波状涌潮在变化地形上的水动力研究

本文采用非静压单相流模型(NHWAVE)研究了波状涌潮在变化地形上的传播演变特性。通过设置合理的计算工况,系统分析了涌潮高度、潮前水深和斜坡坡度对波状涌潮水动力特性的影响。计算结果表明,涌潮高度和潮前水深对波状涌潮在变化地形上的水动力特性影响显著,不同的地形坡度对波状涌潮水动力特性影响较小。变化地形的存在可导致涌潮高度显著增大,引起沿程最大水位的剧烈变化,并且使涌潮传播速度降低。随涌潮高度的逐渐增加,斜坡前后潮差持续增大,同时表层速度与水深平均速度均呈现增大趋势。当增加潮前水深时,斜坡前后潮差减小,表层速度与水深平均速度单调递减。本文研究成果对于正确认识波状涌潮在变化地形上的传播演变规律有一定的参考意义,为波状涌潮河段涉水建筑物的工程设计及安全评估提供了科学依据。

长江口北支地形变化对倒灌盐水的影响

北支盐水入侵是长江口径潮动力的重要特征,受到径流、潮汐以及地形变化等多方面的影响.通过建立长江口潮流盐度模型,讨论不同地形条件对长江口北支潮位及盐水倒灌量的影响,研究倒灌盐水团的活动规律和盐度的变化.研究表明:2000-2017年期间年地形变化使得北支倒灌明显减弱,中缩窄方案实施完成后将使得倒灌现象进一步减弱;地形改变造成的倒灌盐水量的变化对在南支活动的倒灌盐水团的盐度有显著的影响,但对盐水团在南支的活动规律影响较小.

基于不同时期DEM的地形变化提取及等高线更新技术研究

为有效提升地形要素数据现势性,针对数字线划图(DLG)更新中快速检测地形变化并进行地貌数据更新的需求,本文提出基于不同期数字高程模型(DEM)的地形变化区域提取及等高线更新的技术方法。该方法通过新旧DEM间求差计算分析,选取合适的高程变化和面积变化阈值,结合现势性最优的数字正射影像图(DOM)甄别提取有效的地形变化区域,并结合等高线反演及高程点内插赋值等,实现变化区域内地貌数据更新。该方法已应用在安徽省1∶10000地形要素数据精细化更新试点项目中,实现了数据的高效、准确更新,在地形变化区域发现和等高线更新工程项目中具有较高的参考应用价值。

洞庭湖地形变化对洪水过程的影响研究

为了更好地理解地形变化对湖泊洪水过程的影响,采用已构建的长江-洞庭湖二维水动力模型,在洞庭湖2003及2011年实测地形的基础上,以2003年型洪水为例,定量分析了湖泊地形变化对洞庭湖洪水过程的影响。结果表明:2003—2011年洞庭湖超过40%的区域地形下降值大于0.10 m,特别是湘江洪道,其深泓线地形高程平均下降了5.72 m。通过对2003年洪水过程模拟发现,相比于2003年,在2011年地形情况下,以“四水”来流为主导的洪水过程中,南洞庭湖内洪峰水位下降超过0.40 m,西洞庭湖内洪峰水位下降约0.20 m,东洞庭湖内仅在南部地形变化较大区域的水位变化明显;斗米咀-城陵矶河段水面坡降变缓,南洞庭湖内洪道水面坡降变陡。而对于以长江来流为主导的洪水过程,由于长江洪水位的顶托作用,洞庭湖内洪峰水位下降了0.15 m,斗米咀-城陵矶河段及南洞庭湖内水面坡降下降不明显。因此,2003—2011年洞庭湖地形变化对“四水”来流型洪水影响较大,湖盆下切导致湖容增大,可有效缓解洞庭湖内防洪形势,但对长江来流主导的洪水影响较小。研究结果可为洞庭湖内疏浚扩容等防洪工程的开展提供参考。

