2011年, 第47卷, 第3期　
刊出日期：
  

  • 全选
    |
  •  地下水模拟不确定性分析*

     吴吉春 ** , 陆 乐
    南京大学学报(自然科学版). 2011, 47(3): 227-234.
    摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏
     地下水模拟受到众多不确定性因素的限制, 直接影响了模拟结果的可靠性. 因此, 科学地定量分析地下水模拟的不确定性十分必要. 本文根据地下水模拟不确定性的来源, 将其分为参数不确定性、
    模型不确定性和资料不确定性三类, 分别进行了阐述和分析, 并且总结了地下水模拟不确定性分析的常用方法和近年来国内在这方面的研究进展. 同时, 针对地下水概念模型的不确定性进行了定量研究, 揭
    示了模型结构的偏差是造成模拟结果不确定性增加的重要因素.

  •  孔隙尺度下反应性溶质运移和矿物溶解过程的水平集界面追踪模拟
     黄 海, 李晓义
    南京大学学报(自然科学版). 2011, 47(3): 236-251.
    摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏
     我们开发了一种水平集模拟方法用来模拟反应性溶质在裂隙和多孔介质中的运移, 以及由于矿物溶解引起的裂隙和孔隙的空间几何形状的变化过程. 该方法同时处理( 考虑) 了流体流动, 发应性溶质运移以及固液相
    界面溶解的耦合. 水平集方法用来追踪由于化学反应导致的固液界面的演化. 该文中, 对于耦合作用的模拟是在不同水流条件和反应速率下围绕几种相对简单的裂隙和多孔介质的几何形状来展开的. 我们从模拟的结果中导出了
    渗透率和孔隙度在各种水流动条件和反应速率下的定量关系, 并与传统的本构方程( 比如传统的立方关系和Carman -Kozeny 关系) 进行了比较. 比较的结果显示数值解与解析理论关系有很大的区别. 模拟结果显示出在裂隙
    和孔隙中存在相当大的反应溶质浓度梯度, 以及由于这些非均匀分布的浓度场导致的固液表面溶解反应的不均匀分布和复杂的裂隙和孔隙形状变化过程. 我们的模拟结果支持了基于简化的孔隙几何形状和溶质运移- 反应条件
    下推导出来的传统本构关系在野外大尺度模型应用中有相当大的局限性这一论点, 并且进一步证明考虑微观尺度下的物理化学过程的重要性
  • 运用水力层析法刻画潜水含水层的非均质性

