潜流人工湿地设计与经济分析

介绍了潜流人工湿地设计参数和考虑因素，以期将系统设计成能够最大程度发挥天然湿地的物理，化学，以及生物潜能的工程系统，经过经济对比发现，该技术较传统的废水处理具有投资低和运行管理费用低等优点，是小城镇和农村进行废水处理的较佳选择。     

川东南地区遵义松林剖面震旦系准同生岩溶发育特征

川东南地区震旦系白云岩具有良好的油气储集潜力。从岩石学、矿物学、阴极发光、地球化学等方面对遵义松林剖面震旦系灯影组岩溶特征进行综合识别。在此基础上,对准同生岩溶垂向发育特征进行综合分析,自下而上识别出3个大气成岩透镜体,并将单个透镜体划分为大气渗流带、大气潜流带及海底潜流带3个岩溶带。     

塔里木盆地哈拉哈塘油田潜山区岩溶储层发育特征

塔里木盆地哈拉哈塘油田北部潜山区岩溶作用是控制储层发育及油气富集的主要因素,通过对单井及连井储层特征和储层空间类型分析,研究哈拉哈塘油田潜山区岩溶储层发育特征。研究区奥陶系碳酸盐岩储层在垂向上可划分为4个带,即表层岩溶带、垂直渗流岩溶带、水平潜流岩溶带和深部缓流岩溶带,表层岩溶带和深部缓流带储层以孔洞型储层为主;垂直渗流带主要发育裂缝孔洞型储层和裂缝型储层;水平潜流带以洞穴型储层为主;其中水平潜流带的物性最好,为勘探开发的主要目标。在4类储层中,裂缝孔洞型储层厚度最大,而洞穴型储层对储存油气贡献最大。通过对研究区奥陶系碳酸盐岩岩溶储层发育特征的研究,为其勘探开发及快速建产提供参考。     

氨氮污染地下水的动态实验研究

目的研究浑河流域水文地球环境化学特征对地下水中氮表现形式的控制机理,为地下水修复与水源开发建设提供科学的理论指导.方法通过室内动态实验模拟污染河流中的氨氮渗入地下后的迁移转化过程.实验土柱中装填入浑河流域第四纪松散沉积物在110 m深的钻孔地质剖面中有代表性的岩层,通过间歇监测水样中氨氮、硝酸盐氮、亚硝酸盐氮、铁离子、锰离子、氯离子、高锰酸盐指数、pH值等指标随时间的变化,分析三氮转化的机理及周围环境因素对其的影响作用.结果研究结果表明在地下水pH<7,高含量铁、锰离子所营造的还原性环境中氨氮是污染地下水的主要氮素形态.用统计的方法分析各指标变化趋势发现:氨氮与环境中的锰、高锰酸盐指数呈正相关;与硝酸盐氮负相关.结论区域水文地球化学场与饱水岩层的岩性和结构对氮转化的方向有决定作用.     

