基于SWAP模型的耕地-盐荒地-沙丘-海子水盐动态分析

为探讨盐荒地、沙丘和海子对耕地排盐的作用和机理,于2013—2016年在内蒙古河套灌区张连生研究区展开试验,利用土壤水分、盐分以及地下水盐分、埋深变化的观测数据,经SWAP模型率定和验证,对试验区水盐动态变化进行模拟和分析。结果表明,SWAP模型能够较好地反映试验区各地土壤水盐的垂直动态变化规律。模型验证结果显示,土壤水分的均方根误差均小于0.03 cm^3·cm^(-3),土壤盐分均方根误差均小于0.12 g·kg^(-1),且二者平均相对误差均小于16%。地下水动态分析表明试验区地下水走向基本为从西北流向东南。研究表明,耕地含水量受灌水影响较大,水分逐渐向深层渗漏并侧向补给盐荒地和沙丘。沙丘表层含水量低,而深层水分可侧向补给耕地、盐荒地。耕地盐分在灌溉期向盐荒地和沙丘运移,最终汇集到海子,盐荒地在作物的生育期积累盐分,而盐分在秋浇期流失。耕地和盐荒地的地下水在灌溉期侧向补给沙丘和海子,非灌溉期由沙丘的地下水侧向补给耕地、盐荒地及海子。

考虑水沙和风沙过程的海滩-沙丘系统耦合演变数学模型研究综述

海滩-沙丘系统耦合演变数学模型同时考虑近岸水沙和风沙过程,可以更好地预测砂质海岸在更大空间尺度上的地貌形态演变,为海岸带保护修复和综合管理提供依据。从概念模型、基于水沙过程的海岸地貌演变模型、海岸风沙输移模型、水沙-风沙耦合模型4个方面概述了海滩-沙丘系统耦合演变数学模型的研究进展。现有海滩-沙丘系统耦合演变数学模型可以模拟风暴作用下的海滩-沙丘侵蚀和泥沙交换、供应限制条件下的风沙输移和沙丘发育等物理过程,并初步具备多年时间尺度上的模拟能力,但在适用性、准确性和计算效率等方面仍存在不足,提出该类模型关键物理/生物过程的考虑、计算效率的提高、空间维度的拓展和实际应用的检验等今后的发展方向。

模型法、扩展广义互换法(EGRM)、沙丘曲线法静校正对比研究及在ZGE沙漠资料处理中的应用

众所周知,静校正问题是沙漠地区地震资料处理的关键问题之一.只有针对不同盆地不同表层结构类型采用相应的静校正方法,才能解决好工区的静校正问题.本文就模型法静校正、扩展广义互换法折射静校正、沙丘曲线法静校正三种静校正方法从理论上、计算方法上进行阐述和探讨,并针对位于沙漠地区的ZGE三维工区的表层结构加以系统研究,同时使用上述三种方法进行对比试验处理,通过分析其静校正和叠加的效果,提出解决本工区静校正问题的方法.经试验对比,我们认为,沙丘曲线法静校正比较适合解决ZGE三维工区的静校正问题.

福建长乐海岸沙丘砂释光性质及环境演变研究

海岸沙丘蕴含着丰富的过去海岸带风沙活动的信息,在精确的年代学框架基础上才能提取接近实际的海岸风沙活动序列。本研究选取福建长乐海岸3个代表性海岸沙丘剖面进行光释光测年研究,应用不同年代模型计算比较光释光测年结果,发现Weighted Mean年代模型所测得的等效剂量值相较于CAM年代模型和Mean年代模型呈现出系统性偏小的特征,Mean年代模型所测得的等效剂量值的误差偏大,因此本研究选用CAM年代模型作为年代测算的模型。海岸沙丘砂OSL年代学研究表明,在0.9 ka以来,福建长乐海岸带产生明显的风沙堆积和发育海岸沙丘事件,可能是由于中世纪以来,尤其是小冰期福建沿海处于总体寒冷的背景下,区域气候呈现较大幅度的冷暖波动变化,经历了海平面波动下降、海岸线风大沙多的环境演变过程。

基于改进的M指标的库布齐沙漠沙丘潜在活性评价

定量评估沙丘的潜在活性程度是沙漠及沙地动态研究的基础工作。目前对于沙丘潜在活性的研究主要是通过Lancaster给出的M指标(M=W/(P/ET)),然而针对我国地形复杂、气候多变,尤其西北干旱地区,此方法与实际情况有较大出入。本文以库布齐沙漠为例采用SEBS模型代替Thornthwaite方法计算蒸散量,并将年蒸散分为4部分代表4个季节计算,以提高蒸散量的精度,并结合地表粗糙度、NDVI、降水、风速等数据利用模糊模型提取各季沙丘潜在活性指数的区域分异,最后结合地貌分类图给出潜在活性的新分级标准。经验证明基于模糊模型的沙丘潜在活性评价可以综合多种影响因素,符合我国气候、地形条件下的真实状况,提高评价精度,同时也指出Lancaster的M指标并不适合我国的自然条件。

