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《水利水运工程学报》2020年第2期中文摘要
日期:2020年04月27日 09:18:09点击数:字号:【

气候变化下黄河流域未来水资源趋势分析

王国庆1, 2,乔翠平3,刘铭璐2, 4,杜付然5,叶腾飞6,王 婕1, 2

(1. 金沙js娱乐场官方网站 水文水资源与水利工程科学国家重点实验室,江苏 南京 210029;2. 金沙js娱乐场应对气候变化研究中心 江苏 南京 210029;3. 华北水利水电大学,河南 郑州 450046;4. 河海大学 水文水资源学院,江苏 南京 210098;5. 河南省水文水资源局,河南 郑州 450003;6. 云南省水文水资源局普洱分局, 云南 普洱 665099)

摘要: 开展流域水资源变化趋势研究是水资源规划和开发利用的基础工作。基于RCPs(Representative Concentration Pathways)排放情景下7个全球气候模式的气候情景资料,分析了黄河流域未来气温及降水的变化趋势;采用RCCC-WBM模型动态模拟了黄河流域未来水资源情势。结果表明:黄河流域在未来30年(2021—2050年)气温将持续显著升高(线性升率为0.24~0.35 ℃/(10 a));与基准期(1961—1990年)相比,流域降水总体可能增多,但对降水变化预估的不确定性较大;受气候变化影响,黄河流域未来水资源量较基准期的可能会略微偏少,流域水资源供需矛盾可能进一步加剧;不确定性及其带来的评估风险是目前及未来气候变化影

响及水资源评估中需要加强研究的重要内容。

关键词:黄河流域;气候变化;水资源;演变趋势

黄河上游连续弯曲多滩险河道整治方案数值分析

李 健1, 2,王平义1, 2,许百强3,贺小含1, 2,王梅力4

(1. 重庆交通大学 水利水运工程教育部重点实验室,重庆 400074;2. 重庆交通大学 国家内河航道整治工程技术研究中心,重庆 400074;3. 连云港港口控股集团,江苏 连云港 222042;4. 重庆交通大学 建筑与城市规划学院,重庆 400074)

摘要: 天然河道一般不能满足航运的实际要求,需进行航道整治。目前我国内河航道整治技术较为成熟,但对存在连续弯曲多滩险河道的研究较少。黄河上游白银市常生码头下游滩河道属连续弯曲河道,存在多处滩险,水流条件复杂,严重影响船舶的通航安全。以数值模拟为研究手段,构建二维数学模型,分析河道碍航因素,论证整治方案的合理性。确定采用填槽、切咀、疏浚和修筑潜坝等整治方法。整治效果明显,水力因素均达到通航指标,水流条件明显改善,为今后黄河上游及类似碍航特性的航道整治工程提供参考。

关键词:连续弯曲多滩险河道;航道整治;二维水流数学模型;消滩水力指标

基于区间型贝叶斯模型的湟水干流水质评价

陆 丹1,耿昭克1,闵 敏1,王司阳2

(1. 青海省水文水资源勘测局,青海 西宁 810001;2. 黄河水利科学研究院,河南 郑州 450003)

摘要: 传统水质评价方法受主观因素影响较大,为进一步了解黄河上游重要支流湟水干流水质状况,根据2018年1—12 月湟水干流12 个断面的五日生化需氧量(BOD5)、化学需氧量(COD)、氨氮(NH3-N)、总磷(TP)、六价铬(Cr6+)等5项指标监测数据,采用区间型贝叶斯模型评价湟水干流水质状况。结果表明:区间型贝叶斯模型的排序结果能较为直观和准确地反映监测断面的水质变化情况,基本符合湟水从上游至下游呈“水质良好-水质恶化-水质好转”的水质变化趋势;湟水干流水质较差的断面基本位于人口集中、工业发达的城市集中河段,污染负荷大应是造成水质恶化的主要原因,未来应重点选择这些河段作为湟水水污染优先治理和水质监测的重点区域。

关键词:黄河;湟水干流;区间型贝叶斯模型;水质评价

黄河下游生态型引黄灌区水资源承载力研究

杜雪芳,李彦彬,张修宇

(华北水利水电大学,河南 郑州 450046)

