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2016年 第5期

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太湖流域洪水识别与洪水资源利用约束分析
吴浩云, 王银堂, 胡庆芳, 刘勇, 崔婷婷
2016, (5): 1-8.
摘要:
随着人口增长和经济的迅速发展,太湖流域出现了洪涝灾害、水资源短缺与水环境恶化三者并存的局面,水资源问题已成为制约区域经济社会可持续发展的主要因素。依托防洪工程体系和河湖水系,完善洪水调控方式,促进洪水与水量、水质调度相结合,对于强化太湖流域水资源综合管理具有重要意义。在分析太湖流域洪水特性的基础上,结合降水和水位等要素,划分了太湖流域“洪水期”,从水量平衡角度识别和解析了太湖流域洪水过程,阐明了太湖流域洪水资源利用的实质,提出了流域洪水资源利用的防洪安全、供水安全及水环境安全约束条件,初步总结了太湖流域洪水资源利用识别体系,为开展太湖流域洪水资源利用评价和改善流域洪水调控模式奠定了基础。
典型入太湖河流夏-秋季氮素污染变化特征
吕学研, 张咏, 徐亮, 刘雷, 钟声, 郭蓉
2016, (5): 9-15.
摘要:
河流输入是太湖氮素污染物的主要来源之一。为了揭示河流在入湖过程中氮素的变化特征以及潜在的原因,以江苏省境内典型入湖河流氮素污染物监测数据为基础,分析了入湖河流氮素组成的变化特征。结果表明,虽然氮素组成在入湖过程中存在不同的变化特征,但是总氮(TN)在入湖过程中均呈升高趋势。分析结果还表明,硝酸盐氮(NO-3-N)是漕桥河与太滆南运河TN的主要组成,而大浦港TN的主要组成为氨氮(NH+4-N)。同时,造成河流氮素变化的原因也不尽相同,河流交汇对入湖河流氮素组成的影响较大,污水处理厂排水对河流氮素污染物的增加也不容忽视,所以在入湖河流氮素污染治理过程中,不仅需要执行“一河一策”和“连片治理”双管齐下的策略,还要采取措施,提升流域内污水处理厂脱氮能力。
多源洪水耦合模型在防洪保护区洪水分析中的应用
苑希民, 李长跃, 田福昌, 王丽娜
2016, (5): 16-22.
摘要:
针对防洪保护区单一洪水风险分析的不足,以一、二维非恒定流基本控制方程为理论基础,采用有限体积法对网格进行离散求解,建立溃堤洪水和暴雨多源洪水耦合的数学模型。在一、二维模型的链接处选用堰流公式实现河槽与保护区水流的实时交互,借助干湿水深理论对模型进行优化,利用遥感影像解译处理保护区内复杂地形条件下糙率对洪水演进的影响,概化处理区域内道路和过水涵洞对洪水的阻水或导水作用,并利用历史实测洪水资料进行模型验证。将验证后的模型应用于淮河干流凤台段防洪保护区多源洪水运动耦合模拟,分析了单一洪水与多源洪水对防洪保护区的损失比较结果,说明该区域受暴雨内涝影响较为严重。
水电站水库长期优化调度模型及调度图
王宗志, 王伟, 刘克琳, 程亮
2016, (5): 23-31.
摘要:
为绘制高效可靠的水库运行调度图,以平衡保证出力保证率与发电量矛盾的惩罚系数为优化变量、以保证出力设计保证率满足条件下发电量最大为目标函数,综合集成以黄金分割法为时段决策优选法的随机动态规划核心模型,以及评估调度方案优劣时历法长系列模拟计算模块,利用遗传算法的并行计算能力,结合电站调度方案制定与有效性检验,构建水电站水库长期优化调度模型。应用结果表明:所建模型具有不受年调节和多年调节库容机械划分约束、快速获得满足发电保证率所要求的优化调度图的优秀特性;较之常规调度方法,可增发电量2.0%以上,保证率更高,决策信息更丰富。
三峡水库蓄水前后嘉鱼水道河床演变
尚倩倩, 许慧, 李国斌, 高亚军
2016, (5): 32-38.
摘要:
长江中游河道宽阔,分汊河段较多,洲滩冲淤消长变化较大,河道深泓主流摆动也较频繁,三峡水库蓄水运行后,分汊河道演变及航道条件随之发生改变。以长江中游主要碍航浅水道之一的嘉鱼水道为例,在已有研究成果的基础上,结合近期实测资料,分析微弯分汊型河段自身演变,认识三峡水库蓄水前后水道演变过程和特点,分析水道演变的影响因素,探讨三峡工程对本水道演变的影响,在此基础上预测水道演变趋势和航道条件变化。分析结果表明:三峡水库蓄水改变了嘉鱼水道过渡段单双槽交替的变化规律,弱化了汪家洲边滩与复兴洲低滩彼此消长的关系,河道洲滩以冲刷为主,预计在三峡工程的长期影响下低滩仍会有所冲刷,左汊进口更趋宽浅,主流摆动空间增大,航道条件的不稳定性较大。
新型桶式基础防波堤单桶桶壁土压力数值分析
蔡正银, 杨立功, 关云飞, 黄英豪
2016, (5): 39-46.
