基于MODFLOW模型的河套灌区耕 荒地地下水运移数值模拟与干排盐估算

为探明内蒙古河套灌区节水实施现状条件下耕地与荒地之间水盐运移与转化规律,利用率定后的MODFLOW模型对研究区耕荒地地下水运移情况进行数值模拟,估算耕地向盐荒地的排盐量,分析-耕荒-地水盐平衡情况。结果表明:2019年和2020年耕地地下水运移至盐荒地的水量分别为2.98×10^(4)和3.08×10^(4)m^(3),耕地地下水运移至盐荒地的盐量分别为40.55和41.86 t;研究区没有人工排水系统的情况下,作物生育期内耕地约14.22%的地下水通过干排水方式运移至盐荒地,约38.68%的盐分运移至盐荒地,模拟期内盐荒地和耕地的年均积盐量分别为41.21和65.35 t。该研究结果可为河套灌区节水控盐和土壤盐碱化防治提供理论依据。

修正SWAT模型在喀斯特小流域的径流模拟研究——以羊鸡冲小流域为例

在贵州喀斯特地区,地表径流通过土壤裂隙、岩溶管道等途径流失,限制了地表径流的形成。文章以龙里羊鸡冲小流域为研究区,基于2013-2019年的实测数据,修正SWAT(Soil and Water Assessment Tool)模型的裂隙流模块,修改了裂缝入渗的表示方法,对修正前后的日径流模拟进行对比分析。结果表明:率定期内纳什系数由0.32提升到0.60,决定系数由提高0.37提升到0.58。在验证期内,纳什系数由0.52提高到0.55,决定系数由0.56提高到0.60,修正后的模型与原模型相比具有更好的适用性。修正后模型的径流时间序列与实测数据更吻合,能合理估算研究区的入渗水量,为喀斯特小流域的水资源管理提供参考依据。

基于内聚力模型的汽轮机末级叶片涂层裂纹扩展数值模拟

为探究汽轮机末级叶片基体与涂层结合强度和分析涂层裂纹萌生及扩展规律,基于双线性内聚力模型理论,建立了基体-涂层界面裂纹扩展计算力学模型,采用有限元仿真方法模拟了汽轮机末级叶片熔覆涂层脱落情况。结果表明,涂层和基体材料参数会影响涂层脱落时的裂纹扩展规律和力学响应;适当增大基体材料弹性模量和减小涂层材料弹性模量能延缓水蚀过程中涂层的失效时间;增大涂层和基体材料弹性模量,能提高涂层与基体结合界面在裂纹扩展中所能承受的最大应力,进而提升涂层与基体结合界面的耐冲击能力。

基于分数阶Zener模型的VTI黏弹性介质频变Q效应数值模拟

黏弹性是地球介质的基本属性.地震波在黏弹性介质中传播会发生振幅衰减和速度频散,导致能量和走时出现变化,影响地震资料的准确成像及解释.因此,研究地震波在黏弹性介质中的传播规律具有重要意义.当前,主要利用常Q(不随频率变化)模型(CQM)表征地震波在地球介质中的传播规律,与高温、高压或含流体介质中观测到的Q随频率变化规律不符.基于分数阶Zener模型(FZM),通过改变分数阶大小,本文研究了Q的频变特性随分数阶的变化规律.考虑速度和Q各向异性,推导了VTI介质的FZM黏弹性波方程,提出了VTI介质的频变Q效应数值模拟方法.数值算例表明:当Q随频率变化较小时,FZM与CQM方法的结果相似;当Q随频率变化剧烈时,FZM与CQM方法的模拟结果差异较大.