摘要: 黄河流域生态型灌区建设是当下生态文明建设的重要组成部分,以生态型灌区水资源承载力理论为研究基础,采用模糊集对分析法对黄河下游典型引黄灌区进行水资源承载力综合评价。评价结果表明,2010—2013年大功灌区水资源承载力形势不容乐观,2014—2016年大功灌区近三分之二的区域水资源承载力形势有较大好转,直至2017 年大功灌区整体水资源承载力达到承载状态。

关键词:生态型灌区;模糊集对分析法;水资源承载力;引黄灌区

快硬硫铝酸盐水泥基封堵材料早期性能研究

范成文1, 2,白 银3,李 平1, 2

(1. 河海大学 岩土力学与堤坝工程教育部重点实验室,江苏 南京 210098;2. 河海大学 土木与交通学院,江苏 南京 210098;3. 金沙js娱乐场官方网站 水文水资源与水利工程科学国家重点试验室,江苏 南京 210029)

摘要: 为了开发适用于有压作用下混凝土结构渗漏缺陷快速封堵的材料,采用可再分散乳胶粉(VAE)改性快硬硫铝酸盐水泥(R·SAC)。使用流变仪测试R·SAC黏度时变规律,揭示其流变学性能;通过抗折抗压试验以及“8”字模粘结试验测试R·SAC的力学性能,并结合扫描电镜(SEM)分析,从而得到R·SAC基封堵材料较为完整的早期性能。结果表明:R·SAC初始黏度维持时间约为40 min,随后黏度呈“指数型”急剧增长;加入VAE 后R·SAC 的初始黏度增加、突变点提前且突变后黏度增长速率显著加快,提高了封堵材料抵抗渗漏水压的能力,掺量在4%时此现象最为明显;掺量为3%~4% 时可将R·SAC的早期抗折强度提高15%~21%,抗压强度则随掺量提高而降低,折压比上升表明改性R·SAC柔韧性提高;1 d粘结强度在VAE掺量为4%时达到最大值,粘结强度较对照组提高121%;SEM分析表明改性R·SAC内部颗粒之间形成了致密的搭接结构,封堵渗漏缺陷的能力得到明显改善。

关键词:混凝土渗漏;快硬硫铝酸盐水泥;可再分散乳胶粉;早期性能;掺量

新型低温早强剂的制备与性能研究

张 丰,白 银,蔡跃波

(金沙js娱乐场官方网站 水文水资源与水利工程科学国家重点实验室,江苏 南京 210029)

摘要: 传统早强组分已不能满足绿色、高性能混凝土的要求,其长龄期力学性能和耐久性能堪忧,且现有早强剂的低温(尤其是5 ℃)早强性能有限,低温下作用机理及其对混凝土耐久性影响的研究比较缺乏。以无机盐CB,LB,三异丙醇胺和纳米SiO2四组分制备无碱、无氯、不含SO42-的低温早强剂,并研究5 ℃低温下早强剂的性能、适应性。结果表明:配比为0.50% CB+1.00% TIPA+0.20% nano-SiO2+0.30% LB的低温早强剂可靠性高,其中CB和LB为关键组分,对砂浆各龄期强度提高均起重要作用,TIPA对3 d后强度提高作用显著,而nano-SiO2 对7 d后强度提高作用明显。5 ℃下,掺低温早强剂砂浆1,3,7和28 d强度较对比样分别提高376%,98%,72% 和18%,砂浆3 d后各龄期强度已超对比样20 ℃养护下强度。低温早强剂对不同种类水泥、温度的适应性良好。

关键词:早强剂;低温;强度;适应性

基于ABAQUS 的降雨条件下鄂东南崩岗侵蚀分析

马鹏飞1, 2, 3,夏 栋3, 4,许文年1, 3, 4,杨 威3, 4,罗 婷3

(1. 三峡大学 土木与建筑学院,湖北 宜昌 443002;2. 防灾减灾湖北省重点实验室(三峡大学),湖北 宜昌 443002;3. 三峡地区地质灾害与生态环境湖北省协同创新中心,湖北 宜昌 443002;4. 三峡大学 水利与环境学院,湖北 宜昌 443002)

