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三角洲演化数值模拟

花匠小妙招
2024-12-29 09:44

三角洲演化数值模拟

地表形态的演化主要来源于剥蚀区的剥蚀、物质的移动与沉积区或汇水盆地的沉积。作为自然的地理边界,流域与地球表层的“源—汇”系统息息相关,通常表现为流域内物源区(流域边界)的剥蚀移平、低洼处的沉积。作为流域系统中的主要沉积区域,三角洲在生态环境、资源分布等方面都具有重要意义,特别是浅水三角洲近些年来已成为国际油气藏勘探的重要目标。为了缩短模拟周期、得到更加量化的结果,面向三角洲演化问题的研究正逐渐趋向于采用数值模拟的方法。在三角洲演化数值模拟过程中,模型的构建、求解与其向计算机模型的转化是关键性问题,演化结果的存储、分析与可视化可有效推动三角洲演化数值模拟过程的科学化、规范化与流程化。因此,本文采用前后端web分离技术,以三角洲演化数值模拟算法为核心,构建了一个具备数据管理与分析、三角洲演化模拟、沉积模拟超参数贝叶斯优化、演化结果可视化、统计分析与云端存储功能的三角洲演化三维动态模拟云端平台。以鄱阳湖赣江中支三角洲为例,对该系统进行了测试与评价,主要结论如下:1、分析了三角洲演化的主要控制因素。地形、降雨、地层、构造运动、海(湖)平面与波浪为控制因素,控制因素彼此之间相互作用推动了三角洲的演化生长。充沛的降雨沿着最大坡降方向侵蚀着地层,携带着水沙在河道、入海(湖)口与低洼处沉积;构造抬升作用与地表侵蚀作用互相促进;海(湖)平面受构造运动与降雨影响,和波浪作用一起,影响着沉积空间分布。2、以水力作用下的侵蚀与沉积运动和重力作用下的扩散运动作为主要物质移动方式,基于Voronoi多边形对地表进行空间离散化,构建离散化方程f(地形、降雨、地层、构造运动、海(湖)平面、波浪)。结合时间步进策略得到不同时间下的离散化方程,采用有限体积法递推求解后得到三角洲演化模拟结果。3、构建了以Vue+Django+Hadoop为技术体系的三角洲演化三维动态模拟系统。主要分为数据管理与分析、三角洲演化模拟、沉积模拟超参数贝叶斯优化、演化结果可视化、统计分析与云端存储等六个功能模块,实现了三角洲演化数值模拟的全流程管理与分析。4、选取鄱阳湖赣江中支三角洲为研究区,基于三角洲演化数值模拟算法,以2000年地形数据(SRTM数据)作为初始地形,结合2000—2007年降雨数据与湖平面数据,以2007年地形数据(AW3D30数据)为验证数据,采用贝叶斯优化算法优化选择了水力作用下侵蚀与沉积运动的侵蚀性系数、重力作用下扩散运动的地表扩散系数等参数值。结合所求参数、SRTM数据、2000—2011年降雨数据与湖平面数据模拟了鄱阳湖赣江中支三角洲演化过程(2000—2011年),最终可得其空间分布形态与landsat遥感影像数据吻合较好,证实该算法是可行的。5、鄱阳湖赣江中支三角洲的沉积是一个缓慢的进程,以朵状或鸟足状为主,沉积区域主要位于河道附近与入湖口附近,并处于从河道向入湖口推移的趋势,在入湖口处已形成了几条明显的沙嘴向湖中央延伸。湖平面的升降对沉积区域范围有一定的影响,湖进则沉积区域更趋近于岸上;湖退则向湖中央延伸。降雨可在一定程度上影响着物质输移速度。

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