矿山采动裂隙岩体地球物理场特征研究及工程应用

地下矿床开采引起采场围岩变形破坏产生采动裂隙,采动裂隙是矿山一系列灾害的根源,研究矿山采动裂隙岩体的地球物理场特征,提出可行的地球物理方法对裂隙岩体实施高精度高分辨率探测,对于防治矿山灾害发生,保障矿山安全,具有重要的理论意义和实际应用价值.本文通过理论分析、数值和物理模拟以及现场试验等技术途径,全面系统地研究了矿山采动裂隙岩体的地球物理场特征.主要研究内容、方法、结论及发现点如下： 1）根据覆岩变形破坏产生冒落带和裂隙带这一特征,建立煤层开采前和开采后电性数学模型,利用高精度有限单元法进行电场数值模拟．计算结果表明：采动裂隙引起煤层上覆地层的视电阻率变化,其影响范围较实际破裂范围大得多,基本上是覆岩冒裂带范围的两倍,其视电阻率值最大影响区为冒落带,变化率可达19％;在裂隙发育带,视电阻率的变化率可达10％～12％． 2）通过建立与实际采矿活动对应的相似材料物理模型,实施直流电阻率法的动态数据采集及反演计算,获得了覆岩采动裂隙的电场响应特征．选择采矿活动引起覆岩采动裂隙的4个关键时段,进行代表性的电场观测和计算分析．物理模拟结果表明：在覆岩变形破坏产生的裂隙带中,电场特征变化表现为正常场电阻率值升高2～3倍;而在冒落带中,电阻率值增加4～6倍;在弯曲变形带,采动过程中电性特征有一定的变化,主要表现为电阻率值略有增大． 3）利用相似材料物理模拟进行覆岩变形破坏的弹性波速度场响应特征研究,获得了覆岩采动裂隙的波场响应特征．建立与实际采矿活动对应的相似材料物理模型,进行煤层开采之前和开采之后两个不同时段对所模拟的岩层进行声波CT测量,反演计算所模拟岩层的波速场的分布．实验结果表明：在所模拟的覆岩破坏产生的裂隙带中,速度场变化表现为正常场值降低约10％～20％;而在冒落带中,采后很难接收到弹性波穿透的有效信号．在受开采影响但未破坏的采空边缘区,波速的升高是主要特征．4）结合含完整采空区的采区三维地震资料,全面分析了在煤层采空区、裂隙带及采动影响边界的地震波场特征．研究表明：对应采空区的位置,煤层反射波消失或能量变弱,覆岩层中出现波组零乱的反射波,能量弱,连续性差;对应支撑压力区,反射波组能量明显增强;对应采动影响带,包括上倾和下倾方向边界角范围内岩层的反射波能量明显减弱,局部出现反射空白带．根据这些特征可以划分采空区范围、采动裂隙发育高度、裂隙”天窗”、采动影响范围,为水体下煤炭资源开采以及岩层沉陷控制提供了可靠的地质依据和监测技术．5）建立煤层开采前以及开采后生成离层（离层充水、离层充气）的波场数学模型,利用有限差分法进行波场数值模拟．结合现场利用地震技术探测离层层位,分析了离层发育的具体位置及注浆充填离层带的效果,理论与实际相结合,并经实际检测．6）结合煤层开采底板岩体采动裂隙的动态弹性波CT现场实测试验,研究采动过程中采动裂隙产生过程与弹性波场的响应关系．探讨了动态探测方法的观测方案,确定关键观测时段和观测系统,根据CT反演的速度场特征,全面分析了底板岩体产生采动裂隙的速度场响应特征,在此基础上确定底板破坏裂隙最大发育深度,探测效果明显,为承压水上安全开采底板破坏监测提供了新的技术途径和地质保障．7）综合分析采动裂隙岩体的电性特征和波场特征,结合现场试验的结论和效果分析,提出了采动裂隙岩体地球物理方法监测初步技术体系．     

全国优秀博士学位论文摘要矿山采动裂隙岩体地球物理场特征研究及工程应用

地下矿床开采引起采场围岩变形破坏产生采动裂隙,采动裂隙是矿山一系列灾害的根源,研究矿山采动裂隙岩体的地球物理场特征,提出可行的地球物理方法对裂隙岩体实施高精度高分辨率探测,对于防治矿山灾害发生,保障矿山安全,具有重要的理论意义和实际应用价值.本文通过理论分析、数值和物理模拟以及现场试验等技术途径,全面系统地研究了矿山采动裂隙岩体的地球物理场特征.主要研究内容、方法、结论及发现点如下:1)根据覆岩变形破坏产生冒落带和裂隙带这一特征,建立煤层开采前和开采后电性数学模型,利用高精度有限单元法进行电场数值模拟.计算结果表明:采动裂隙引起煤层上覆地层的视电阻率变化,其影响范围较实际破裂范围大得多,基本上是覆岩冒裂带范围的两倍,其视电阻率值最大影响区为冒落带,变化率可达19%;在裂隙发育带,视电阻率的变化率可达10%～12%.2)通过建立与实际采矿活动对应的相似材料物理模型,实施直流电阻率法的动态数据采集及反演计算,获得了覆岩采动裂隙的电场响应特征.选择采矿活动引起覆岩采动裂隙的4个关键时段,进行代表性的电场观测和计算分析.物理模拟结果表明:在覆岩变形破坏产生的裂隙带中,电场特征变化表现为正常场电阻率值升高2～3倍;而在冒落带中,电阻率值增加4～6倍;在弯曲变形带,采动过程中电性特征有一定的变化,主要表现为电阻率值略有增大.3)利用相似材料物理模拟进行覆岩变形破坏的弹性渡速度场响应特征研究,获得了覆岩采动裂隙的波场响应特征.建立与实际采矿活动对应的相似材料物理模型,进行煤层开采之前和开采之后两个不同时段时所模拟的岩层进行声波CT测量,反演计算所模拟岩层的波速场的分布.实验结果表明:在所模拟的覆岩破坏产生的裂隙带中,速度场变化表现为正常场值降低约10%～20%;而在冒落带中,采后很难接收到弹性波穿透的有效信号.在受开采影响但未破坏的采空边缘区,波速的升高是主要特征.4)结合含完整采空区的采区三维地震资料,全面分析了在煤层采空区、裂隙带及采动影响边界的地震波场特征.研究表明:对应采空区的位置,煤层反射波消失或能量变弱,覆岩层中出现波组零乱的反射波,能量弱,连续性差;对应支撑压力区,反射波组能量明显增强;对应采动影响带,包括上倾和下倾方向边界角范围内岩层的反射渡能量明显减弱,局部出现反射空白带.根据这些特征可以划分采空区范围、采动裂隙发育高度、裂隙"天窗"、采动影响范围,为水体下煤炭资源开采以及岩层沉陷控制提供了可靠的地质依据和监测技术.5)建立煤层开采前以及开采后生成离层(离层充水、离层充气)的波场数学模型,利用有限差分法进行波场数值模拟.结合现场利用地震技术探测离层层位,分析了离层发育的具体位置及注浆充填离层带的效果,理论与实际相结合,并经实际检测.6)结合煤层开采底板岩体采动裂隙的动态弹性波CT现场实测试验,研究采动过程中采动裂隙产生过程与弹性波场的响应关系.探讨了动态探测方法的观测方案,确定关键观测时段和观测系统,根据CT反演的速度场特征,全面分析了底极岩体产生采动裂隙的速度场响应特征,在此基础上确定底板破坏裂隙最大发育深度,探测效果明显,为承压水上安全开采底板破坏监测提供了新的技术途径和地质保障.7)综合分析采动裂隙岩体的电性特征和波场特征,结合现场试验的结论和效果分析,提出了采动裂隙岩体地球物理方法监测初步技术体系.     