摘要:
对于软土地基上的新型桶式基础防波堤,其稳定性分析的关键是桶壁土压力分析。根据实际工程,通过数值模拟,分析了不同荷载水平、不同荷载作用点高度、不同土质状况下桶壁土压力的分布规律。分析发现,不同情况下的软土地基新型桶式基础防波堤,桶壁土压力分布区域可分为海侧圆弧端主动土压力区、两侧直壁端静止土压力区及陆侧圆弧端被动土压力区。经与理论计算的Rankine 主动、被动土压力和静止土压力的对比分析发现,海侧主动区的土压力与陆侧被动区土压力分别介于主动土压力与静止土压力、静止土压力与被动土压力之间,两侧直壁端的桶壁土压力与静止土压力比较接近。在两端圆弧段,桶壁土压力沿深度分段线性分布,且单宽桶壁土压力合力与荷载水平呈线性关系。当荷载作用点的高度发生变化时,桶壁土压力的分布规律相类似。基于桶壁土压力的分布形式,提出了桶壁土压力的简化计算方法,为计算桶体稳定性带来方便。
雅砻江流域滑坡涌浪对库区的影响
马斌, 张涛, 李浩韡
2016, (5): 47-53.
摘要:
以雅砻江流域的水文站滑坡体作为研究对象,研究其在锦屏水电站三期蓄水后滑坡体滑动失稳对于库区的影响。采用经典的Fluent软件进行数值模拟,依托VOF方法跟踪自由液面流场,借助动网格技术与UDF程序结合来模拟滑坡体的滑动,通过对河道切面施加探针提取涌浪高程数据,将数值模拟的结果同潘家铮院士的涌浪经验公式计算结果进行对比分析,同时对探针数据进行时域分析、涌浪特征点的涌浪振幅值拟合分析、流场分析。分析结果显示,Fluent软件在模拟滑坡涌浪的形成、传播、消散方面表现突出,能够准确模拟涌浪变化情况,通过与理论公式计算结果比较发现,初始涌浪、对岸涌浪、坝址涌浪高度的误差在10%以内,滑坡涌浪能量衰减,在空间上和时间上都符合指数分布规律。模拟分析结果表明,水文站滑坡体失稳导致的涌浪不会对坝体造成漫堤等严重后果。
长江口北槽潮波对地形变化的响应研究
钱明霞, 路川藤, 罗小峰, 朱思雨
2016, (5): 54-60.
摘要:
以长江口北槽为研究背景,建立了二维潮流数学模型,在模型验证良好的基础上,研究了北槽潮波传播对工程与地形变化的响应。研究表明,长江口深水航道治理工程完成后,北槽地形未发生调整前,北槽潮波高、低潮位均升高,潮差减小,涨、落潮相位明显滞后,潮波变形加剧,涨落急流速均呈增大趋势;北槽水深增加后,高、低潮位随之降低,潮差增大,落潮相位略有提前,涨潮相位变化相对较小,潮波变形逐渐趋缓,涨急流速减弱,落急流速增强。
考虑船舶停靠的码头减淤措施研究
白志刚, 臧颖, 杨武
2016, (5): 61-69.
摘要:
目前,码头淤积和减淤措施的分析计算中,很少考虑船舶停靠的影响。针对金塘水道某码头,建立二维潮流泥沙模型,数值计算得到的潮流、含沙量结果与实测结果吻合。进而分析船舶停靠对潮流水动力和码头冲淤变化的影响。计算结果表明:船舶停靠阻碍了潮流运动,导致流速减小和泥沙淤积,但影响仅为周边区域。在考虑船舶停靠频率不变的前提下,针对目前1#,2#泊位最大月淤积强度接近实测淤积量(>1.15 m)这一情况,提出了3种减淤方案,并计算了实施方案1后的潮流和冲淤变化,发现导堤长度对减淤效果影响很大。对于重淤区而言,基于综合分析比较,短堤的防淤减淤效果较好,故推荐采用短堤方案。
长江中游黄州河段采砂影响分析
张俊宏, 王业祥, 赵正伟, 陈璐
2016, (5): 70-77.
