Seismic fragility analysis of a coupled tank-piping system based on artificial ground motions and surrogate modeling

The catastrophic consequences of recent NaTech events triggered by earthquakes highlighted the inadequacy of standard approaches to seismic risk assessment of chemical process plants. To date, the risk assessment of such facilities mainly relies on historical data and focuses on uncoupled process components. As a consequence, the dynamic interaction between process equipment is neglected. In response to this gap, researchers started a progressive integration of the Pacific Earthquake Engineering Research Center (PEER) Performance-Based Earthquake Engineering (PBEE) risk assessment framework. However, a few limitations still prevent a systematic implementation of this framework to chemical process plants. The most significant are: (i) the computational cost of system-level simulations accounting for coupling between process equipment; (ii) the experimental cost for component-level model validation; (iii) a reduced number of hazard-consistent site-specific ground motion records for time history analyses.In response to these challenges, this paper proposes a recently developed uncertainty quantification-based framework to perform seismic fragility assessments of chemical process plants. The framework employs three key elements: (i) a stochastic ground-motion model to supplement scarcity of real records; (ii) surrogate modeling to reduce the computational cost of system-level simulations; (iii) a component-level model validation based on cost-effective hybrid simulation tests. In order to demonstrate the potential of the framework, two fragility functions are computed for a pipe elbow of a coupled tank-piping system.     

城市土地集约利用研究进展

城市土地集约利用是城市土地利用变化研究的重要内容之一。了解城市土地集约利用的机理、过程和效应,有助于优化城市土地利用空间结构,提高城市土地利用效率,缓解资源环境约束带给城市发展的压力以及促进城市可持续发展。文章从3个方面对国内外城市土地集约利用研究进行了梳理和总结:①研究尺度,包括空间尺度和时间尺度;②研究内容,包括城市土地集约利用的内涵和相关理论、集约利用评价、集约利用驱动机制、集约利用效应、集约利用途径;③研究方法,包括统计分析和计量分析方法、基于过程的动态模型方法、GIS空间分析方法和其他研究方法。最后对其未来的发展方向提出了一些建议,认为在研究尺度上,应加强多尺度、多层次、时间序列的研究;在研究内容上,应加强基础理论、机理、过程和效应的研究;在研究方法上,应加强计量分析、空间分析和动态模型应用。     

集约农区不同土地利用方式对土壤养分状况的影响

选择山东省寿光市,通过野外调查和室内分析,利用数理统计软件SPSS,系统分析不同土地利用方式下土壤养分的分布特征、变异情况及其相关性,研究集约农区不同土地利用方式对土壤养分状况的影响。结果表明,在不同土地利用方式下,各养分含量分布存在明显规律。有机质均值的分布特征是菜地水浇地果园旱地盐碱地;全氮、碱解氮、速效钾、速效磷和有效锌均值的分布特征是菜地果园水浇地盐碱地旱地;土壤pH值、交换性镁均值的分布特征为盐碱地旱地水浇地果园菜地;交换性钙在不同利用方式中的含量为盐碱地旱地水浇地菜地果园;有效硼为果园菜地盐碱地水浇地旱地;有效铁为菜地果园水浇地旱地盐碱地;有效铜和有效锰均为果园菜地水浇地盐碱地旱地。水浇地、菜地和果园在各养分含量上差异较小,旱地和盐碱地在各养分含量上较为相似。除pH值外,其它12种土壤养分在不同土地利用方式下变异系数均较高,其中以速效磷的变异系数最大。土壤养分中除了交换性镁、有效硼与其它各养分之间的相关性较低外,其它养分之间基本为显著或极显著相关,其中pH值与其它各土壤养分均呈现显著或极显著负相关,有机质与其它各土壤养分均呈现显著或极显著正相关。     

雅鲁藏布江源区风沙化土地演变趋势

雅鲁藏布江源区是世界上最高的江河源,其生态功能状况直接影响其水源涵养功能以及中下游地区,特别是日喀则和拉萨等地区的生态安全。源区内土壤发育程度低,气候干旱多风、植被稀疏,风沙地貌发育。论文以雅鲁藏布江源区所在的马泉河流域为研究对象,借助RS和GIS技术,解译了1990年、2000年和2008年3期近20 a遥感影像,并结合DEM数据,分析风沙化土地的分布特征及演变趋势,对准确把握源区内风沙化土地现状及发展趋势具有重要意义。研究结果表明:①2008年,源区共有风沙化土地1 376.22 km2,其中,固定沙地占风沙地总面积的36.03%,半固定沙地占28.10%,流动沙地占9.39%,裸露砂砾地和半裸露砂砾地分别占14.64%和11.84%;②源区风沙化土地呈逐年递增趋势,其中,1990年为1 281.78km2,2000年为1 359.7km2,2008年为1 376.22km2,近20 a增加了94.44 km2;③从高程上看,分布在海拔4 600~4 800 m范围内的风沙化土地占风沙地总面积的76.13%;从坡向上看,分布在平坦地区的风沙化土地占风沙地总面积的56.97%,其次为西南坡和南坡,比例分别为11.20%和8.66%。     

