草地转变为天然草地后,蒸散发量下降31%,土壤水分以45 mm/a的速率逐渐补给,之后年降水量的92%用于蒸散发,8%为渗漏消耗,土壤水分处于相对稳定状态。研究表明不同土地利用方式下的土壤水分平衡模式具有显著差异,种植高耗水植被可造成土壤水分负平衡,导致土壤干燥化,进而对土壤水分补给产生负面效应,改变植被类型可使土壤干层得到有效改善。  相似文献   

基于Mein-Larson入渗模型的凹形边坡稳定性分析          下载免费PDF全文

胡庆  吴益平  苗发盛  张龙飞  李麟玮 《中国地质灾害与防治学报》2021,32(6):26-35

坡面形态对边坡表面应力状态影响显著,而应力状态与边坡稳定性密切相关。以往的降雨入渗模型仅考虑直线形态的边坡,并没有考虑边坡为曲线形态的情况。将Mein-Larson入渗模型与坡形函数相结合,推导降雨作用下凹形边坡的入渗函数,结合极限平衡分析方法,提出一种凹形边坡稳定性计算模型。同时根据坡形拟合与坡形简化的思路,将实际边坡分别当作成凹形边坡和直线边坡进行研究。研究结果表明:湿润锋入渗深度与降雨时间呈线性关系,湿润锋面在不同降雨时刻下均与坡面平行。将实际边坡当作凹形边坡进行分析时,其降雨入渗规律更符合实际情况;当降雨时间为10天时,浅层斜坡模型得到的计算结果为0.95,而本文计算模型与数值模拟得到的稳定性系数分别为1.004和1.003,相对误差不超过1%。因此与以往提出的计算模型相比,该模型不仅考虑了实际边坡的坡面形态,而且具有计算简便、可靠度较高等特点。  相似文献   

三峡库区大型斜倾顺层滑坡失稳机理分析          下载免费PDF全文

王平  朱赛楠  张枝华  吴晓宾  杨柳  赵慧 《中国地质灾害与防治学报》2021,32(4):24-32

长江三峡库区位于我国地形第二、三级阶梯过渡地带,地质环境复杂,斜倾顺层基岩滑坡较为发育。本文以重庆石柱龙井滑坡为例,详细分析了大型斜倾顺层基岩滑坡的变形特征、成因机理和破坏模式、并采用极限平衡法计算了滑坡在四种工况条件下的稳定性。结果表明:（1）龙井滑坡位于扬子准地台石柱向斜北西翼,体积约1.42×106 m3,主滑方向162°,前缘发育两个次级滑坡;（2）受地形地貌、地层构造、地下水和降雨等因素影响,滑坡目前处于蠕滑变形阶段,变形方式主要为拉张裂缝、剪切裂缝和局部鼓胀变形;（3）滑坡同时处于暴雨和前缘次级滑坡滑动条件下,稳定性为1.03,处于欠稳定状态,滑坡易沿软弱夹层发生整体滑动破坏。  相似文献   

水合物开采中深海古滑坡体的再启滑机制初探     

谭琳  刘芳 《工程地质学报》2021,29(6):1907-1915

我国南海北陆坡水合物富集区广泛发育古滑坡,若水合物开采不当可能导致古滑坡再次滑动。为了探究水合物开采诱发古滑坡再启滑机制,针对含下卧型水合物藏和伴生型水合物藏的两个典型古滑坡体,在边坡极限平衡分析框架内考虑了水合物开采过程中的瞬态孔压与土体抗剪强度变化,分析了水合物开采过程中不同古滑坡体的稳定性演变与失稳模式。研究表明,水合物分解导致所赋存土体的胶结强度弱化,同时逸出气体可能被阻滞于渗透性较低的古滑坡体下方,从而形成横向扩展的高压区。下卧型储层边坡的潜在滑移面贯穿古滑移面,一般表现为滑动型滑坡;开采初期因孔压积聚而导致边坡稳定性降低,开采中后期因二次水合物生成可能导致边坡稳定性有所回升,在本文计算条件下未触发古滑坡复活。伴生型储层边坡的稳定性受土体强度劣化与孔压积聚的共同影响,水合物开采导致古滑坡重新滑动,表现为滑塌型滑坡。  相似文献   

盾构超近距离侧穿铁路桥桩保护方案探讨          下载免费PDF全文

任磊  朱颖  崔天麟 《地球科学》2021,46(6):2278-2286

郑州地铁某盾构区间超近距离侧穿铁路桥梁桩基,受地面空间及隧道与桥桩间净距限制,无法采用隔离桩等常规保护措施.结合工程实际情况提出“盾构通过范围内土体注浆加固”、“桥梁承台加固”以及“注浆+承台加固”三种措施,利用数值模拟手段,对盾构侧穿施工期间,不同保护方案下桥桩的变形规律进行了分析研究.研究结果表明,采用“盾构通过范围内土体注浆加固+承台加固”措施,可使桥面最大沉降值减少约45%,且可减少桥面横桥向不均匀沉降及桥桩水平位移,在很大程度上减少盾构隧道施工对铁路桥梁的不利影响.   相似文献   