涡轮动力模拟器甩油盘热流模型与流场特性研究

甩油盘作为涡轮动力模拟器(TPS)的重要零件,能有效地促进模拟器内循环系统润滑油的回流,提高轴承的润滑性并降低系统温升,为整机安全可靠运行提供了基础性保障。为了解决TPS内循环系统润滑油的回流问题,对TPS甩油盘及其内部循环流道进行了研究。首先,确定了涡轮动力模拟器轴承发热量及散热系数随转速的变化、甩油盘内部流体控制方程和边界条件;然后,构建了一类TPS甩油盘及其内部循环流道的完整内循环热流模型,并对比了轴承处温度仿真结果与实验结果以确保模型的合理性;最后,数值仿真得到了不同转速下内部循环流道的温度场、压力场和速度场。研究结果表明:转速增加能显著引发系统内最高温度上升,甩油盘作用下的内循环流场温度变化较为平稳,典型工况条件下仿真与实验得到的最高温度相对误差最大为12.3%,表明了热流模型的合理性。研究结果对于指导TPS甩油盘结构设计和提高整机运行安全稳定性具有重要的价值。

基于修正剑桥模型三轴剪切实验数值模拟

为了进一步拓展三轴剪切实验课教学内容,丰富实验教学方法,基于修正剑桥模型,构建三轴固结不排水实验数值模型,采用应力场与渗流场耦合模拟分析CU实验过程;分析CU实验应力路径、塑性体积应变、孔隙水压力的变化规律,推导出破坏时孔压系数公式,以及罗斯柯线归一化方程式。数值模拟实验允许实验参数或土性参数的改变,可以设计更全面的实验工况,得到更丰富的实验数据,再进行实验结果分析,得出的结论更准确。实验教学过程中引入数值模拟实验,可让学生不仅学会实验原理相关理论知识,还能将理论知识应用于实验过程,激发学生的学习兴趣,引导学生从被动学习实验理论知识向主动设计实验方向转变。

3D打印模型结合模拟教学在骨科实习教学中效果研究

目的:探讨3D打印模型结合模拟教学在骨科实习教学中作用。方法:42名实习医生均完成医学本科阶段理论学习,通过实习前准入资格考核。入科实习后按1:1比例随机分为两组,对照组进行常规实习带教教学,模拟教学组采用3D打印骨折模型的模拟教学进行实习带教。分析比较两组学生教学效果差异。结果:实习培训后,模拟教学组学生理论成绩、病史采集、体格检查、技能操作评分显著高于对照组(P<0.05);模拟教学组学生满意度评分明显高于对照组(P<0.05)。结论:3D骨折模型结合模拟教学方法能够有效提高骨科实习教学效果,提高实习生学习满意度,值得临床推广。

考虑植被根系深度动态变化的VIC径流模拟模型

为了提高干旱半干旱地区植被变化影响下的水文模型模拟精度,结合植物根系的垂直分布与气候、土壤条件,提出了基于流域气象和土壤性质等下垫面特征的流域根系平均深度估算方法,以黄土高原地区无定河流域为例,构建了考虑植被根系深度动态变化的可变下渗容量(VIC)径流模拟模型(VIC-DR模型)。将该模型径流模拟结果与有汇流演算的VIC模型(VIC-R模型)结果进行比较。结果表明:与VIC-R模型相比,VIC-DR模型模拟精度显著提高,VIC-DR模型对无定河流域月尺度、日尺度径流量模拟结果的纳什效率系数分别提高了10.6%和8.7%,相对误差分别下降了15.4%和5.1%,与实测值相关系数均大于0.6;VIC-DR模型的模拟结果符合流域实际情况,模型适用性良好。

基于FLUS-UGB模型的城镇扩展模拟研究

优化城镇空间布局结构、提高城镇化质量是新型城镇化发展的必然要求。以南京市为研究区,结合地形地貌、交通、人口等多源数据提取影响因子,依据2015、2019年的土地利用数据利用FLUS-UGB模型模拟南京市2035年城镇空间布局。根据模拟结果,南京市城镇空间扩展呈现一核多点的特征,并依附现有城镇建设地块或向外扩延或向内集聚增长,城镇空间的拓展主要沿长江两岸展开。此项研究可为因地制宜优化区域城镇空间布局、合理划定城镇开发边界,提供参考依据。

