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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
, doi: 10.12170/20200209001
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。
新型低温早强剂的制备与性能研究
张丰, 白银, 蔡跃波
, doi: 10.12170/20190320003
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。
基于水龄抑制蓝藻水华的供水水库取水方案优选
杨金艳, 徐勇, 周杰, 吴时强
, doi: 10.12170/20190226004
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。
白石水库饮用水水源保护区划分合理性研究
程然, 李静, 任华堂, 夏建新
, doi: 10.12170/20190612002
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。
冰温度膨胀力室内模拟及影响因素试验研究
汪恩良, 冷玉鹏, 韩红卫, 肖尧, 富翔
, doi: 10.12170/20191009001
摘要:
东北地区冬季气候寒冷,河渠、水库等水工建筑物在冬季由于结冰形成的冰盖会产生作用于水工建筑物上的静冰荷载。随着温度升高,冰盖板产生冰温度膨胀力,会对野外水工建筑物造成破坏。由于野外观测周期长,且多种条件限制野外实地观测,因此,为了研究冰盖的冰温度膨胀力及其相关影响因素,在低温环境模拟实验池内进行了冰温度膨胀力室内模拟试验,并对冰温、冰厚等相关影响因素进行了分析。结果表明:冰温度膨胀力产生于气温升高阶段,且随着温度的升高,冰温度膨胀力呈增大趋势。冰温度膨胀力发展到峰值时,对应冰温为−1.9 ℃,环境温度接近0 ℃,与野外实际观测结果相符。室内试验的最大冰温度膨胀力为118.7 kPa,试验的最大冰厚为10.65 cm,冰温度膨胀力的最大峰值出现在冰盖板的3.5 cm处,表明冰温度膨胀力的作用点在最大冰厚的1/3处,且冰温度膨胀力沿冰厚呈先增大后减小的分布。
从父子型窝塘地形变化探讨窝崩机理
应强, 张幸农, 罗龙洪, 苏长城, 假冬冬
, doi: 10.12170/20190425002
摘要:
窝崩涉及水与土的交互作用,因其发展速度快,且位于水下难以观测,故其发展过程和运移规律很难掌握,对窝崩的成因机理也存在不同观点。选择长江下游和畅洲左汊洲头进口侧2012年发生的窝崩(子窝崩)作为研究对象,此窝崩是在原已发生窝崩(父窝崩)的窝塘湾腰上的继发性窝崩。比较了父窝塘及口门附近长江深槽窝崩前4年的地形变化,发现窝崩口门外长江地形呈淤积状态,这与已往认为窝崩是由深槽冲蚀引起的概念不符。父窝塘上湾腰地形2010年11月至2012年2月间淤积,2012年2月至2012年10月窝崩前无地形资料比较,根据水文资料分析,推测为冲刷,说明在较浅槽内一个水文年内的河床冲刷可引发窝崩。子窝崩发生前后,父窝塘下部区域地形变化不大,说明窝崩产生的泥沙在近底层向较低处输移,对周边相对较高河床地形影响不大。
考虑底部过流的透水框架群阻力系数研究
刘建华, 杨中华, 李达, 李明
, doi: 10.12170/20190216001
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。
快硬硫铝酸盐水泥基封堵材料早期性能研究
范成文, 白银, 李平
, doi: 10.12170/20190321001
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。
基于边界面的多隔舱筒形基础动力分析
吴诗阳, 曹永勇
, doi: 10.12170/20190523001
摘要:
多隔舱筒形基础作为近几年发展起来的海上风电基础结构,其稳定性能极大影响了风机的安全性。为研究在极端风荷载作用下筒形基础的稳定性,通过AR自回归线性滤波法,模拟脉动风速谱,采用边界面弹塑性动力本构模型,运用大型有限元分析软件ABAQUS进行了三维动力数值分析,研究了该结构在随机风荷载作用下的沉降发展、动力响应和周围土体的孔压变化情况。研究表明:随着加载持续,筒体的水平位移、转角和竖向位移均呈缓慢增长趋势,同时筒体顶部水平位移远大于端部位移;基础内部土体孔压受分舱板影响,发展缓慢且小于基础外侧土体孔压,沿筒径方向,越靠近筒壁孔压越大;基础外侧,土体孔压随埋深的增加逐渐减小,最后趋于稳定;土体的应力路径逐渐向临界状态线靠近,但并未达到破坏标准。
中国水-能源-粮食关联系统协同安全评价
刘晶, 刘翠善, 李潇, 王国庆, 鲍振鑫
, doi: 10.12170/20190603009
摘要:
为保障我国水-能源-粮食关联系统安全,运用压力状态响应模型对我国2007—2016年水-能源-粮食关联系统进行协同安全性评价。选取16个代表性指标,构建我国水-能源-粮食关联系统协同安全评价指标体系及评价模型,利用层次分析法确定各指标权重,根据2007—2016年全国及各省区相关指标统计数据,对全国及不同地区水-能源-粮食关联系统进行协同安全评价。结果表明:近10年全国水-能源-粮食关联系统的协同安全度总体呈波动上升趋势。北京、天津和上海等省区水-能源-粮食关联系统综合协同安全度较高;而宁夏、新疆和重庆等地区综合协同安全度低;大部分省区关联系统综合协同安全度水平2012—2016年高于2007—2011年。
雅砻江流域水电站水足迹计算及分析
俞雷, 贾本有, 吴时强, 吴修锋, 徐鹏, 魏金俐
, doi: 10.12170/20190603003
摘要:
为量化水电开发利用对当地水资源消耗情况,引入水电站水足迹概念,以雅砻江流域梯级水电站群为研究对象,选择总水量消耗法,利用多年实测资料,考虑3种空间系统边界(一库一级、一库多级、流域整体),计算了干流7座水电站的水足迹。结果表明:(1)雅砻江流域7座水电站的水足迹范围为0.01~2.91 m3/GJ,平均水足迹为1.13 m3/GJ,小于其他空间尺度研究的水足迹,表明雅砻江流域水电开发利用的水资源利用效率高于其他地区和流域;(2)水电站水足迹主要受能效因子(单位装机容量的库区水面面积)和地形因子(库区水面面积与库区平均水深比)影响(相关指数分别为0.950 7和0.783 1),而蒸发深度和气象因子(降雨量和气温)对水电站水足迹值的影响较小;(3)水电站水足迹值与空间系统边界的设定有关,需根据水电站实际运行方式选择合适的空间系统边界。
基于ABAQUS的降雨条件下鄂东南崩岗侵蚀分析
马鹏飞, 夏栋, 许文年, 杨威, 罗婷
, doi: 10.12170/20181228004
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域特性为目标,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。
气候变化下黄河流域未来水资源趋势分析
王国庆, 乔翠平, 刘铭璐, 杜付然, 叶腾飞, 王婕
, doi: 10.12170/20200216001
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。
基于区间型贝叶斯模型的湟水干流水质评价
陆丹, 耿昭克, 闵敏, 王司阳
, doi: 10.12170/20191220002
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。
黄河上游连续弯曲多滩险河道整治方案数值分析
李健, 王平义, 许百强, 贺小含, 王梅力
, doi: 10.12170/20190901001
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。