     朱珺峰 1 , 叶天齐 2 , 毛德强 2
    南京大学学报(自然科学版). 2011, 47(3): 253-264.
    摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏
     解析模型是分析潜水含水层抽水试验的最广泛使用的工具. 抽水试验过程中的地下水流在潜水面附近是高度非线性的. 由于对排水和降深过程的简化, 这些解析模型不能充分地描述潜水含水层中的非线性水流. 此
    外, 这些模型假定含水层是均质的, 而实际的含水层本质上都是非均质的. 最近出现的水力层析法是一种经济有效的刻画含水层水力特性参数空间分布的方法. 水力层析法采用数值模拟的方法去熔合多个在不同地点进行的抽水
    试验的数据去更详细地刻画含水层水力特性参数. 在这项研究中, 我们扩展水力层析法的概念到潜水含水层. 为了准确地描述水力层析调查过程中的潜水含水层的地下水流, 本文采用基于混合形式的 Richards 方程的三维饱和-
    非饱和流模型. 利用饱和以及非饱和带的水头变化观测数据, 连续线性估计法被采用来估算渗透系数, 贮水率, 以及土壤水分模型参数的空间变化. 本文用敏感度分析探讨了水头和不同水力特性参数之间的关系, 然后用一个人
    工合成的区域规模的三维潜水含水层去测试水力层析法. 测试显示该方法能有效地地刻画潜水含水层水力特性的时空变化. 水力层析法能够刻画饱和以及非饱和带的渗透系数, 但是对贮水率刻画局限于饱和带, 对土壤水分模型
    参数的刻画局限于非饱和带. 本文对水力层析法对潜水含水层的应用的其他局限和潜在的改进也进行了讨论.
  •  分数阶对流- 弥散方程和分数阶Fokker -Planck 方程的比较:动态过程及实际应用
    ( 沙漠研究所水文科学系, 拉斯维加斯, 美国, 89119)
    南京大学学报(自然科学版). 2011, 47(3): 266-276.
    摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏
     分数阶对流- 弥散方程( fADE) 和分数阶 Fokker -Planck 方程( fFPE) 都被视为一种有效工具来研究含变扩散系数 D 的 L† vy 运动. 然而, 这两种分数阶导数方程的差异并不清楚, 给实际应用带来了困难. 本文通过系统分
    析物理机理和应用实例, 来区分这两种模型. 首先, 连续流原理表明, fADE 模型起源于广义的 Fick 扩散理论, 而fFPE方程则用到了迥异于 Fick 定理的非局域性扩散通量. 基于 Langevin 方程的动力学分析进一步表明, fADE 方
    程刻划的溶质运移含有A- 1 阶的附加 L† vy 噪声, 以便反映 D 的空间波动. 此外, Eulerian 和 Lagrangian 数值实验显示, 当 D 随空间连续变化时, 这两种模型描述了具有不同前缘的溶质云. 对于离散型 D, fFPE 方程所描述的粒子
    云具有突变界面, 而 fADE 方程对应的溶质云却分布平滑. 最后, 这两种模型被用来模拟在著名的 MADE 实验场观测到的氚的空间分布. 曲线拟合结果表明, 虽然 fFPE 方程的数值近似的效率较高, 它需要用到超过实测值的平均
    水流速度, 才能模拟出非稳定态下冲积含水层中溶质的 L† vy 运动. 而 fADE 模型使用的水文学参数则更合理, 因此实用性更强
  •  格子行走方法求解一维对流扩散方程*

     蒋建国, 吴吉春**
    南京大学学报(自然科学版). 2011, 47(3): 276-280.
    摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏
     本文提出了全新的格子行走方法求解对流扩散方程. 对流扩散方程广泛应用于水中污染物的运移模拟. 然而在对流占优的情况下, 常用的求解对流扩散方程的有限差分方法和有限元法会出现严重
    的数值弥散和数值振荡等不良数值现象. 本文提出的格子行走方法, 综合了随机行走方法( random walkmethod) 和格点玻尔兹曼方法(lattice Boltzmann method)的优点, 有效克服了对流占优条件下的数值弥
    散现象. 在给定格子长度和时间步长的情况下, 格子行走方法所能计算的流速范围远远超过了有限差分方法的适用范围. 格子行走方法构建了相邻时刻格点上溶质分布的转移矩阵(transition matrix) , 使得格
    点上的离散分布与高斯分布的 0- 2 阶矩相等. 通过转移矩阵, 可以直接计算溶质分布随时间的变化过程. 本文用一维瞬时点源模型和一维连续点源模型检验了格子行走方法的适用性. 计算结果显示格子行
    走方法得到的结果与解析解吻合得非常好, 而运用有限差分方法却出现严重的数值弥散.
  •  咸/ 卤水入侵越流含水层的数值模拟: 以山东省莱州湾南岸为例*

    (
     韩 非 1, 2 ** , 吴吉春 2 , 张永祥 3
    南京大学学报(自然科学版). 2011, 47(3): 281-290.
    摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏
     本文建立了咸/ 卤水入侵条件下考虑越流的地下水数学模型. 该模型能同时考虑地下水密度与动力粘滞系数非线性变化的影响, 高浓度梯度存在对水流运动造成的影响, 水岩间的阳离子交换和越
    流作用. 此外, 为了提高计算速度, 还设计了特征后退点的快速搜索算法并引用了对数 Kriging 插值方法, 效果显著. 本文提出的模型应用于描述莱州湾南岸多层含水层的咸) 淡水界面运移特征, 模拟效果
    良好. 还应用与求逆问题时不同的数据对模型进行了验证. 拟合与验证结果均表明, 该数学模型是可靠的, 合理的.
  •  基于修正麦钦特模型的地面沉降模拟:以上海为例*