摘要:
河道采砂等人类活动对河道演变的影响是河流动力学研究的一个重要课题。以长江黄州河段为例,在实测水沙系列的基础上,采用平面二维水沙数学模型研究了不同流量级下工程河段采砂后水位、流速和汊道分流比等变化规律,并模拟了不同典型年水沙条件下洲滩河段演变过程和采砂区冲淤特性。研究结果表明,在不同流量条件下,随着流量的增加,水位和流速变化幅度有所减小、影响程度降低;分流比对平滩流量反应更加敏感,平滩流量条件下分流比有明显增加;三峡水库蓄水运行后,在不同典型水文年条件下,随着洲滩的冲刷后退加剧,布置在洲尾的采砂区泥沙回淤明显。
三级配大骨料混凝土双轴抗压性能试验分析
张玘璐, 杨赛利, 王立成
2016, (5): 78-84.
摘要:
利用自行研制的大型混凝土静、动三轴试验系统,完成了5种应力比、4种应变率、3种含水状态(干燥、自然、饱和)的三级配大骨料混凝土双轴动态抗压试验。试验研究了含水率对三级配大骨料混凝土动态极限抗压强度的影响,并在此基础上提出考虑含水率影响的大骨料混凝土动态破坏准则。研究表明,饱和混凝土试件在高应变率下的强度明显提高,而在低应变率下强度则有所降低。在相同应变率下,极限抗压强度在应力比为1∶0.5时达到最大值。影响三级配大骨料混凝土试件破坏形态的主要因素为应力比,其动态极限抗压强度随含水率的增大而增大,而静态极限抗压强度随含水率的增大而减小;单轴受压状态下的变形明显小于双轴受压,试件的峰值应变随应变率的增大而减小。
纳米氧化镁改性黏土强度特性试验
任真, 余湘娟, 高磊
2016, (5): 85-90.
摘要:
为了研究纳米氧化镁对黏性土强度的影响情况,将纳米氧化镁均匀地掺入到黏性土中进行直接剪切试验,并通过扫描电镜试验对剪切面上的微观颗粒进行观察。在含水率分别为10%,16%和22%的情况下,将纳米氧化镁按照0,2%,4%和6%的掺量(质量分数)加入到黏性土试样中进行试验。直剪试验结果表明:当含水率相同时,随纳米氧化镁掺量的增加,纳米氧化镁改性黏土的黏聚力逐渐增大,但是掺量对改性土内摩擦角的影响并不明显;当纳米氧化镁掺量相同时,随含水率增加,改性土的黏聚力呈现出先增后减的趋势,而内摩擦角则逐渐减小。扫描电镜试验结果表明:纳米氧化镁的掺入会降低土体孔隙比,增强颗粒间胶结作用,从而达到改变黏性土剪切强度的目的。
碎石土渗透特性试验研究
张国栋, 廖爱明, 李泯蒂, 邱重阳, 徐志华
2016, (5): 91-95.
摘要:
碎石土渗透系数是渗流分析及边(滑)坡稳定性评价等问题的关键参数。由于碎石土具有非均质性、非连续性以及影响因素多等独特性质,研究碎石土渗透特性的困难较大。利用大型渗透仪,试验研究了碎石含量、孔隙比和颗粒级配对碎石土渗透系数的影响规律,分析了渗流前后颗粒级配变化及其对渗流特性的影响,以及碎石含量、孔隙比大小对渗流前后颗粒级配变化的影响。结果表明:碎石含量与渗透系数之间关系符合指数关系;孔隙比与渗透系数之间的关系符合多项式拟合关系;特征粒径、不均匀系数和曲率系数与渗透系数之间的关系符合线性拟合关系,颗粒级配对渗透特性的影响主要是不均匀系数和特征粒径,曲率系数影响较小;渗流前后颗粒级配的变化与水力梯度有关。
混凝土用有机硅渗透剂耐紫外老化性能研究
王学川, 孙红尧, 申明霞, 李震
2016, (5): 96-102.
摘要:
处于恶劣环境中不加以保护的钢筋混凝土会发生腐蚀破坏,从而影响结构物耐久性。有机硅渗透剂是钢筋混凝土表面防护常见的物质。有机硅渗透剂由烷基烷氧基硅烷(或硅氧烷)组成,分子结构中的碳碳键、碳氢键键能低,均会被紫外辐照的能量破坏而断裂,从而失去憎水性。对涂布3种有机硅渗透剂(LS-A(BS1701), LS-B(70% BS1701 &30% BS290)和LS-C(异辛基硅烷膏体))的砂浆试块进行了2 600 h耐紫外老化试验,通过跟踪记录涂布有机硅渗透剂砂浆试块的吸水率和表面疏水性的变化过程,以此间接反映有机硅渗透剂的耐老化性能。另外,通过研究紫外老化后经打磨的混凝土表面憎水性变化,探明紫外辐照对混凝土毛细孔内的有机硅渗透剂的影响。结果显示:与LS-A和LS-C相比,LS-B有机硅渗透剂具有最好的憎水性和耐紫外老化性能;LS-A和LS-C在老化600 h内吸水率和接触角变化较小;吸水率的变化趋势与接触角的变化趋势存在相关性;紫外老化2 600 h后的试块经表面打磨处理后,接触角有一定程度的恢复。根据试验结果可推测得出,硅氧烷主链上较多的小烷基数目有助于提升有机硅渗透剂的耐老化性能;硅烷的较大烷基则有利于有机硅渗透剂的初期耐老化性能;混凝土毛细孔内部的有机硅渗透剂基本没有受到紫外线的辐照影响。
用改进Najar能量法分析混凝土单轴受压损伤特性
罗曦, 彭刚, 刘博文, 王孝政
2016, (5): 103-108.