综合物探技术在滑坡监测中的应用研究

综合地球物理勘探技术简称综合物探,是针对特定的勘探对象和勘探任务,为达到最佳勘探效果,采用的地球物理方法组合。在滑坡监测领域,滑面(带)的识别是监测滑体滑动情况的重要手段。基于SNMR(Surface Nuclear Magnetic Resonance)技术、高密度电阻率法、地震面波法等物探技术研究滑面(带)的勘探效果,并得到了滑面(带)对应的识别特征。结合三峡库区白水河区域的滑坡监测试验,取得了较好的监测效果。     

基于3维成像技术的河床介质形成过程研究

为了研究潜流交换过程中孔隙水流、颗粒运移和小尺度河床介质非均质性之间的相互关系,通过室内水槽试验,在利用X射线微断层扫描技术对实验样品进行扫描生成样品内部结构3维图像的基础上,运用格子波尔兹曼法对河床介质的形成过程进行模拟。研究结果表明:在河床介质的形成以及运移过程中,随着颗粒运移过程的发展,河床上部的渗透率逐渐增大,而随着细砂粒深入到介质内部,河床下部的渗透率逐渐减小。     

湖泊沉积物的矿物组成、成因、环境指示及研究进展

湖泊沉积物是不同地质、气候、水文条件下各类碎屑、黏土、自生/生物成因矿物以及有机物质等的综合体。沉积矿物蕴含着丰富区域和全球环境演变信息,如湖水的化学组成、流域构造、气候、水文以及人类活动的相互作用等。相关信息可以赋存在矿物外部微形貌、内部微结构、化学组成、物理和化学性质、同位素组成、谱学特征、成因以及共生组合等方面。因此,湖泊科学的许多关键课题都离不开矿物学,特别是在利用湖泊沉积物进行区域及过去全球变化研究中,深入的机理研究归根到底都要涉及矿物学,如流域化学风化作用、粒度组成、生物壳体化学组成、测年材料的选择等。然而,由于湖泊沉积物中矿物的多源性、复杂性,如何有效提取和解译其中的环境信息,是一项长期困扰研究者的课题,湖泊沉积矿物学的研究往往被许多研究者所忽视,中国的相关研究也较为薄弱。笔者综述了湖泊沉积物中碎屑、黏土、自生/生物矿物的矿物组合、特征、成因在(古)环境反演中的作用及最新研究进展,提出除了继续加强对湖泊沉积物中矿物来源、成因和古环境示踪的深入研究以外,矿物相间的转变及其对湖水和孔隙水组成的响应、一些非晶质或隐晶质及低丰度矿物相在湖泊化学和动力学中的作用也是很有潜力的研究领域,最后提出了研究中存在的一些问题、面对的挑战以及对研究前景的展望。     

随机模型预测潜水位动态变化的方法

大气水、地表水和地中水在地球表层不断转化的机理研究一直是水循环和水均衡研究的主要内容．针对地下水资源评价中的关键问题之一——大气水和地下水之间的转化，利用泊松模型讨论了包气带中水分垂直运移的机理以及潜水位动态变化预测方法，并计算了地形坡度很小平原地区的潜水位，以及预测潜水位动态变化，模拟结果与实际监测资料相吻合．     