摘要: 以研究崩壁在地下水抬升与不同类型降雨联合作用下的失稳模式与渗流场特性为目标,基于野外勘查和相关物理分析获取的鄂东南崩岗区典型风化岩土体剖面各层次基本指标数据,尝试从崩壁渗流场与应力场两场耦合的角度,运用数值试验探讨单次降雨诱发下水力因素影响崩岗侵蚀的过程与机理。结果发现:长期小雨环境下,崩壁破坏方式属于崩壁中下部土层局部被淘空与砂土层上覆土体整体滑移相结合;短时强雨环境下则表现为坡面浅层(分层)流滑破坏。但无论何种降雨类型都存在一个促使崩壁砂土层被水蚀并退去后形成凹腔(龛)的降雨前期阶段,直到龛深达到一极限值,龛体积不再扩大,转为历时较短的崩壁失稳前的降雨后期阶段。强降雨入渗产生的渗流区域主要分布在崩壁浅层地表,引起浅层土体持续软化,剪应力明显增大。伴随降雨历时的延长,坡面浅土层出现暂态饱和区且湿润峰(零压面)逐渐向崩壁深处推移,地下水位线逐渐抬升并以出露泉方式对砂土层下部造成机械潜蚀。分析结果与野外观测现象较为一致。

关键词:崩岗崩壁;降雨入渗;失稳模式;ABAQUS耦合分析;渗流场

泄洪雾化降雨模型相似比尺分类研究

余凯文,韩昌海,韩 康

(金沙js娱乐场官方网站 水文水资源与水利工程科学国家重点实验室,江苏 南京 210029)

摘要: 物理模型试验是研究泄洪雾化问题的主要方法,但泄洪雾化模型具有明显的缩尺效应。为了提高模型雨强换算精度,减小雾化模型缩尺效应的影响,基于安康、乌江渡、二滩、白山等水电站泄洪雾化雨强原、模型试验资料,按泄洪方式、消能工体型等对泄洪雾化降雨模型相似比尺进行分类研究,分析了不同分类方式下雨强比尺(Sr)转换关系中指数n(Sr=Lrn)与尺度比尺(Lr)和水流韦伯数(We)的关系。结果表明,泄洪雾化模型雨强与原型雨强的关系并非按同一比尺指数规律变化,指数n的取值与消能工体型、泄洪方式、尺度比尺和水流韦伯数等因素有关。无论表孔、中(深)孔还是泄洪洞泄洪,模型比尺和水流韦伯数越大,雾化模型缩尺效应越小,指数n的取值就越小。

关键词:泄洪雾化;物理模型;缩尺效应;相似律;尺度比尺

白石水库饮用水水源保护区划分合理性研究

程 然1,李 静2,任华堂1,夏建新1

(1. 中央民族大学 生命与环境科学学院,北京 100081;2. 北票市环境科学研究院,辽宁 朝阳 122100)

摘要: 饮用水水源地水环境安全事关人民生命健康,是生态环保工作的重中之重。饮用水水源地保护区划分以类比经验法为主,无法反映保护区内水质指标的时空分布及达标情况。利用EFDC建立白石水库垂向平均的二维模型,模拟其水动力和水环境变化过程,对水库水龄、污染物迁移衰减规律进行分析,评价类比经验法划定的饮用水水源保护区的合理性。通过验证水位库容曲线,丰、平、枯3种典型年水位对应曲线的相对均方根误差均小于0.1,纳什系数均大于0.85,水质模拟曲线模拟趋势与实测数据一致,模型可靠。研究发现,在丰、平、枯3 种典型年条件下坝前平均水龄分别为304.4,656.4和673.2 d,水库水力交换周期长;在丰、平、枯3种水动力条件及设计污染物边界条件下模拟污染物衰减过程,结果表明除丰水年取水口处氨氮超标外,其余条件下取水口水质均可达标;以116 m水位(库首)对应高程线以下全部水域为一级保护区的划分范围可以满足取水口水质要求,验证了上述策略在保护区划分上的合理性。

关键词:饮用水水源保护区;数值模拟;白石水库;EFDC(The Environmental Fluid Dynamics Code)

考虑底部过流的透水框架群阻力系数研究

刘建华1,杨中华1,李 达1,李 明2

(1. 武汉大学 水资源与水电工程科学国家重点实验室,湖北 武汉 430072;2. 长江航道规划设计研究院,湖北 武汉 430040)

