沙堆模型动力学特性与灾害系统演化预测研究

基于自组织临界性的理论框架,针对处于周期区与混沌区之间状态的灾害系统,研究其可预测性及预测方法.通过均匀和非均匀沙堆对比实验,发现两类沙堆模型表现出两种动力学行为--自组织临界性和准周期性.采用时序分析、功率谱分析和R/S分析等多种方法分析了两类系统的演化行为,反映了灾害系统的可预测特征;进一步提出了灾害预测的几个研究方向及方法.最后以极值统计法为例,介绍了其在两类灾害预测中的应用.     

广东冬季寒害的时空分布规律

用广东省22个分布较均匀的代表站1957-2001年冬季(12月至次年2月)逐日平均气温和最低气温资料,研究了广东冬季寒害的时空分布规律,计算了广东冬季综合寒害指数.对广东22个代表站上述44年的综合寒害指数进行了自然正交分解,得到了2个有意义的特征向量场.由此发现广东冬季寒害的地域分布主要有2大类型:整体分布型和南北分布型.对广东冬季综合寒害指数和综合寒害指数第一特征向量时间系数、第二特征向量时间系数进行了小波变换.结果表明,广东冬季寒害整体分布型的主要振荡为准8年周期,南北分布型的主要振荡为准22年周期.综合而言,广东冬季寒害除具有准8年振荡的主要周期变化外,还有2～4年及22～24年的周期变化.根据小波变换图分析,预计未来2年广东冬季寒害以偏弱为主,尔后进入转换期.     

泥沙灾害与泥沙灾害链的分类分级

泥沙灾害是泥沙在其侵蚀、输移和沉积运动发生变异时产生的特殊灾害过程,在本质上不同于通常的气象灾害、水灾害、生物灾害和地质灾害.泥沙灾害有着自身的分类系统和分级规则.泥沙灾害可以按照不同的方法进行分类,从而获得不同的分类结果.泥沙灾害链是泥沙灾害过程的主要表现形式之一.基于泥沙灾害特征及泥沙圈与其他圈层相互关系的考虑,从强度和破坏程度两个方面提出了泥沙灾害系统的分类方法,获得了较为完备的泥沙灾害分类.在泥沙灾害分类分级的基础上,还研究了泥沙灾害链的分类分级.泥沙灾害链的分类可以从受灾体和致灾体两个角度采用单指标和分级分类两种方法进行划分,但采用分级分类法更能体现出泥沙灾害链的特点.     

地震对散粒体滑坡堆积体形态影响的模型试验研究∗

考虑地震波输入的情况下,运用美国ANCO公司地震模拟振动台系统开展室内小尺寸的模型实验,研究在不同的振动方向和振动频率下,滑坡-碎屑流的堆积规律。实验发现,振动方向对堆积体的形状影响显著,振动方向为水平时,冲程的值比振动方向为竖直时的值要大,而堆积宽度和厚度的值却比振动方向竖直时要小。振动频率对于散粒体的堆积分布影响显著;在不同的振动方向上,水平和竖直两种振动方向对于堆积体的各个特征影响互有差异。     

泥石流起动的突变学特征

泥石流起动是泥石流发生、发展、成灾全过程中的关键环节,起动规律是泥石流预测预报和灾害防治的理论基础。对建立在实验基础上的泥石流起动条件进行适当变换,得到泥石流起动势函数,它符合尖点突变模型。进一步分析,发现准泥石流体起动时具有突变、缓慢和过渡状态等多条路径,并在起动临界点附近具有发散性和模态软化等性质。根据这些起动特性提出的单沟泥石流预测方法以及通过调控准泥石流体起动条件使之不起动,达到泥石流灾害治理防患于未然的新途径,已在泥石流防治中取得了实效。     

基于洪水灾害快速评估的承灾体易损性信息管理系统

洪水灾害易损性信息管理系统是为了开展洪水灾害快速评估,对不同洪水灾害流域和同一洪水灾害流域中的不同地区、不同承灾体(财产分类)、不同致灾因子(水深和历时等)条件,以财产的损失率为核心的综合信息管理系统。本文介绍了洪水灾害易损性信息管理系统的开发与设计的基本原理,阐述了系统的总体结构框架和功能模块划分,并且在系统数据流程图的基础上,对损失率数据库等几个重要的模块进行了详细的分析与设计,给出了系统的部分运行结果。本系统在与GIS、遥感等空间技术结合后,能够高效地完成各种洪水灾害损失的快速评估与预测分析工作,同时,本系统亦可独立作为对区域洪水灾害易损性研究的数据基础和理论支撑。     

最近2000年江苏沿海风暴潮灾害的特征

根据地方志和文献记录对江苏沿海最近2000a风暴潮灾害进行了初步分析，结果表明，风暴潮灾害在时间和空间上均发生着变化。最近600a风暴潮灾害存在21a、36a和116a三个显著的周期，并且不同时间段内发生的风暴潮灾害受不同的因素控制。.     