地形微生境对区域温度变化的缓冲作用

研究黄土丘陵区的地形微生境,了解微生境的形成机制及特征,对于生物多样性的恢复和保护都具有重要意义。选择陕西省安塞县陈家洼为研究区,按照不同坡向与坡位布设Ibutton电子温度记录仪采集温度数据。比较各坡段地面5 cm处与地上150 cm处的极端温度与相应的显域生境的温度变化,量化微生境的缓冲作用。采用平均温度、极端高温、极端低温等指标来评估地形微生境温度对区域温度变化的非同步性,并采用温度变幅来衡量地形微生境气候的稳定性。结果表明,在最热两周中,阴坡沟底地最大缓冲度8℃,沟坡地与梁峁地最大缓度分别为6.5℃与6℃;阳面三个坡段自上而下最大热缓冲度分别为3.5℃、3℃、4℃。地形微生境对于夏季极端高温的缓冲作用阴坡>阳坡;而阳坡沟底地、沟坡地、梁峁地在最冷两周的最大冷缓冲值可达4.5℃,4℃、4℃,阴坡沟底地最大可缓冲3.5℃,其次是沟坡地与梁峁地,最大缓冲度为3℃与2℃。对于冬季极端低温的缓冲作用阴坡<阳坡。但无论是热缓冲还是冷缓冲,各坡段之间存在显著差异(P<0.05),阴坡与阳坡的缓冲值皆存在自下而上的阶梯性,即沟底地>沟坡地>梁峁地。日温度变幅阳坡>阴坡,且梁峁地>沟坡地>沟底地。本研究量化了微生境的缓冲能力,强调了微生境在调节宏观气候变化中的重要性,可为未来气候变化模型预测提供支撑。

数字高程模型空间分辨率对精细尺度地形变化检测的影响

基于数字高程模型(Digital Elevation Model,DEM)的地形变化检测方法易受DEM空间分辨率效应的影响。基于两期DEM相减的地形变化检测研究,目前仍缺乏其对空间分辨率影响的讨论。本文利用两个典型地形变化的实验样区,以实测点云数据作为数据源,使用两类5种方式(点云重采样方式3种,DEM重采样方式2种)构建不同空间分辨率的DEM数据,并在不同空间分辨率下使用不同的操作顺序进行地形变化检测;通过平均误差、标准误差、莫兰指数等多个指标探索DEM空间分辨率对地形变化检测的影响。实验结果表明:(1)DEM空间分辨率对地形变化检测的影响与多空间分辨率DEM的生成方式有关,使用双线性插值法的平均误差、标准误差、莫兰指数均最小,其不仅能有效降低地形变化检测的误差,同时还能优化误差的空间分布。(2)不同的多空间分辨率DEM生成方式得到的分辨率效应的整体趋势基本一致,即空间分辨率变粗,地形变化检测结果的整体偏差和局部偏差均变大,误差的空间自相关性也越来越强,并且误差和空间分辨率之间存在一定的线性关系。(3)地形变化检测和升尺度操作的先后顺序并不影响检测结果,即先对DEM重采样后进行变化检测的结果和先进行地形变化检测再对地形变化进行重采样的结果一致。本研究可为地形变化检测时DEM的生成方式、空间分辨率的选择以及地形变化检测的操作顺序提供参考。