黄河流域地下水资源状况及其生态环境问题   总被引：1，自引：0，他引：1       下载免费PDF全文

韩双宝  李甫成  王赛  李海学  袁磊  刘景涛  申豪勇  张学庆  李长青  吴玺  马涛  魏世博  赵敏敏 《中国地质》2021,48(4):1001-1019

黄河流域是中国重要的生态屏障和经济地带,上中下游面临着不同生态环境问题,水在生态环境问题的形成演化过程中起着重要作用。本文从黄河流域地下水动态特征、地下水资源的数量、质量及开发利用等方面,分析了黄河流域地下水资源及饮水安全状况。黄河流域年度地下水资源量393.55亿m~3,银川平原、河套平原等7处主要平原(盆地)地下水资源量为81.91亿m~3,占比超过20%;黄河流域地下水质量以Ⅰ～Ⅳ类为主,劣质地下水主要受总硬度、硫酸盐、铁、溶解性总固体等天然原生组分影响,砷、氟、硒、碘等原生组分超标是流域部分地区地下水饮水安全的主要威胁;2020年与2019年同期相比,黄河流域地下水位呈上游稳定、中游局部上升、下游下降的态势,主要地下水降落漏斗形态基本稳定。针对黄河源区、宁蒙河套平原等重点区段,分析了存在的主要生态环境问题,提出了全面开展流域水文地质与水资源调查评价,深入开展黄河流域及重点地区水平衡分析等工作建议。  相似文献   

云量对祁连山老虎沟12号冰川表面能量平衡的影响   总被引：1，自引：1，他引：0  

邹小伟  孙维君  杨堤益  王英珊  李延召  晋子振  杜文涛  秦翔 《冰川冻土》2021,43(2):342-356

为探讨云量对冰川表面能量平衡（SEB）的影响,利用架设在老虎沟12号冰川（简称12号冰川）消融区（4 550 m a.s.l.）的自动气象站资料,结合能量平衡模型计算各能量分量并分析其季节变化,通过云量参数化方案获取云量因子并量化其对冰川表面能量收支的影响。结果表明：净短波辐射为冰川表面主要的能量来源（92%）,净长波辐射为主要能量支出（61%）,二者均受云量影响,但云的短波辐射效应更强（-37 W?m^-2）。云量通过影响辐射收支和湍流通量进而影响冰川表面能量收支,随云量的增加,冰川表面获得的能量减少,冰川消融速率降低。与其他区域的冰川表面能量收支对比,除地理位置、反照率、气温等因素外,海拔和云量的影响也非常显著。  相似文献   

基于计算流体力学的寒区土壤水热耦合模型研究   总被引：1，自引：0，他引：1  

胡锦华  陆峥  仝金辉  李小雁  刘绍民  杨晓帆 《冰川冻土》2021,43(4):948-963

土壤水文过程（水分运移和传热）及其对气候变化的响应是寒区水文学的前沿问题。然而,冻土的存在使得寒区土壤水文过程变得极其复杂。此外,寒区自然环境恶劣,较难获取长时间序列和高分辨率的野外观测资料。近年来,充分利用已有的观测数据,构建寒区土壤水热耦合模型,并开展相应的数值模拟研究,已成为理解寒区土壤水文物理过程,揭示其动力学机制的重要途径。基于寒区土壤水文物理过程和计算流体力学方法,构建了高分辨率、适用于完全饱和状态下的寒区土壤水热耦合模型,且自主研发了相应的数值求解器和软件包。随后,通过一系列完全饱和状态下的验证算例,如经典的一维传热方程解析解、被广泛应用的二维基准测试算例和室内土柱冻结实验等,对已构建的模型进行了系统的检验。模型模拟结果与解析解、基准算例的结果以及实验数据相比,均有较好的一致性,表明该模型较为准确且高效地模拟了寒区土壤在完全饱和状态下的水分运移和传热过程,尤其能够精细刻画冻土水-冰相态变化等关键过程,有望成为研究寒区土壤水文过程的有力工具。  相似文献   

青藏高原唐古拉多年冻土区冻融循环过程中的能量平衡特征   总被引：1，自引：1，他引：0  

刘艺阗  姚济敏  赵林  肖瑶  乔永平  史健宗 《冰川冻土》2021,43(4):1073-1082

青藏高原多年冻土区冻融循环过程对地表能量及其分配的影响研究相对较少,青藏高原唐古拉站多年冻土的实测资料,依据10 cm土壤温度划分浅层土壤冻融循环的各个阶段并结合能量闭合率、地表能量各通量等数据探讨浅层土壤冻融循环过程与地气间水热交换过程之间的影响。结果表明：浅层土壤冻融循环过程各阶段均受气候变化的影响,其融化过程起始时间提前同时冻结过程起始时间推后,完全融化阶段持续时间增加,且逐渐接近完全冻结阶段持续时间;在浅层土壤不同冻融状态下,能量闭合率差值较大,其中完全融化阶段能量闭合状况普遍好于完全冻结阶段;净辐射值在完全融化阶段高于完全冻结阶段,净辐射在完全冻结阶段主要转化为感热通量,在完全融化阶段主要转化为潜热通量,地表土壤热通量在完全融化阶段为正值,在完全冻结阶段为负值。  相似文献