滑坡灾害快速反应系统

滑坡灾害快速反应系统由滑坡知识、受灾体和救灾指挥3部分组成.其中每一部分都包括一个完整的体系,并有评价指标描述.该系统的实现主要依靠滑坡数据库、动态仿真模拟和抢险救灾预案技术的支撑.     

散粒体斜坡上滚石法向碰撞恢复系数研究∗

国内外在研究滚石碰撞问题时多将碰撞目标假设为弹塑性体,从而推导出恢复系数计算公式。但是对于散粒体斜坡,由于具有结构松散、高压缩、低黏结力等物理力学特性,如果将其完全考虑为弹塑性体,那么低估了其自身的耗能潜力。为此,我们考虑了松散介质的孔隙压密特征,改进提出了散粒体斜坡上滚石法向碰撞恢复系数的计算式,并探讨了滚石碰撞再回弹的临界条件。同时以西藏昌都察达隧道进口散粒体斜坡为算例进行数值模拟,分析了5 种影响因素下滚石法向碰撞恢复系数变化规律,并与改进公式、已有相关公式计算结果进行了对比分析。结果表明改进公式与数值模拟结果较为吻合,优于假设为弹塑性体的公式计算值。研究思路及成果可为类似区域性问题提供参考。     

1990年以来中国海洋灾害系统风险特征分析及其综合风险管理

长期以来,海洋灾害一直是困扰着海域及海岸带社会经济发展的一大障碍.中国是深受海洋灾害影响的国家之一.为此,从灾害系统论的角度,分析了1990年以来中国海洋灾害系统的风险特征.研究表明,中国在过去的15年中,工程性防灾减灾措施已经使海洋灾害灾情得到了一定的控制,但由于中国海域海事活动不断增多、海岸带经济密度快速提高,大大增加了海域及海岸带承灾体对海洋灾害风险的暴露,又由于海岸带及近海海域污染加重,海洋生物灾害发生的可能性增大,使中国海域面临的灾害风险趋于上升.此外,还讨论了中国海洋灾害综合风险管理的体系,提出从海洋灾害系统角度,加强海洋灾害综合风险管理能力的建设,以促进海洋及海岸带地区由政府、企业、社区共同组成的综合减灾范式的建立.     

洞庭湖区洪涝灾情评估与分析

运用三因子联立评估法,评定了洞庭湖区洪灾、涝灾和洪涝灾的灾度,进行了相应的分析;构建了洪涝灾情指数,并运用联环替代法对各灾情因素的影响进行了分析。分析得出：洞庭湖区洪涝灾度具有阶段性和准周期性等特征;洪水灾情因素是综合灾情变化的主导影响因素;各灾情因素影响方向不完全一致,其中起放大作用的因素反映出洪涝灾害的新特点;涝灾日趋严重,应加强涝灾治理。     

高应力作用下钙质砂压缩及颗粒破碎特性试验研究

钙质砂是我国南海岛礁建设的主要材料,因其特殊的生物成因和独特的颗粒结构,其工程力学特性与常见陆源砂有较大差异。通过自行设计的高强加载压力室在三轴固液耦合试验机下对钙质砂进行终止应力在2~100 MPa间的侧限压缩试验,研究了钙质砂在高应力水平下的压缩和颗粒破碎特性,并通过相同试验工况下的石英砂单向压缩试验来进行对比研究。试验结果表明:在高应力作用下,钙质砂比石英砂的压缩变形量大,钙质砂的压缩屈服应力在2 MPa左右,远小于石英砂。钙质砂和石英砂在高应力作用下均会产生明显颗粒破碎,但钙质砂在应力作用下先于石英砂产生颗粒破碎。通过对颗粒破碎进行量化分析发现,两种砂样的颗粒破碎程度均先随应力的增大而增大,随后出现趋于稳定的趋势。     

泥石流暴发的应力自组织临界特性

泥石流是一种严重的自然灾害。从广延能量耗散的角度看，泥石流暴发的应力演化过程是一种自组织临界过程。斜坡松散碎屑土触变液化系统在暴雨激发下，内部不同因子间的相互非线性作用，导致斜坡碎屑土自然地朝临界极限应力状态发展，最终暴发泥石流。本文以应力的自组织观点，分析了泥石流暴发的特性。蒋家沟泥石流的资料显示，泥石流规模与频率间存在着幂律关系，这说明泥石流活动具有自组织临界的特性。     

循环荷载作用下粗粒料与掺砾粘土接触面单剪试验研究

土石坝内部存在较多的接触面,在静、动力荷载作用下,接触面的力学特性对坝体的稳定性具有显著的影响.基于动态单剪仪,开展了粗粒料与掺砾粘土接触面循环单剪试验.试验结果表明,初始剪应力加载方向对相对位移有较大影响:相对位移总是在沿初始剪应力加载方向一侧较大;在一个剪切循环内,正、反向加载时,若剪应力较小,发生剪缩变形,若剪应...     