基于三维地形扫描的坡沟系统侵蚀产沙监测方法对比

[目的]阐明不同算法在坡面侵蚀监测中的精度和适用性,进而为土壤侵蚀过程监测算法的选择和构建提供参考。[方法]于黄土丘陵沟壑区典型流域同一自然坡面建立5个小区进行径流冲刷试验,以TLS三维点云数据为基础,通过DEM of difference(DoD)、Cloud to Cloud(C2C)、Cloud to Mesh/Model(C2M)和Multiscale Model to Model Cloud Comparison(M3C2)等方法计算侵蚀产沙量,并分析了不同算法对于侵蚀产沙的监测差异。[结果]不确定性分析结果表明:M3C2平均不确定性最小,C2C,C2M次之,DoD最大。产沙结果表明:大流量(85,70,55 L/min)下,4种算法单场次和累计场次产沙量与实测产沙量之间有显著的线性关系(R 2>0.62,p<0.05),M3C2表现最优;小流量(40,25 L/min)下,单场计算产沙量与实测产沙量之间的线性关系不显著但累计产沙量与实测产沙量之间有显著的线性关系(R 2>0.91,p<0.05),DoD表现最优。侵蚀沉积空间分布特征表明:C2C,M3C2和DoD均能反映梁峁坡和沟谷坡侵蚀发展经历的两个阶段(快速发育和稳定发育),其中M3C2能够检测到细微的地形变化,但在TLS扫描盲区,M3C2由于在法线方向上未找到对应点会出现“空洞”。[结论]M3C2算法更适合监测复杂三维地形,但在扫描盲区仍会失效,未来应改进算法,有助于应对更加复杂和剧烈的地形变化。

浙南地区小尺度地形变化对民用建筑风环境的影响研究

建筑风环境对建筑能耗及气态污染物扩散起到决定性作用.为了解浙南地区小尺度范围的地形变化对民用建筑风环境的影响,本文利用STAR-CCM+软件对温州地区几个工程项目的再现域范围、盛行风向和局部风向、风速、风压等方面进行了数值模拟分析.结论如下:附近的山体、坡地、谷地等小尺度地形变化对场地风环境的影响超过地区盛行风.风环境模拟应再现可能影响目标区域的地形变化.研究结论可为浙南地区民用建筑选址提供参考.

一种顾及重叠区地形变化的DSM镶嵌线智能提取算法

针对影像密集匹配得到的分块DSM数据,本文提出了一种顾及重叠区地形变化的DSM镶嵌线智能提取算法。该方法利用DSM数据重叠区的高程偏差构建重叠区域的差值影像和差分影像,将经过去噪、拉伸和反向计算的差值影像和差分影像做融合处理。针对融合数据采用基于最小生成树的最优路径搜索方法,提取最优镶嵌线。试验结果表明,使用本算法提取的镶嵌线能有效避开高程差异大的凸出地物,保证地物的完整性,能够解决DSM数据镶嵌过程中镶嵌线的自动选择问题。该方法有效减少了传统镶嵌方法带来的误差,可靠性和稳定性较高。

蒋家沙风电场区地形变化影响因素

运用Kriging插值法构建蒋家沙风电场区建设前和建设后3期(2015年、2018年和2021年)水下地形三维模型。通过年际时间尺度的对比分析发现:风电场建设后,蒋家沙区域潮滩变低,范围扩大,地形趋于平坦;潮沟淤浅并向东北退移,范围缩小。2015—2018、2018—2021、2015—2021统计数据显示,3年间平均冲淤速率由-3.77 cm/a变为21.14 cm/a,6年间平均冲淤速率为8.18 cm/a。地形变化表现为建设后初期略有冲刷,此后强势回淤,总体处于弱淤积状态,该地形变化主要与辐射沙脊群区域沉积动力相关。根据2014—2019年区域余流流向数据,总体上看,泥沙的输运方向在近潮滩区域均指向潮滩方向,离潮滩区域以向东北输运为主;6年间潮滩范围逐渐扩大,泥沙向深槽输运,东部潮沟萎缩,持续向东北退移。在物源锐减和海平面逐年上升的背景下,研究区地形将长期处于弱淤积状态且淤积呈减缓趋势,风电场建设是该区域短周期内局部地形改造的主要因素之一。