复合板起皱失稳数值模拟模型的建立

复合板被广泛应用于汽车工业、航空航天、国防军工等各大领域,起皱失稳是复合板塑性成形过程中影响零件质量的主要问题之一,而目前能够准确复现复合板起皱形貌的数值模拟模型的建立方式尚不明晰。因此本文以方板对角拉伸试验(YBT)作为对比验证对象,在ABAQUS软件中采用特征值屈曲分析分别与动力显式和静力通用两种常规算法相结合的buckle-dynamic算法以及buckle-static算法,对选用不同建模方式和单元类型建立的模型,以起皱高度、厚向位移和应变云图等为评估依据,进行了起皱形貌模拟对比分析。结果表明,采用buckle-static算法对复合层建模方式建立的常规壳模型分析所得结果的综合性能最佳。若模拟工况复杂或计算不易收敛,分析方法也可选用buckle-dynamic算法。

基于修正力磁模型的混凝土结构压磁疲劳模拟

为了通过混凝土梁内钢筋在力磁效应下的磁信号来定量分析混凝土梁的疲劳状态,整合几种力磁模型的优缺点和适用范围,提出了适用于铁磁性材料弹塑性阶段的力磁本构模型,并通过ANSYS定量模拟分析了混凝土梁在弹性和弹塑性阶段的磁化特征;对混凝土结构在拟动力和疲劳加载过程中的力磁效应进行了有限元模拟,得到了测点处磁感应强度的时变曲线,并与试验和隐式微分模型所得结果进行对比。结果表明:修正后的力磁模型在弹性阶段的应用能够准确反映试验观察到的3个阶段变化规律,即梁开裂前的平直段、开裂后的迅速磁化段和加载后期的磁化饱和段;该模型的磁场模拟结果还能反映箍筋、纵筋的相对位置和梁的受载情况;在疲劳阶段,模拟结果与试验观察的规律一致,精度较高,并与试验结果在同一数量级;该修正力磁模型不仅具有应力与磁学属性的直观映射关系,而且相较于隐式微分模型更易于应用,可作为力磁效应的定量化研究工具。

基于ReNuMa模型的武烈河氮磷负荷模拟及来源解析

武烈河是承德市工农业及居民生活用水的重要水源,开展流域污染物负荷模拟及来源解析对流域水污染控制和管理具有重要意义。采用ReNuMa模型对武烈河磷矿上游断面子流域2015—2020年的水文径流过程和全流域2018—2020年的总氮(TN)、总磷(TP)污染负荷量进行模拟,解析氮磷负荷的来源及贡献率。结果表明:(1)2018—2020年,年均TN负荷量为655.98 t,各污染来源贡献率由大到小依次为地下水(30.68%)>点源(25.63%)>腐生系统(25.16%)>沉积物源(12.85%)>地表径流(5.68%);2018—2020年,年均TP负荷量为8.12 t,各污染来源贡献率由大到小依次为沉积物源(49.58%)>点源(16.54%)>地下水(15.01%)>腐生系统(13.20%)>地表径流(5.67%)。(2)年内氮磷污染负荷入河量以非点源为主,分别占总负荷的74.37%和83.46%,点源与非点源的贡献占比受汛期和非汛期影响显著,非汛期以点源形式输入的负荷占比远超汛期(6—9月)的。本研究结果能够为流域水质改善和污染管控方案的制定提供借鉴。

基于ARIMA模型的黄土高原河谷城市生态足迹动态模拟及测算——以甘肃省兰州市为例

为了从经济发展的角度探究生态足迹动态变化的成因,论文在测算黄土高原河谷城市——甘肃省兰州市2002—2014年人均生态足迹的发展轨迹的基础上,引入ARIMA模型,模拟预测了该市2015—2020年生态足迹变化趋势。研究结果显示:1)2002—2014年,甘肃省兰州市人均生态足迹总体呈现上升态势,数值由2.70 hm^(2)增长至4.25 hm^(2),增幅达到1.57倍;2)从生态足迹增速看,2002—2014年人均生态足迹平均增速达到4.04%,同一时期兰州市地区生产总值平均增速为11.88%,较人均生态足迹增速高出7.84%,表明该地区经济发展的速度高于资源环境消耗的速度;3)2015—2020年甘肃省兰州市人均生态足迹仍然呈现上升态势,预测值分别达到4.48 hm^(2)、4.61 hm^(2)、4.75 hm^(2)、4.89 hm^(2)、5.02 hm^(2)和5.17 hm^(2),甘肃省兰州市生态赤字逐年增大,总生态足迹是城市土地利用总面积的19.59倍,说明经济发展与地区生态需求呈现较强正相关性,环境库兹涅茨曲线“拐点”并未出现,处于不可持续发展状态。基于以上分析结果提出了甘肃省兰州市降低生态足迹的具体路径:1)实施产业结构调整,降低生态赤字,提升经济发展质量和可持续发展能力;2)推动绿色发展,构建生态类型多样、布局合理、功能完善的自然生态系统和城乡一体的生态网络,提高生态环境容量。