     叶淑君 1 ** , 薛禹群 1 , 吴吉春 1 , 李勤奋 2
    南京大学学报(自然科学版). 2011, 47(3): 291-298.
    摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏
     中国很多发生地面沉降的城市, 如上海、 苏州、 无锡、 常州等地, 土层变形呈现粘弹塑性变形特征, 并且粘弹塑性变形在总的沉降中占很大比例. 比如, 1986- 1997 年间上海市地面沉降量的 84% 到
    98% 由土层的粘弹塑性变形引起. 修正的麦钦特模型( MM 模型) 是一种描述粘弹塑性变形的新模型. 刻画粘弹塑性变形的地面沉降模型(LS- MM 模型) 是基于 MM 模型推导出的一种新的地面沉降模型. 本
    文以上海市具有粘弹塑性变形特征的土层为例, 通过数值模拟计算验证 MM 模型和 LS- M M 模型. 结果表明, MM 模型和 LS- MM 模型能很好的模拟土层的粘弹塑性变形, 如考虑参数随沉降变化则能提
    高模拟精度. 只有 4 个参数且能描述各种变形特征的优点使 LS- M M 模型适用于具有复杂变形特征的大型区域地面沉降模拟.
  •  饱和介质中重非水相液体运移的数值模拟及敏感性分析*
     施小清 1 ** , 吴吉春 1 , 刘德朋 2 , 江思泯 3 , 孙媛媛 1 , 徐红霞 1
    南京大学学报(自然科学版). 2011, 47(3): 299-307.
    摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏
     采用 T 2VOC 程序对重非水相液体( DNAPLs)在饱和介质中的迁移和分布特征进行了数值模拟. 以一个夹粘土透镜体的砂层介质为例, 采用三相毛管压力函数 Parker 模型和二相毛管压力 van
    Genuchten 函数, 对比细透镜体对重非水相液体运移的影响. 进而探讨分析了三相毛管压力函数模型参数的敏感性. 研究结果表明毛管压力函数的不同会影响 DNAPLs 的运移, Parker 模型较 van Genuchten
    模型所反映出介质对 DNAPLs 的阻滞和滞留作用更强. 进气压力对非均质介质中 DNAPLs 入渗分布的饱和度将有显著的影响. 对 Parker 模型中的 αnw 、 n 以及孔隙度和饱和渗透率的敏感性分析对比发现, 敏
    感性程度的高低顺序依次是孔隙度> n> 饱和渗透率> α nw .
  •  基于根氮质量密度分布模拟土壤- 冬小麦系统中的水分运移*
     石建初 1 , 王  数 2 ** , 左  强 1
    南京大学学报(自然科学版). 2011, 47(3): 308-317.
    摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏
     近年来, 水资源短缺问题日益突出, 节水农业成为研究热点, 其中最主要的课题当属探索作物根系吸水规律并准确地模拟土壤- 作物系统中的水分运移. 通过设置冬小麦(苗期) 室内水培实验, 本
    文探索了冬小麦根系吸水功能与根氮质量之间的关系, 并据此建立了根系吸水模型, 之后, 通过冬小麦( 苗期) 室内砂培土柱实验, 对该关系和基于根氮质量密度的根系吸水模型进行了检验验证, 模拟分析了
    土柱实验各处理条件下土壤- 冬小麦系统中的水分运移规律. 结果表明: 冬小麦根系吸水( 蒸腾)与根氮质量呈较好的线性相关(R 2 = 0  99), 基于根氮质量密度可建立根系吸水模型, 并模拟冬小麦各生长阶段
    土柱中的土壤水分动态, 剖面含水量的模拟值与实测值吻合较好, 两者间的均方根差均在 0 ? 007 cm 3 cm - 3 之内.
  •  区域气候模式对中国地区 1982- 2001 年地面温度和降水模拟能力的检验*