基于三维数字模型的新月形沙丘移动轨迹拟合

在塔克拉玛干沙漠腹地的新月形沙丘演变监测区,运用华测X90 GNSS接收机RTK工作模式,获取精度为毫米级的高时空分辨率三维坐标数据。利用CASS 9.0和ArcGIS 10.0建立沙丘三维数字模型并对相邻监测期的三维数字模型进行叠加,在AutoCAD 2010中利用起点、端点和夹角三要素,对8个典型沙丘对应特征点移动轨迹曲线进行拟合。结果表明:在第1、2和第3、4监测期间,沙丘逆时针旋转角度分别为33°~38°和25.5°~30°,移动轨迹均为自NE指向SW且凸向NW的曲线,长度较大;在第2、3监测期间,沙丘顺时针旋转角度为31°~37°,移动轨迹均为自NE指向SW且凸向SE或SW的曲线,方向不一,长度较小。测区NNE、N和NNW向有效起沙风与沙丘轴向线的北偏角>30°,E和ENE向有效起沙风与轴向线的南偏角>30°时,沙丘出现逆时针或顺时针旋转,说明测区沙丘移动轨迹应为曲线而非直线,拟合结果与沙丘实际移动轨迹更吻合。新月形沙丘移动轨迹的拟合可为其他流动性沙丘移动轨迹拟合和正确获取移动距离和速度等第一手研究数据资料提供技术和方法支持,并可为改进和完善流动性沙丘移动速度计算公式,深入研究流动性沙丘移动速度和移动方向相关的诸多问题奠定基础。

古尔班通古特沙漠固沙灌木的冠幅预测模型

以古尔班通古特沙漠中三种类型沙丘(固定沙丘、半固定沙丘和流动沙丘)上主要固沙灌木梭梭(Haloxylon ammodendron)、白梭梭(Haloxylon persicum)、沙拐枣(Calligonum mongolicum)、蛇麻黄(Ephedra distachya)和油蒿(Artemisia ordosica)为研究对象,利用12个基础模型建立了不同沙丘类型上所有灌木和不同类型灌木的冠幅模型。模型拟合结果表明:不论是不同沙丘类型上所有灌木的拟合效果还是不同类型灌木的拟合效果,固定沙丘和半固定沙丘均优于流动沙丘。同时,两个近“S”形模型M7(Gompertz Model)和M12(HossfeldⅠModel)对三种类型沙丘上的固沙灌木均有较好拟合效果;M1(Linear Model)、M2(Quadratic Model)、M3(Power Model)、M6(Logistic Model)、M7、M9(Gauss Model)、M10(Mitscherlinch Model)和M12八个模型适用于研究区绝大部分固沙灌木冠幅模型的模拟。但不同沙丘类型上所有灌木和不同类型的灌木都有不同的最优冠幅模型。研究可为今后该地区相关生态模型建立和防风固沙效益的评价提供科学依据。

沙丘形围壳对潜艇流场影响的数值模拟

以SUBOFF模型为例,针对其围壳形状进行沙丘化改进,采用CFD数值计算方法对比了2种不同沙丘形围壳与母型围壳的阻力和尾部伴流分布情况,初步提出了潜艇指挥室围壳优化方案;计算结果表明:对于指挥室围壳阻力,方案1与方案2围壳较母型围壳的减阻率均能达到33%左右;对于潜艇总阻力,方案1与方案2的潜艇总阻力较母型潜艇减阻率均能达到3.5%左右;在较低进流速度下,方案2的减阻率要略高于方案1;在较高流速下,方案1在桨盘面处流场的均匀性较好于母型和方案2;针对沙丘形围壳对阻力和尾部伴流场的影响进行了初步探索,验证了可以通过改变围壳形状达到减阻和均匀尾流场的目的,为指挥室围壳形状优化提供了新的思路。

一类沙化数学模型的建立与分析

本文根据局部区域土地沙化的特点,结合传染病模型的理论,建立了沙漠扩散模型,详细分析了数学模型,得出了阈值定理,从理论上分析了阈值的变化与沙化面积最大值的关系,通过增加隔离项措施,对模型进行了改进.在假设的条件下,提出的模型符合局部区域沙化的特点,分析得到的结论对预防沙化有一定的理论指导意义。