基于HEC-HMS水文模型的潼三段流域2021年秋汛洪水模拟

水库精细化调度是确保防洪安全与提高水库综合效益的主要措施。以三门峡库区潼关至三门峡大坝间流域(潼三段流域)无测控区为研究区域,基于土壤、土地利用、降水、径流等数据,构建HEC-HMS水文模型,对2021年潼三段流域整个秋汛洪水过程进行模拟,分析区间各支流洪水叠加过程与径流量变化。采用径流系数法(算术平均法和泰森多边形法)计算潼三段流域径流总量并与实测值对比,验证HEC-HMS水文模型模拟结果的准确性。结果表明:HEC-HMS水文模型在潼三段流域表现出良好的适用性与可靠性,径流总量模拟值与实测值仅相差2.33%,模拟效果显著优于径流系数法。

碳排放交易和绿证交易制度政策模拟研究--基于动态CGE模型

在未来碳排放交易和绿证交易逐步推行的背景下,模拟研究碳排放交易和绿证交易政策对经济社会的影响具有重要意义。本文引入“能源-政策”模块将政策的成本收益嵌入一般均衡模型,构建了我国能源市场可计算动态一般均衡模型,对碳排放交易和绿证交易制度的作用影响进行模拟仿真。研究结果表明,不同的碳减排目标对宏观经济和产业产出的影响不同。在宏观经济方面,严格的碳减排政策可能对经济产生一定负面影响,造成碳价提升;在产业产出方面,碳减排政策能够在一定程度上优化中间部门产业结构,对石油、化工、钢铁等碳排放量较高的产业发展起到抑制作用。基于能源要素的替代效应,新能源产业的产出得到提升,进而实现产业和能源结构的优化。

基于PLUS模型的大连市“三生”空间时空演变与多情景模拟

通过构建“三生”空间分类体系,借助土地利用转移矩阵和PLUS模型探究并预测大连市“三生”空间的时空演变特征,为评估国土空间状况和制定协调开发措施提供有效支持。结果表明:①大连市“三生空间”多功能性显著,生产主-生态副-生活次和生态主-生产副空间分布最广,占比分别为40%、30%。②2000-2020年,生活主-生产副和生态主-生产副空间分别增加592 km^(2)和491 km^(2);生产生态均衡-生活副空间减少了921 km^(2);其余空间较稳定,呈现先增后减规律。③2030年自然发展情景相对稳定需注意耕地减少带来的粮食安全问题;经济优先情景生态风险增加,需建立监测机制;生态保护情景提高了生态空间占比,但需平衡生态要素的结构及经济、社会、环境的整体效益。研究可为大连市国土空间规划提供一定的参考。

基于PLUS模型的海口市生态系统服务价值时空变化与情景模拟分析

以海口市为研究对象,分析2010—2020年土地利用/土地覆盖(LULC)数据和生态系统服务价值的变化,采用PLUS模型和当量因子法模拟2035年自然发展(BAU)、生态保护(EC)和经济发展(ED)3种情景下生态系统服务价值的时空变化特征,探究不同土地利用模式对生态系统服务价值的影响。结果表明:海口市土地利用类型以林地和旱地占比最高,生态系统服务结构相对稳定;受建设用地增加影响,水文调节和水资源供给服务功能下降幅度最大,表明LULC变化与生态系统服务价值变化密切相关;EC情景下,各项生态系统服务均得到改善,LULC的结构调整尤其是提高湿地占比,显著改善区域整体生态系统服务。