风暴潮洪水风险图制作研究

在对洪水灾害风险图进行研究和归纳的基础上,根据上海市的地形、沿海提防、洪涝灾害等特点,分析了上海市风暴潮洪水灾害的成因,以及这些因素与洪灾危险程度间的相关关系。借助模糊数学方法,求出危险程度隶属度。在地理信息系统平台上,采用多边形叠置分析和聚类分析等手段,研究洪水灾害危险程度区划的方法,进而绘制成洪水风险图。风险的评估采用了多指标综合评估方法,不仅计算了洪水的自然风险,同时考虑了防洪工程风险的影响。     

森林火灾的自组织临界行为及其在中国林火数据中的体现

森林火灾元胞自动机模型是研究自组织临界行为的一个经典模型。本文从该模型出发,讨论了它的自组织临界行为,考虑到环境和人为因素对森林火灾的影响,对经典的森林火灾模型进行了改进,加入了降雨、人工烧除等森林火灾模型的演化规则。将经典模型和改进模型的演化计算结果与中国近40年来的森林火灾数据以及美国的有关数据进行了比较。结果表明,改进模型克服了经典森林火灾模型的不足,与真实森林火灾的演化符合得较好。     

长江三角洲及其附近地区两千年来水灾的研究

通过对长江三角洲及其附近地区两千年来水灾生成频率和强度的分析。认为两晋、南北朝时期和南宋、元、明、清时期是两千年来本区的主要水灾期。对照两千年来中国东部气候变化、海面升降与长江口河道变迁关系,认为在本区水灾生成事件中,气候因素起着主导控制作用。当然,人类活动对本区水灾生成的影响也不容忽视。本地区近百年来的旱涝灾害规律可用非线性科学的方法进行研究,旱涝灾害的准60年、准35年和准11年的长周期变化与地球自转速度、地极移动和太阳黑子活动的3个周期变化基本一致。本地区气候系统的行为具有混沌特征。这是线性逼近和周期叠加预报方法难以得出灾害预报正确结果的原因,但气候系统半个月的确定性预测可以实现。     

海面上升对太湖流域经济影响的模拟与评估

以地处长江三角洲核心部位的太湖流域为研究区,应用Bootstrap方法预测了各市县至2030年的GDP值,进而基于海面-地面系统演变模型,就海平面上升到2030年对区域经济的影响进行了多场景模拟与评价。结果表明:由于区域内经济发达的市县多处于地势低平的地区,未来海面上升对太湖流域区域经济发展影响极为显著,其影响程度主要取决于各县市地形地貌条件及其经济发展水平。当海面上升值为23 cm、31 cm和60 cm时,受影响面积和GDP损失分别高达13.2%～24.0%和15.7%～26.9%。海面上升影响表现出区域分异的特征,以太湖、长江及其各支流为中心向外扩张,中部平原、洼地受影响较为严重,外围的北部和东部受影响较小。区域未来发展应考虑分区治理及区域内联合策略,以积极应对海面上升的可能威胁。     

浅层天然气井喷对地层的损伤影响与桩基工程危害分析

针对杭州湾大桥在勘探过程中发现桥址区地层有浅层天然气分布并发生井喷这一现象,基于现场勘探时浅层气井喷特点与影响因素,认为引起井喷的主要原因是起钻抽吸作用和灌浆不及时所致。井喷是含浅层气土体的渗透比降超过其气压临界比降条件下的非饱和渗流破坏过程,对地层的影响表现为对土体的损伤和扰动,按扰动程度可分为剧烈扰动区、严重扰动区、轻微扰动区和含气层压密区。桥址区粘土层中的浅层气不会对桩基工程产生明显的危害,但砂土层中的浅层气可能会引起土体剧烈扰动显著降低桩基承载力、桩基发生不均匀沉降或桩腿下沉、桩基中产生负摩擦力和阻碍桩基础顺利施工等不利影响,应从桩基础合理选型、预先进行不扰动土体控制释放浅层气、充分考虑不利因素的安全设计,以及在施工过程中增高钻孔桩作业平台与增大泥浆比重等几方面进行灾害防治。     

Treatment of Heavy Oil Contaminated Sand by Microwave Energy

Abstract Microwave (MW) was applied to enhance the removal of heavy oil (diesel and marine fuels) from contaminated sandy soil using granular activated carbon (GAC) as the dielectric medium. Adding GAC to the surface layer of the sand containing diesel fuel or marine fuel and subjecting the soil to 700 W MW irradiation for 30?s led to better removal efficiencies than without GAC addition by 9.5% (92.5% vs. 83%) for diesel fuel, and 11.5% (89.5% vs. 78%) for marine fuel. Additionally, GAC is an excellent MW absorbing material for converting MW energy into thermal energy. When GAC is added as the dielectric medium to convert the MW energy, the soil temperature rose from 52°C to 64°C, because the heat was transferred from GAC to the soil through GAC–soil interface. Meanwhile, volatile gas contained in the soil passes through the soil-GAC interface to reach the high-temperature GAC where the heavy oil is thermally cracked.