沙丘形态动力学数值模拟：以真实空间元胞自动机模型（ReSCAL）为例

沙丘研究不再局限于现有沉积状态的描述，而是延伸到其形成发育机理的研究。本文通过ReSCAL沙丘模型的数值模拟分析，获得如下结论：1）ReSCAL沙丘模型实现了风况因素影响下复合型沙丘的形成发育过程，揭示了复合沙丘表面次生沙丘形成与星状沙丘翼角延伸的动力机制，提出了沙丘形态与近地表风况之间的互馈机制对近地表风沙流的影响是次生沙丘出现和星状沙丘翼角延伸的重要原因。2）示踪了沙粒的移动轨迹，发现了沙粒每次在沙丘背风坡的埋藏深度具有随机性，使得沙颗粒的平均埋藏时间不同于以往计算的更新时间，继而发现新月形沙丘沙平均埋藏时间等于纵向最大剖面面积与其对应单宽输沙率的比值。3）基于沙丘脊线走向数学方法的发展，并结合ReSCAL沙丘模型的数值模拟结果，发现双向风况模式下，沙源供应能力的变化不仅能塑造不同的沙丘形态，而且能改变沙丘的生长发育模式，甚至是沙丘臂膀的延伸方向（走向）。

基于GIS空间分析技术的新月形沙丘表面输沙率模型研究

输沙率研究是风沙物理学与风沙工程学的重要内容。为了尝试GIS空间分析技术在新月形沙丘表面不同部位输沙率分布及模型建立中的应用,选取塔克拉玛干沙漠腹地典型孤立新月形沙丘,对其表面进行粒度采样和风速采样,并对沙丘表面的五个典型部位进行输沙率的采集。经过对风速数据归一化处理之后,根据粒度和风速采样特点,分别应用克里格方法和反距离方法对粒度和风速样点插值,得到新月形沙丘表面栅格形式的粒径分布和风速分布图。利用3种常用输沙率模型分别对沙丘表面5个典型部位进行输沙率计算,并与实测值进行对比。选取拟合优度最佳的Srensen模型,整合粒径和风速分布图,利用地图代数方法对沙丘表面输沙率分布进行计算,得到栅格形式的沙丘表面输沙率分布图。利用GIS的空间分析技术研究沙丘表面的输沙率分布,克服了传统定点观测的诸多不足。

颗粒物质中的崩塌现象

沙丘发育和前移、泥石流、雪崩、地震等诸多自然现象和自然灾害都与颗粒物质的崩塌有着紧密的联系。Bak等提出的元胞自动机模型(简称BTW模型)、Kadanoff提出的广义LL模型(locallimitedmodel)、Manna提出的随机性自动元胞机模型(stochasticautomaton)和Wiesenfeld等人提出的决定性元胞自动机模型(deterministicau tomaton)模拟沙堆崩塌现象,各有成功之处,在一定程度上反映了颗粒崩塌的某些非线性特征,然而,都局限于一定的实验和模拟条件,与实际结果尚有相当的差距。迄今并没有一个普适的理论概括颗粒物质的崩塌现象,有待深入的实验和理论分析。笔者在调研和分析大量文献后,对今后如何研究沙堆崩塌现象提出了一些看法。

美国Sand Hills地区地下水数值模拟及水量平衡分析

利用地下水数值模型MODFLOW和非饱和带水平衡模型对处于半干旱半湿润沙丘地区(SandHills)地下水位进行了模拟,并分析了含水层补排水量,河流与地下水补排关系,以及区域水平衡过程。揭示了独特沙丘地形和土壤特性对地下水补排量的影响。模拟结果表明,入渗率大、非饱和带厚的沙丘有利于降水入渗补给,减少了地下水蒸散发损失。加上下覆含水层具有良好的地下水储水空间,是该地区储存丰富的地下水量,以维持河流稳定流量,供给众多湖泊和湿地的原因。该研究对我国地下水资源评价和生态环境脆弱地区水资源保护具有指导意义。

电阻率测井及瞬变电磁法在表层结构研究中的应用

表层结构研究的目的,是通过对地震勘探区内地表及近地表沉积物质速度和厚度的变化分析,建立相应的表层结构深度-速度模型,从而求取各观测点的静校正量,以消除地表及近地表速度和厚度变化对地震记录相邻道产生的静校时差。虽然非地震技术获取的数据不能直接用于表层结构深度-速度模型的建立,但可以利用与岩性有关的非地震物性参数刻画地表及近地表地质体的变化规律,从而建立地表及近地表地质模型,在此基础上,利用地震微测井和小折射等数据建立地表及近地表深度-速度模型。这种方法,其静校正量的求取具有唯一性。

不同复杂近地表校正技术分析与应用

近年来,地震勘探目标区逐渐由平原地区向复杂近地表条件地区转移。复杂地表区由于近地表结构的剧烈变化,引起地震波传播旅行时的不均匀延迟,导致地震剖面反射层位的畸变,影响到剖面的成像精度。针对不同典型复杂近地表特点,对模型法、沙丘曲线法、初至拟合法、折射波法、层析反演法等不同近地表校正方法的基本原理、适用条件、优缺点、实际应用效果进行分析与总结。同时,以准噶尔盆地北缘地区二维测线为例,通过对折射波与层析反演近地表校正方法对比,展示了层析反演技术在解决山地、山前带近地表静校正方面良好的应用效果。