摘要: 研究底部过流条件下透水框架群的阻力系数具有现实意义。将透水框架视为大尺度粗糙结构体,利用入侵深度,建立了大尺度粗糙结构体过流的水动力双层模型,将水流沿垂向分为上部自由流动层和底部透水层,得出考虑底部过水和占用过水面积的大尺度粗糙河床阻力系数计算式。透水框架水槽试验的数据表明,框架群铺设后纵向流速随水深变化的垂向分布呈“S”型。利用47组雷诺数为25 000~50 000 的试验数据率定出推导公式的形状系数,最终得出透水框架群阻力系数计算式。

关键词:透水框架;大尺度粗糙;双层模型;阻力系数

枢纽不同泄流方式的水流恢复距离研究

蒋孜伟1, 2,许光祥1

(1. 重庆交通大学 河海学院,重庆 400074;2. 重庆交通大学 水利水运工程教育部重点实验室,重庆 400074)

摘要: 计算水流的恢复距离,可以分析下游引航道口门区的通航水流条件是否受到了上游电站在不同泄流工况下的影响,进而可为电站的调度运行提供参考。以景洪电站为研究背景,分析了发电、控泄发电及敞泄停机这3种工况下的水流沿程分布情况,并与无坝全断面泄流工况的水流沿程分布情况进行比较,提出了水流恢复距离的概念,计算了不同工况下的水流恢复距离。结果表明,两侧泄流的恢复距离均大于中段泄流的恢复距离,泄流宽度所占的比例越大,恢复距离越短,泄流流量越大,恢复距离越长。通过对全断面泄流工况和极限泄流工况在引航道口门区水流条件的对比可知,当水流恢复距离大于引航道的长度时,相对应的泄流工况会造成引航道口门区水流条件明显的变化,此时需要考虑电站泄流对下游通航的影响。

关键词:复杂边界;分散泄流;全断面泄流;恢复距离;数值模拟

基于水龄抑制蓝藻水华的供水水库取水方案优选

杨金艳1,徐 勇1,周 杰2,吴时强2

(1. 江苏省水文水资源勘测局苏州分局,江苏 苏州 215129;2. 金沙js娱乐场官方网站 水文水资源与水利工程科学国家重点实验室,江苏 南京 210029)

摘要: 水体交换年龄称为水龄。水龄长是水库富营养导致蓝藻水华的重要因子。水龄也是环境水体混合过程分析中最佳的示踪指标,可描述水团的混合和更新、污染物的混合和消解等,故常用于研究湖库水体被外源水置换的能力。采用基于染色模拟的水龄模拟方法,改进了EFDC模型,以优选太仓二水厂供水水库取水泵房位置为例,建立了三维数学模型,模拟了不同布置方案对供水水库环流结构和水龄的影响,从而优化供水水库的水龄分布,抑制蓝藻水华。由于水库的氮磷营养盐输入量、水深、气温等自然条件难以控制,通过优化取水泵房位置可以改变水库环流特性,改善水库水体水龄分布,减少水龄、抑制蓝藻生长,从而降低水库富营养化的风险。

关键词:水库;富营养化;水龄;数值模拟;环流;风生流

PCC桩复合地基离心模型制备及桩土接触模拟

姜彦彬,何 宁,耿之周,蔡 忍,任国峰,石北啸

(金沙js娱乐场官方网站 金沙js娱乐场土石坝破坏机理与防控技术重点实验室,江苏 南京 210029)

摘要: 针对现有刚性桩复合地基离心模型试验技术的诸多局限性,综合考虑模型在材料、几何及桩土接触上的相似,首次设计了PCC桩复合地基离心模型试验并探讨了模型制备方法。配合专用切削、取土及回填试验器材,可以整齐高效地实现削土刮平、引孔取土、压桩就位和桩内回填操作,将常重力场下模型制备引起的扰动最小化,优化PCC桩复合地基离心模型制作过程。设计并开展反映本次离心模型中桩土摩擦接触特性的直剪试验,结果表明,离心模型中的桩帽与路堤砂、粗糙化的模型桩与软土层及下卧层的接触面摩尔-库伦摩擦角取值均在合理范围内,能够较好地代表PCC桩的桩-土接触特性。