上海中心城区土地利用变化对区域降雨径流的影响研究

土地利用变化导致的城市下垫面改变对降雨径流关系有着重要影响。选择高度城市化的上海中心城区,利用初损和径流量修正方法并经实测数据验证后的SCS-CN修正模型,在城市集水区尺度上,初步探讨模拟了1947—2006年中心城区在0.5～10 a一遇设计暴雨重现期条件下持续1 h的降雨事件和丰、平、枯降雨年份下的径流系数,并分析了土地利用方式、前期土壤湿润程度(AMC)和降雨因素对中心城区60 a降雨径流关系的影响。结果表明:①60 a间,AMCⅠ和0.5～10 a一遇设计暴雨重现期条件下的径流系数相对增长17.21%～6.14%,枯、平和丰水年的年径流系数相对增长分别为20.49%、11.83%和10.02%;②土地利用类型、土壤入渗能力和AMC类型,与降雨强度共同构成影响降雨径流关系的两方面重要因素。随着降雨强度的增大,在AMCⅠ→Ⅲ过程中,土地利用改变对降雨径流关系的影响趋小,降雨类型起决定作用;而降雨强度越小,土壤AMC越干燥,土地利用改变对降雨径流关系影响越强;③不同降雨强度和降水年条件下的径流系数均随CN值的增大而增加,其径流系数与CN值之间分别可用线性(R20.999)和指数(R20.987)关系表示。     

城乡劳动力流动及其对农地利用影响研究评述

农业劳动力务农机会成本呈上升趋势,促使大量农业劳动力向城镇流动,成为当今中国社会的一个突出特征。劳动力城乡流动会影响农户的土地利用决策行为,继而影响土地利用变化过程。为理解这一过程对于农地利用变化的影响,文章首先综述了城乡劳动力流动理论研究的历史脉络,并总结了国内外劳动力流动对农地利用影响的研究进展。提出了尚需研究的若干学术问题,即在方法上需要建立劳动力流动-农户土地利用决策模型,重视农户尺度研究,注重区域差异。     

中国耕地资源的区域差异与保护问题

采用土地整理工程手段建设基本农田,有助于实现耕地数量保护与质量提高,但必须遵循因地制宜的原则。论文根据自然地理区划和各地区的地貌特征,从分布特点、地类结构和利用水平等方面,对中国耕地资源的现状进行分析;针对自然条件和经济发展水平的区域差异,提出各地区耕地资源建设和保护的方向与重点。东部季风区应重点完善农田水利设施,改造现有中低产田,提高土地生产能力;西北干旱区不宜大规模开发,要着重发展农业节水技术,提高水资源利用率,防治土地退化;青藏高原区则应限制开垦。在土地整理与耕地资源建设中,因地制宜具体表现在生态保护、量力而行和重在效用3个方面。     

基于农户行为的土地利用人工社会模型的构造与应用

为探讨人工社会在土地利用变化研究领域中的应用,研究创建了一个模拟土地利用变化过程的人工社会模型(LUC-ASM)。该模型以农户和农民为两类主体(agents),模拟分析不同社会经济条件和政策影响下,两类主体对自己承包土地利用方式的微观决策所可能产生的宏观效应及其时空变化特征。以鄱阳湖区一个现实村落为主要研究对象,以农户从事各类生产活动的行为特征为准则,利用LUC-ASM模型模拟未来30年内该村落土地利用变化过程。结果表明,未来这一地区土地利用的变化与人口增长结构调整方式、国家土地利用与环保政策、社会经济发展态势等因素密切相关;在城市化的影响下,该地区的农业劳动力将会出现短缺,农村土地有可能被撂荒,需要及早采用政策措施予以避免。总体而言,LUC-ASM模型能够形象地反映土地利用变化过程的微观驱动机理及各种社会经济与环境因素影响的宏观效应,有助于深化我们对人与自然环境相互作用的认识。     

1950s中期以来东北地区盐碱地时空变化及成因分析

论文以1950s中期1:100000地形图和2000年Landsat/TM影像为数据源,基于地学知识重塑1950s中期盐碱地分布状况,通过人机交互解译方式获取2000年盐碱地分布状况,然后采用GIS空间分析方法对近50年盐碱地时空变化特征进行分析。结果表明：①东北盐碱地主要分布在松嫩平原(占90%以上)和呼伦贝尔草原,盐碱地由58.51×10⁴hm²增至219.31×10⁴hm²,吉林省盐碱地扩展最显著,盐碱地面积最大;②盐碱化程度从以轻度盐碱化为主发展为以中重度盐碱化为主;③气候变化、水利灌溉设施和道路网建设、过牧和滥垦、油田开采等多种因素导致东北盐碱地扩大,但在局部地区由于生态恢复和改良利用措施、过量抽取地下水导致水位大幅度下降,使得盐碱地也有缩减。     

浙江省县级单元建成区用地绩效评价及其地域差异研究

为评价浙江省县级单元建成区用地的绩效,并探讨其地域差异,论文采用AHP法、空间分析法,得到研究结果为:构建了基于经济、效益、效率和公平四个维度的土地绩效评价框架;经济绩效与效率绩效呈现较强的空间集聚特征;效益绩效与公平绩效的空间分布趋于离散;综合绩效呈现四种不同的空间模式;用地协调度并不与经济发展水平直接相关。由此得出结论:由于城市的规模报酬递增和工业化水平提高,子绩效中经济绩效与效率绩效呈现较强的空间集聚特征;而效益绩效与公平绩效则体现出相反的两极分化特征;在区域中心城市的产业梯度转移、辐射效应、周边地区的功能承接等机制影响下,H-H绩效和L-L绩效呈显著的空间集聚形态;产业结构升级提高了土地利用协调性,而欠发达地区的土地利用低水平自组织优化机制也可能具有较高的协调度。