摘要:
Najar能量法定义了损伤耗散能和无损应变能,并通过两者的比值确定了混凝土单轴受压情况下的损伤变量。该方法原理清晰,但不能在宏观上很好地描述混凝土单轴受压破坏的实际过程。针对此问题改进了Najar能量法,将混凝土受压过程中的弹性变形和塑性变形剥离开来,定义了一个新的损伤变量。为了对比分析改进前后的方法,进行了不同加载速率下的混凝土单轴压缩试验,并对试验数据加以拟合。以拟合后的试验数据为基础,分别利用改进前后的两种方法计算了混凝土受压过程中损伤变量,得到了改进前后损伤变量随应变变化的关系曲线。对比分析发现,改进后的Najar能量法在计算上更为简便,而且在宏观上更符合混凝土单轴受压的一般破坏规律。同时,这一关系曲线也反映了混凝土材料的应变率效应。
南海饱和软土单剪强度试验研究
詹云霞, 王建华
2016, (5): 109-114.
摘要:
采用应力控制的单剪试验对中国南海海域原状饱和软黏土的力学响应进行了研究,考察了不同应力水平下软黏土的应力应变响应和强度特征。结果表明:无初始剪应力时,当应变小于5%时,循环应变增长缓慢且稳定,超过5%以后,循环应变迅速增长并达到破坏标准,因此可将循环应变达到5%作为破坏标准,同时,动应力比存在阈值,当动应力比小于0.52时,认为土体不会发生破坏;有初始剪应力时,应变向有初始应变一侧累积,且无论是增加静应力比还是动应力比,都会引起应变累积加快,破坏振次减小,相对而言,动应力比对累积应变和破坏振次的影响更明显。最后给出了破坏振次为1 000次的强度包线,提供了安全的静、动应力比组合方式。
航道整治建筑物及防护结构模拟技术研究
曹民雄, 马爱兴, 胡颖, 邓涯
2016, (5): 115-123.
摘要:
航道整治建筑物及防护结构的模型试验中,往往采取一些简化方式进行模拟,由此对试验结果的影响目前尚无定论,试验规程也无相应的技术要求指导试验中防护结构物的模拟。基于相似理论提出了整治建筑物及防护结构模型的相似条件与设计方法。在可调密度易成型复合材料研发的基础上,提出了小比尺防护结构的模拟技术。通过水槽试验研究了软体排联接方式与几何相似偏离对软体排模拟的影响。结果表明小比尺的软体排与框架宜采用密度可调、形状可重塑的复合材料进行模拟;D型软体排的压载块与排布系结简化为粘结方式时,对排体的稳定性与变形特征没有影响;混凝土联锁块软体排采用粘结方式对排体的稳定性无影响,对变形相似初期有一定影响,后期无明显影响;在保证压载块质量相似而放弃几何相似时,将影响排体的临界失稳底流速与失稳模式。研究结果可为防护结构的模拟提供技术参考,也为相关试验规程的修订提供技术支撑。
浮式防波堤研究进展
沈雨生, 周益人, 潘军宁, 王兴刚
2016, (5): 124-132.
摘要:
浮式防波堤与其他传统防波堤相比,可适应水深较大、地基软弱、大潮差和引入水体交换等情况,在港口海岸工程、海洋工程以及海水养殖等诸多领域具有广阔应用前景。对国内外浮式防波堤的主要研究成果和进展进行了综述,从理论推导、经验公式和数值计算3个方面归纳和总结了浮式防波堤波浪透射系数的计算方法。介绍了浮式防波堤结构型式的研究进展,重点分析了浮箱式、浮筒式、浮筏式及其相应改进结构等不同型式浮式防波堤的消浪原理和消浪效果,分析比较了不同结构型式浮式防波堤的优缺点。最后介绍了浮式防波堤在国内外的工程应用,并分析了限制浮式防波堤应用的主要原因,指出了目前浮式防波堤研究方面的不足,以及推广应用浮式防波堤需要进一步研究的内容。