关键词:PCC桩复合地基;离心模型试验;接触面直剪试验;摩擦系数;插桩

基于MCMC法的混凝土坝坝体坝基变形模量随机反演

程 井1,李培聪1,李同春1,袁 平2

(1. 河海大学 水利水电学院,江苏 南京 210098;2. 中冶长天国际工程有限责任公司,湖南 长沙 410007)

摘要: 针对混凝土坝材料力学参数反演中存在大量不确定性问题,提出了混凝土重力坝坝体弹性模量与坝基变形模量的MCMC随机反演法。将坝体及坝基变形模量参数视为随机变量,基于Bayesian理论,利用无似然函数的马尔可夫链蒙特卡罗方法(Markov chain Monte Carlo (MCMC) without likelihoods)进行随机参数后验分布抽样。通过平稳后的马尔可夫链得到参数后验分布的随机样本,进而得到对应的期望值和标准差。以龙滩高混凝土重力坝为例,结合典型断面的二维平面有限元模型,采用无似然函数的MCMC算法对坝体、坝基变形模量进行了随机反演,得出所需反演参数(坝体弹性模量、坝基变形模量)的分布;分析了坝体、坝基变形模量分布的统计特性与观测值波动之间的关系,得出后验分布变异性与观测值离散性呈正相关关系。

关键词:重力坝;变形模量;MCMC 法;随机反演

循环冲击荷载下花岗岩力学特性尺寸效应

章 航1,王志亮1,卢志堂2,熊 峰1,巫绪涛1

(1. 合肥工业大学 土木与水利工程学院,安徽 合肥 230009;2. 合肥工业大学 资源与环境工程学院,安徽 合肥230009)

摘要: 为探究岩石循环动力学特性及其尺寸效应,采用分离式霍普金森压杆对高径比为1.00,0.76和0.50的花岗岩试样开展循环冲击试验,并对比分析试验结果。结果表明:同一弹速下,高径比越小,试样最后一次冲击曲线的峰后破坏阶段越显著;随着高径比增加,试样峰值应变整体减小,而弹性模量有所增加,峰值应力下降程度明显减弱;在相同幅值的入射波循环作用下,累积比能量上升趋势随高径比增加逐渐变弱;低弹速(如8.5 m/s)循环冲击下试样呈现轴向劈裂破坏模式,而在高弹速(如9.9 m/s)条件下,试样破坏由轴向劈裂转变为边缘仅少量剥落。此外,试样破碎程度随高径比的增加而降低,表现为破碎块度增大、破碎块数减少。

关键词:花岗岩;循环冲击;高径比;动力学特性;破坏模式

寒区堤防砂土岸坡生态护坡技术研究

蔡 忍1, 2,张桂荣1,何 宁1,李登华1,何 斌1,姚明帅1

(1. 金沙js娱乐场官方网站 水文水资源与水利工程科学国家重点实验室,江苏 南京,210029;2. 河海大学,江苏南京 210098)

摘要: 东北地区堤防多是砂堤,砂土质地松散、贫瘠。在降雨侵蚀和风力侵蚀联合作用下,砂堤坡面水土流失严重,降低了砂堤防洪质量,危及大堤安全。为了减少坡面降雨侵蚀和水土流失,保证砂堤的防洪质量,采用保水剂改良砂堤表层土壤为植被生长提供水分和养分,并通过单纯植被护坡方案和两种改良后生态护坡方案的室内外试验的对比,选取合适的护坡方案。结果表明:三维土工网垫和遮阳网在草籽发芽前期,能够较好地保护坡面和草籽,减少降雨侵蚀;在植被生长期,植株可以穿过三维土工网垫孔隙正常生长,植被根系发挥了铆钉作用,将三维土工网垫紧紧地锚定在坡面;三维土工网垫连同植被根系组成联合保护层,提升了整体加筋效果,但是由于遮阳网的孔隙过于细密,植被难以穿过遮阳网正常生长,将遮阳网顶起,无法像三维土工网垫那样与植被形成联合防护体系,整体加筋效果较差。

关键词:砂土岸坡;三维土工网垫;冲刷试验;根系加筋

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