鲁卜哈利盆地B区块近地表快速建模研究与应用

沙特阿拉伯鲁卜哈利盆地B区块地表多为沙丘、戈壁,近地表地质条件复杂,横向速度变化大,静校正问题严重。B区块勘探程度低,微测井数量少,原有的近地表模型不能很好地解决资料处理中的静校正问题,给最终的处理结果带来影响。针对这一问题,在充分考虑油气勘探对数据处理的精度要求和时效性基础上,探讨了B区块近地表建模的难点,提出了一种快速近地表模型建立方法。首先将B区块划分为沙丘、戈壁和沙丘-戈壁过渡带等不同类型的近地表区域;然后根据划分结果分别采用不同的建模方法,对沙丘底面进行准确定义,对微测井空白区带的速度误差进行校正,将沙丘压实曲线应用到模型的建立中,最终获得了能准确描述B区块近地表介质特征的模型,解决了原模型在近地表速度变化区(带)、微测井空白区(带)描述中存在的问题。利用新建立的近地表模型对二维、三维地震资料进行了处理,得到了品质较好的叠加剖面。

几种静校正方法的研究与比较

本文针对高程静校正、模型法、沙丘曲线法、折射波近地表校正法、层析反演法以及初至波剩余静校正6种常用的静校正方法做了详细的研究。分别论述了几种静校正方法的原理以及各自的适用范围,研究了每种静校正方法解决问题的能力,探讨了不同的近地表条件下静校正方法适应性和流程,并用3个工区的实际资料,做了几种静校正方法的处理效果对比分析,进一步说明了前述理论成果。

几种静校正方法比较研究

文章针对高程静校正、模型法、沙丘曲线法、折射波近地表校正法、层析反演法以及初至波剩余静校正等六种常用的静校正方法做了详细的研究。分别论述了几种静校正方法的原理以及各自的适用范围,研究了每种静校正方法解决问题的能力,探讨了不同的近地表条件下静校正方法适应性和流程,并用3个工区的实际资料,做了几种静校正方法的处理效果对比分析,进一步说明前述理论成果。

基于Hydrus-1D模型的科尔沁沙地沙丘-草甸相间区土壤水分动态模拟

土壤水分是干旱半干旱地区生态环境的主要限制性因子,研究科尔沁沙地流动沙丘和草甸地土壤水分动态规律有助于荒漠化地区的生态恢复和保护。以2018年5月25日至10月31日为研究期,利用土壤各项实测参数和气象数据,评价Hydrus-1D模型在科尔沁沙地的适用性,并揭示科尔沁沙丘-草甸相间区土壤水分分布特征,重点分析研究区流动沙丘200 cm剖面和草甸地80 cm剖面土壤水分的动态规律。结果表明:研究区典型土地类型流动沙丘和草甸地土壤水分模拟值和实测值的决定系数均高于0.76,均方根误差0.01~0.02 cm3·cm-3;在土壤剖面上具有明显的分层结构,流动沙丘分为3层,即0~20 cm为干沙层,20~120 cm为活跃层,120~200 cm为稳定层,其中40 cm土壤水分波动性最大;草甸地分为2层,即0~40 cm为活跃层,40~80 cm为稳定层,主要受降雨、蒸散发和地下水位影响;流动沙丘和草甸地降雨与表层土壤水分呈极显著相关,降雨量与地下水位变化仅草甸地呈显著正相关;在整个研究期内,流动沙丘土壤水分储量变化量为12.6 mm,土壤实际蒸发量为105.9 mm,200 cm深层渗漏量为173.9 mm,占总降雨量的59.5%;草甸地土壤水分储量变化量为8 mm,80 cm深层渗漏量为-27.2 mm(地下水补给量),土壤实际蒸发量为67 mm,植被蒸腾量为244 mm,地表径流量为0 mm。

沙漠区静校正技术研究

沙漠地区内通常遍布绵延起伏的沙丘,且海拔高差较大。表层沙丘的极不稳定导致静校正问题非常棘手,如何解决本地区的静校正问题成为了整个资料处理过程中的一大难点。本方法在利用微测井模型的基础上,研究采用沙丘静校正和折射静校正结合的方法来解决长波长静校正问题,同时采用多次迭代有效波剩余静校正来解决短波长静校正问题。通过这种综合静校正技术的应用,从而有效地解决本地区的静校正问题,提高了叠加成像的质量和信噪比,为后期的资料解释提供可靠的地震成果资料。