平原型水库地表水-地下水交互带特性研究——以石佛寺水库工程为例

目的研究平原型水库交互带的范围和特点,为平原型水库水资源治理和生态保护提供科学的参考价值．方法以辽河石佛寺水库工程为例,采用野外试验和动态资料分析法,整理布设各观测井的水文数据,计算水库地表水一地下水交互带的大概范围,绘制其折线示意图,同时分析其特性和功能．结果水库交互带影响范围纵向较浅,地表0．79m至地下2．15m之间,横向较广,为整个库区．库区北岸交互带纵向范围大于库区南岸,在枯、丰水期纵向边界变化范围不同．结论平原型水库地表水一地下水交互带边界随季节呈动态变化,受地表水与地下水相互作用的影响,对水库水资源的净化和污染物的降解起着积极的作用,对于水资源的修复也具有一定意义．     

FORTRAN语言实现河流数值模拟的初步可视化

详细介绍了用FORTRAN语言实现水沙数学模型水位流量动态显示的方法.基于FORTRANQUICK WIN运行环境,在数据运算处理庞大的一维非恒定水沙数学模型中,加入QUICKWIN绘图语句,利用其绘图功能,实现了在程序运行过程中各关键参数如水位、流量的变化过程的动态显示,从某种程度上达到虚拟现实的效果,为水沙数学模型的可视化奠定基础.     

山区多沙河流漂石河段洲滩发育特征试验研究

山区多沙河流漂石河段受水沙条件影响,洲滩发育丰富,改变了漂石河段的水沙运动规律及洲滩演变特征。基于野外调查与室内物理模型试验,探讨了漂石对多沙河段水动力特征及洲滩发育过程的影响。通过都江堰市岷江支流白沙河与龙溪河的野外调查,分析了典型漂石河段床沙组成及漂石河床形态特征。由于山区河流暴雨洪水及挟带的泥沙及河道地形多变等因素,大量上游来沙在漂石河段落淤,河床内洲滩的大量发育。通过系列室内物理模型试验,分析不同泥沙补给条件下漂石河床的洲滩形成过程及河床形态变化与水位响应过程。研究结果表明：暴雨山洪产生丰富的泥沙补给,导致白沙河与龙溪河的粗颗粒平均粒径粗大,存在大量漂石,形成漂石河段。漂石河段水力要素多变,河床形态剧烈调整。当上游泥沙补给时,受漂石周围水流变化影响,漂石河床局部以横向带状溯源淤积为主,下游段两侧淤积突出,极易形成漂石洲滩,从而增大局部河床比降,减缓河道下切。上游来沙不均匀过程显著改变了漂石河床局部水位及泥沙淤积规模。因此,通过野外调查与室内物理模型试验,揭示了水沙条件下的漂石河床形态变化特征,山区河流上游来沙与漂石共同影响洲滩发育过程,表明漂石对山区多沙河流的水沙运动产生突出影响。     

山区河流宽窄相间河段山洪水沙输移2维数值试验

山区河流山洪过程常挟带大量泥沙,并引发河床剧烈变形,尤其是宽窄相间河段河床急剧调整、水位陡涨极易增加展宽河段的洪水淹没风险,深入研究山洪演进的水沙输移及河床变形对于防洪减灾具有重要意义。本文采用二维水沙动力学数值试验探究了上游来沙变化条件下宽窄相间河段水沙输移及河床变形过程。结果表明：当上游来沙充足时,洪水携带泥沙在展宽段淤积、缩窄段冲刷,河床在泥沙输移过程中整体上抬;而当上游没有来沙时,河床整体呈现下切趋势。究其原因,主要在于河道饱和输沙导致河床整体淤抬,而河床淤抬导致上游水位陡涨增加水面比降,床面切应力变大,从而提高河道输沙率,而宽窄河段床面起伏则增大床面形态阻力,促使上游水位上涨;泥沙来量较少时,河床冲刷为主,水位下降、水面比降趋于变缓。     

嘉陵江与长江交汇水流顶托效应特性研究

干支河流交汇是河流水系发育与演化的重要形式,在河流交汇区常发生水流顶托现象。水流顶托显著影响着干支流交汇区水位、水面比降及床面切应力特性,从而制约着交汇区水沙运动特性及河床演变过程。本文以嘉陵江与长江交汇区为例,基于实测资料与不同组合干支来流的数值模拟结果,突出分析了不同干支来流条件下典型区域水位、水面比降及床面切应力变化特性,结果表明嘉陵江对长江的顶托作用随汇流比的增大而增大,长江上游水面比降随汇流比增大而减小,床面切应力随汇流比增大而减小。     