     胡伯彦 1 , 王淑瑜 1, 2 **
    南京大学学报(自然科学版). 2011, 47(3): 318-329.
    摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏
     本文利用 NCEP/ NCAR 再分析资料驱动 MM5V3 区域气候模式, 对东亚地区的气候进行了20 年(1982- 2001)的长期模拟, 分析了模式对中国地区地面温度和降水的模拟能力. 分析结果表明: 模
    式对中国地区地面温度和降水的空间分布形态具有较好的模拟能力, 但在中国大部分地区对地面温度的模拟偏冷, 对降水的模拟偏多; 模式对地面温度年际变化的模拟好于对降水年际变化的模拟; 模式能
    较好地模拟地面温度和降水的季节变化特征, 其中地面温度在夏半年的模拟结果优于冬半年的, 降水则相反; 模式对于一些极端气候要素, 如日最高、 最低地面温度, 强降水等也具有一定的模拟能力.
  •  三峡下垫面变化对区域气候效应的影响研究*

     李艳 1,2 ** , 高阳华 1 , 陈鲜艳 3 , 杜钦 1
    南京大学学报(自然科学版). 2011, 47(3): 330-338.
    摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏
     利用中尺度数值天气预报模式( WRF), 通过控制试验与改变三峡库区水体结构的理想试验, 分析了三峡库区蓄水后可能引起的区域气候效应. 研究结果标明: 针对三峡库区气候特征的再现能力分
    析发现逐月模拟实验优于逐日模拟实验; 三峡大坝的水体扩展引起了库区区域气候的较弱变化, 平均气温与平均风速的变化较小, 仅在狭窄的三峡水道上出现了弱的气温升高与风速增大的现象, 变化幅度分
    别为 0 ºC5  ~ 1.5 º C 、 0  1~ 1 m/s; 三峡库区水体面积扩大后引起了库区北部部分地区的降水增加, 这主要是由于下垫面的变化与局地特殊地形相耦引起了水汽与风场的变化, 从而影响了降水量的变化. 三峡
    工程引起的气候变化主要表现在近地层, 越往高层影响越小, 对 850 hPa 及以上高度层几乎没有影响.
  •  GIS 支持的江苏省矿产资源规划环境影响评价*
     华建伟 1, 2 ** , 王宝军 1 , 方 强 2 , 宋? 珂 2 , 施 斌 1
    南京大学学报(自然科学版). 2011, 47(3): 339-348.
    摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏
      本文提出了一种基于 GIS 技术, 实现矿产资源规划环境影响的定量评价方法. 利用 ArcGIS 提供的空间分析功能, 实现了敏感环境保护目标筛选、 影响范围确定以及矿产资源开发对环境保护目标的
    影响程度定量描述. 研究结合江苏省第二轮矿产资源规划草案, 根据不同类型矿产资源对环境保护目标的影响特征, 分别就其对生态环境、 地质环境、 水环境、 大气环境等方面的影响进行了预测和评价. 结果
    表明: 江苏省矿产资源规划总体布局合理, 不会对环境保护目标造成大的影响, 但是部分矿产资源距离环境保护目标较近, 需要在开发过程中加强保护. 本文提出的评价方法, 可以有效提高评价结果的科学
    性, 避免过多人工干预对评价结果的影响; 该方法可以客观地、 定量地给出矿产资源对不同环境要素的影响程度和范围, 为规划草案的修订提供科学建议.
版权所有 © 《南京大学学报(自然科学版)》编辑部
地址：江苏省南京市鼓楼区汉口路22号　
技术支持：北京玛格泰克科技发展有限公司