地形变化对鄱阳湖枯水的影响

基于2010年鄱阳湖最新地形,构建精细的鄱阳湖二维水动力数学模型,相同网格下构建1998年地形,分别模拟不同地形条件下2006年枯水年水位、流量时空分布,分析地形变化对水位、流量的影响,阐释地形影响的时空差异.结果表明:相比1998年,2010年地形由于北部入江通道的下切,相同的2006年水文条件下,水位普遍降低;水位越低,上下游水面坡降越大,受地形影响越明显;低水位最大降幅1~2 m,而高水位最大不超过0.4 m,分别对应湖口9 m以下、15 m以上水位;地形对水位的影响程度都昌>星子>棠荫>康山;都昌至湖口段水头差降低了2 m,水面坡度变缓,棠荫至都昌段水面坡度变陡,康山至湖口水头差基本不变;全年出湖总流量增加了6%;地形变化影响最显著为河道区,影响范围可波及大部分湖区,局部地形的变化使得子湖水面积也存在一定差异.本研究首次基于水动力模拟量化了鄱阳湖地形变化对水位的影响程度和范围,结果可为水资源管理、江湖关系演变分析、湿地生态环境保护等提供科学参考.

长江口北槽河槽地形变化及深水航道回淤特征分析

以长江口北槽航道为研究对象,利用1997年12月~2013年2月多年实测水深资料和北槽深水航道一期工程开通以来维护疏浚资料,采用统计分析与对比方法分析了北槽河槽多年来的地形冲淤变化和一、二、三期航道航槽回淤特征。研究结果显示:(1)在此期间,在北槽上段北侧滩面和坝田大范围淤积,下段南侧滩面和坝田大范围淤积,北槽拐弯段为北槽淤积集中区域,河槽向窄深方向发展;(2)北槽航道年回淤量大,三期12.5 m航道期间,北槽航道年回淤量在6 400万m3左右;(3)北槽航道回淤沿程分布差异大,北槽中段(H^O疏浚单元)的回淤量占北槽航道段回淤量的70%左右;(4)北槽航道洪季和枯季回淤差异大,洪季期间的回淤量占全年该段航道回淤量的80%以上;(5)北槽航道南北回淤差异大,南侧淤积高于北侧淤积400~1 300万m3;(6)北槽12.5 m航道与10 m航道相比,全年回淤量有较大增加,洪季期间的回淤比重有所增大,北槽中段回淤峰值更加突出,略有所下移。

钱塘江涌潮对地形变化的响应研究

钱塘江涌潮以汹涌磅礴闻名中外,并对沿江防灾减灾带来巨大挑战,研究涌潮规律具有重要的学术价值和现实意义。采用涌潮数学模型研究钱塘江涌潮在地形变化下潮汐和涌潮特征的变化。结果表明,地形变化对潮汐和涌潮影响显著;随着地形的降低,钱塘江沿程低潮位下降,高潮位总体呈下降趋势,潮差增大,涨潮历时增加;涌潮高度和涌潮最大流速随相对Froude数呈先增后减规律,起潮点上移,涌潮传播速度增大;当地形降低到临界值后,相对Froude数小于1,涌潮消失。研究结论解释了钱塘江丰水地形涌潮大、枯水地形涌潮小的现象。为保护涌潮资源,维持适当的江道容积是必要的。

长江河口拦门沙地形变化的统计预报

根据1975－1985年长江河口拦门沙地形、长江河口河流和海洋水文泥沙等11年的实测资料，应用经验特征函数分析和现代控制理论方法对长江河口拦门沙地形变化进行系统辨识和预报。结果表明，长江河口拦门沙地形变化可以表述为三输入-三输出的CARMA一阶模型，根据这些模型对长江河口拦门沙地形变化进行预报，取得了与实测资料较一致的预报结果。