Simulation of dike-break processes in the Yellow River

Although dike-break and dam-break processes have similar unsteady and discontinuous hydrodynamic characteristics, there are significant differences. In general, dam-break simulations focus on the flood discharge, whereas dike-break simulations are required to provide detailed information on the hydraulic and breach evolution processes, such as pit-scour and breach-expansion. In order to overcome the difficulties inherent in applying existing dam-break models to dike-breaks, this paper presents an integrated model that combines the shallow water, sediment transport, riverbed deformation and breach-expansion equations. A Godunov-type finite volume method is used for the flow simulation, based on a fixed quadtree grid system. The hydro-dynamic aspects of the model are validated for an idealized rectangular dam break. A representative reach in the Yellow River is selected at a location where there is a significant risk of a dike-break, and full-scale topographic and hydrologic data are available. Typical di     

明渠干支河流直角交汇区整流方法探讨

由于便利的水运条件,有相当一部分重要的城市和乡镇位于河流交汇处,但由于交汇水流结构的复杂性,在交汇区常形成冲击河岸和泥沙淤积等一系列问题,因而对交汇区水流进行有效地整治是非常必要的。本文利用数值模拟试验,对入汇角为90°的河流交汇处产生的分离区水流特征进行了研究,并在此基础上提出了一种可以减小或消除分离区的优化堤线的整流方案,即优化后的堤线满足椭圆方程,椭圆长半轴长度为分离区长度,短半轴为分离区宽度,以改善交汇区的泥沙淤堵及水位抬高等灾害问题。通过对不同干支流动量比堤线整流效果对比分析,结果表明：当动量比M*=0.40时得出的椭圆型堤线为最佳整流方案。     

西洞庭湖湿地Eh与pH空间变异特征及影响因子分析

湿地氧化还原电位(Eh)和酸碱度(pH)空间分布特征是探讨湿地污染物存在形态、迁移和转化机理的基础。在湖南省西洞庭湖区澧水和沅水入湖口湿地分别布设2个监测断面共12个钻孔,孔深8.0~14.0 m。通过现场和室内试验研究湿地演替带Eh和pH的分布格局和空间变异特征,并对其影响因子进行探讨。结果表明:西洞庭湖湿地演替带监测剖面Eh介于-57.8~238 mV之间,平均值为124.67 mV,pH值为5.1~9.1,平均值为7.4,属于弱碱性弱还原环境;Eh和pH的变异系数分别为49.60%、11.66%,均表现出中等变异强度;Eh和pH剖面分布特征复杂,均呈夹带斑块的层带状分布;土壤类型、地下水位、含水率和温度均对Eh有重要影响,pH主要受土壤类型和地下水位的制约,温度与含水率对pH的影响不显著。     

电站取水河段长时段的泥沙淤积特性研究（注：研究生论坛）

摘 要:为解决将数学模型运用于电站取水口长时段内的河床演变问题,从而引起计算效率与精度不足的缺陷。本文采用基于隐式与显式结合的算法,探索河道长时段的泥沙淤积特性,建立能模拟长时段河床演变的水沙数学模型,并将该模型应用于昭化电站取水河段泥沙冲淤模拟。通过物理模型与数学模型在不同频率洪水下取水口水位和流速的比较结果,表明此数学模型可以较好模拟取水口水流特性;通过预测昭化电站拉沙方案与不拉沙方案下取水河段运行多年后的河床演变,结果表明此数学模型模拟结果与实际工程结果相似,符合客观规律,能较好模拟河段的泥沙问题。     

排桩式波浪能发电装置附近流场特性研究

基于雷诺时均Navier-Stokes方程和k?ω湍流模型,研究单排桩式振荡水柱式波浪能发电装置在规则波作用下的桩基附近流场特性. 通过物理模型实验验证所建数值波浪水槽的准确性. 模拟规则波作用下装置附近的流场特性,分析装置附近的涡特征以及其对装置附近泥沙冲刷情况的潜在影响. 结果表明,测试工况下,在桩式振荡水柱装置桩柱体的桩基附近观察到马蹄涡和尾涡现象,马蹄涡强度随着Keulegan–Carpenter（KC）数的增大而减小,尾涡强度随着KC数的增大而增大. 马蹄涡因强度过小,在模拟的KC数范围内不是装置桩基泥沙冲刷的主要因素,高强度的尾涡很可能成为装置桩基附近泥沙起动、输运和冲刷的重要影响因素.