黑土区保护性耕作土壤有机碳动态的模型模拟研究

【目的】保护性耕作是恢复和提高土壤肥力的重要措施,土壤有机碳在保持土壤肥力、维持作物生长与保护土壤环境方面具有非常重要的作用。然而,目前国内仍然缺少研究长期耕作的监测平台,因此采用模型的方法有助于研究长期保护性耕作下土壤有机碳的动态。【方法】依托东北黑土地保护性耕作长期定位试验地,选取免耕(NT)、秋翻(MP)、垄作(RT)3种处理下的土壤为研究对象,优化过程模型(RothC、AMG模型)与统计模型(MLPNN模型)的结构与参数,对比模拟长期保护性耕作下土壤有机碳储量的动态变化,评估不同模型对保护性耕作土壤有机碳动态模拟与预测的效果,并揭示东北黑土有机碳对保护性耕作的长期响应及其影响因素。【结果】优化有机碳在模型中各碳库的分配系数后,RothC与AMG模型模拟误差显著降低。保护性耕作实施的前11年(2001—2012),RothC与AMG过程模型对土壤有机碳的动态变化模拟效果没有显著差异,说明过程模型复杂的结构对持续时间相对较短的试验模拟效果没有显著影响,统计模型MLPNN的模拟结果与过程模型相似,验证了统计模型在田块与样地等小空间尺度内的应用效果。未来100年RothC与AMG模型预测的MP处理土壤有机碳变化趋势相同,但RothC模型预测结果得出,NT与RT处理土壤有机碳表现出先增长后达到平衡的趋势,但AMG模型模拟的结果却是有机碳一直处于增长趋势,这可能与土壤碳饱和效应与耕作处理的影响有关。RothC与AMG模型对碳投入都具有很高的灵敏度,但对气候因素与土壤因素变化的响应却存在差异。【结论】模型模拟长期保护性耕作土壤有机碳动态时需要因地制宜选择合适的预测模型。在预测保护性耕作土壤有机碳的短期变化时可以采用结构较为简单的AMG过程模型;在进行长期预测时,可以采用结构较为复杂的RothC模型。在特定条件下,统计模型MLPNN在田块与样地等小空间尺度上对土壤有机碳的模拟与过程模型具有相近的效果。

AERMOD模型在某钢铁厂SO_(2)扩散模拟中的应用

以某钢铁厂为例,通过对其及周边区域气象资料进行分析,应用AERMOD大气扩散模型对污染气体SO_(2)的最大小时、最大日均、季均、年均浓度进行模拟,并结合鞍山市空气质量监测数据对模拟的准确性进行了验证。研究结果显示,SO_(2)季平均浓度模拟值与各个监测站点监测值的变化规律基本一致,SO_(2)年平均浓度模拟值与监测值的误差仅为0.0014 mg/m^(3);钢铁厂SO_(2)小时浓度、年均浓度最大值均出现在厂区中心偏南的位置,SO_(2)气体主要向东北和西南方向扩散;SO_(2)的最大小时、最大日均、年均浓度均在《环境空气质量标准》(GB 3095—2012)中的二级标准限值内,且占标率在60%以下。

东北地区土地覆被格局变化模拟:基于CLUE-S和Markov-CA模型的对比分析

研究以遥感解译的东北地区2000年、2010年、2015年的土地覆被变化为基础,充分考虑自然和社会因素对土地覆被变化的影响,分别通过CLUE-S模型和Markov-CA模型对东北地区2015年和2030年土地覆被格局进行模拟,研究结果表明:通过与遥感解译的2015年实际土地覆被类型数据对比验证,CLUE-S模型和Markov-CA模型模拟结果的总体Kappa指数分别为0.9700和0.9649,结果表明2种模型的模拟结果较为理想,CLUE-S模型的模拟精度较Markov-CA模型更高。2015—2030年东北地区草地、耕地、湿地、其他用地和水体面积呈现下降趋势,林地、人工表面面积呈现增加趋势,人地关系越发紧张。东北地区作为生态环境相对脆弱的区域需警惕不可持续的土地覆被变化,需权衡生态保护、粮食增加与基础设施建设的用地需求和协调发展。