曹妃甸填海工程阻断浅滩潮道初期老龙沟深槽的地形变化

通过研究1992、1997、2006年的测深资料,对比分析了横切老龙沟深槽口门处的地形横剖面和大致沿老龙沟深槽轴线的地形纵剖面,可知在此期间深槽内的水深有变浅和淤积的趋势。总体看来,老龙沟深槽的淤积厚度在0.61-4.8 m之间,并且老龙沟深槽轴线也有自东向西迁移的趋势。自2004年曹妃甸填海工程的通岛公路阻断浅滩潮道后,使老龙沟深槽内的潮流流量和流速减小,是引起老龙沟深槽内的水深变浅和淤积的主要原因。淤积可能主要发生在通岛公路阻断浅滩潮道后的初期即2004—2006年期间。该研究结果也证实了我们阻断浅滩潮道会引起老龙沟深槽淤积的推断。

多点地震激励下考虑地形变化输电塔线体系的响应分析

分别建立了中塔位于谷地和峰顶的输电塔线耦联体系三维空间有限元模型,模拟生成考虑地形变化场地上的多点地震动,运用非线性动力时程分析方法,进行多点地震激励下地形变化输电塔线体系的地震响应数值模拟.考虑多点地震动中的行波效应、部分相干效应和局部场地效应.分析多点地震动中行波效应和局部场地效应对结构地震响应的影响,并将计算结果与一致激励下的结果进行对比.研究结果表明,无论输电塔位于峰顶还是谷底,受行波波速的影响很大,但两种模型受行波波速的影响程度不同,忽略行波效应可能低估体系的地震响应;随着场地条件差异变大,结构的地震响应变大,对于输电塔位于峰顶的响应放大程度要大于输电塔位于谷底,因此应该考虑局部场地效应的影响.

局部地形变化检测与移动机器人的行为决策

针对非结构化、未知工作环境下机器人避障/越障等运动需求,提出一种基于红外传感器的局部地形变化检测方法.分析了局部地形变化的21种基本情况,提出并比较了基于机构和基于传感器的两种检测方法,推导了地形坡度变化的计算公式,给出了实际地形组合变化时机器人的具体行为策略.在此基础上进行基于红外传感器的局部地形变化实验,为机器人在未知环境下安全可靠的运动提供了前提和保障.

流滑型窝崩水流运动和地形变化概化模拟试验

针对长江中下游的流滑型窝崩进行了典型窝崩水槽概化模拟试验,分析研究了窝崩形成与发展及窝塘水流运动和地形变化。结果表明,流滑型窝崩主要是由水流冲刷和岸坡上部土体持续崩塌所形成,且发展迅速,发展过程主要有始发期、发展初期、发展中期、发展成熟期和发展稳定期等阶段。随着窝崩的发展,岸坡崩塌、窝塘扩展,窝塘内回流和口门外涡流逐渐下移,窝塘内回流由椭圆形趋向圆形,强度由强变弱,岸坡先整体冲刷后退,之后窝塘由上下扩展逐渐演变为以下半部分拓展为主。

地形变化对青岛地区风暴潮灾影响的一次模拟

本文以８５０９台风为例，模拟了因地形变化而对青岛地区风暴潮灾的影响。结果显示，如果胶州湾口外局部地形变深，在８５０９台风的情况下，风暴增水会造成一定程度的增加，而且对底层风暴潮流会造成更大的影响。

地形和径潮条件变化对东江三角洲洪季连通性影响

河流连通性是河流生态系统的基本特征,具有季节差异的同时也受人类活动干预。建立一维水动力模型计算1999—2009年间人为扰动后地形改变和径潮条件变化对东江干流博罗—石龙河段及东江三角洲洪季连通性的影响。结果表明:东江干流及东江三角洲水系成环发育程度较低,河道共享性较高,平均节点连接率大于1;地形下切和径潮条件变化未改变结构连通性;输运连通性既受河道地形变化的影响,也受径潮条件变化的影响,其中河道地形下切使水量传输能力减小,河流输运连通性减弱;径流增大及外海潮动力减小均导致水量传输能力增大,河网输运连通性增强。研究成果可为东江三角洲防洪、水利工程规划及水生态环境等研究提供科学依据。