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2021年第1期目次

2021, 52(1):  0-0. 

摘要 ( 317 )   PDF (981KB) ( 398 )  

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河长制背景下公众参与河湖治理对策研究——以湖北省为例

胡玉,饶咬成,孙勇,龙德清,李经田,耿润哲

2021, 52(1):  1-5.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2021.01.001

摘要 ( 443 )   PDF (2095KB) ( 451 )  

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全面推行河长制是破解我国新老水问题、保障国家水安全的重大制度创新。通过采用文献分析、调研访谈、问卷调查以及描述性统计等方法,研究了湖北省公众参与河湖治理的情况。结果表明:（1）自2016年全国推行河长制以来,湖北省水环境质量得到了明显改善;（2）湖北省在环保公益组织培育数量、购买第三方服务、发动公众参与水环境治理方面较为滞后;（3）外部体制机制障碍和内部参与主体自身能力不足是造成湖北省公众参与程度不高的主要原因。根据研究结果,制订了相应的对策措施,即可通过完善公众参与的法制机制、强化信息公开力度、建立互信、问责机制等措施来优化和升级湖北省河长制,保障长江经济带水生态安全。

长江中游河漫滩沉积序列对洪水事件的指示——以荆州扬子江剖面为例

罗淑元, 郑丽匀, 曹向明,高震东, 李晓峰, 贾玉连

2021, 52(1):  6-12.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2021.01.002

摘要 ( 209 )   PDF (7357KB) ( 363 )  

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作为全球变化研究的热点之一,古洪水研究对区域防洪减灾有着重要的意义。基于长江中游荆江河段8.30 m高时间分辨率的河漫滩沉积记录,通过137Cs比活度和植物残体14C建立剖面年代框架,分析沉积物的粒度特征指示的沉积环境,并结合历史资料和水文数据,探讨了各个指标对洪水事件的指示。结果表明:(1)河漫滩沉积中存在4类粒度频数曲线,表示了弱而稳定的平流沉积到强且不稳定的(似)河床相沉积环境,分别指示了一般洪水、大洪水和特大洪水事件;(2)平均粒径、分选、粒度频数分维值等13个粒度指标特征表明,平均粒径、砂、(粗粉砂+砂)/(细粉砂+黏土)、中值粒径和粒度频数分维值这5个指标对环境响应敏感,较好地区别了各类洪水事件,它们检出了扬子江剖面记录的1788年来45个洪水年份,与历史文献和水文数据中的洪水年份吻合度在90%以上;(3)这5个指标对洪水年份的检出率分别是82.61%、89.12%、80.43%、71.74%和76.09%。研究结果可为河漫滩沉积序列在高分辨率洪水事件重建中的研究提供参考,也将进一步拓展古洪水的研究内容和内涵。

长距离管道水毁灾害风险的半结构化评价研究

晋良海, 姜桂莲, 易小钰 ,江新, 陈述

2021, 52(1):  13-19.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2021.01.003

摘要 ( 226 )   PDF (1820KB) ( 259 )  

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为提升长距离埋地管道水毁灾害风险辨识和防控能力,构建了长距离管道水毁灾害孕育风险的半结构化评价方法。首先分析长距离管道水毁灾害的孕育特征,归纳水毁灾害风险的易发性和易损性因素,建立水毁风险评价指标体系;然后基于水毁风险评价指标,确定半结构化处理方法,构建FAHP综合评价模型,划分管道水毁风险等级;最后选取川气东送管道改迁工程的10段管道作为评价对象,对易发性和易损性风险指标进行半结构化处理,评价水毁风险等级。结果表明:该工程整体风险评分较高,部分管道风险等级为高风险,需根据分级管控方案优化管道水毁风险因素,提升项目安全管理水平。提出的半结构化评价方法能够有效评价长距离埋地管道水毁灾害风险现状,为管道水毁灾害治理提供理论支撑。

长江南京河段新济洲水源地防洪技术方案研究

曹双, 曾瑞, 刘沛, 蔡磊

2021, 52(1):  20-26.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2021.01.004

摘要 ( 268 )   PDF (2752KB) ( 373 )  

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拟建新济洲水源地位于长江下游南京河段新济洲岛上,这里四面临江,属于长江下游河道行洪区。为了确保防洪安全,合理利用洲滩资源,从分段分类控制利用的视角出发,对近期长江下游大洪水成因及新济洲渡洪方案进行了梳理;利用水力学公式,定量计算水源地的调蓄洪能力;利用二维水流模型,定量分析各流量级下水源地的运用对工程段行洪的影响;根据实测水文资料,分析三峡水库蓄水以来防洪情势的变化。基于上述研究结果,并结合长江下游河道治理、堤防加固等情况,综合确定新济洲水源地的防洪标准为20 a一遇,并制定出了防洪技术方案。研究成果可为相关设计单位、建设单位及行政管理部门决策提供参考。

长江口台风影响能力研究

周才扬, 殷成团, 章卫胜, 张金善

2021, 52(1):  27-30.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2021.01.005

摘要 ( 186 )   PDF (3839KB) ( 267 )  

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长江口作为我国第一大河口饱受台风和风暴潮的侵扰,然而影响长江口的台风活动特征却尚不明晰。基于长江口台风影响圆假定,提出了小区域台风影响能力的评估指标;并利用1949～2018年最佳台风路径资料,采用多指标对影响长江口的台风活动特性进行了长周期的统计和分析。结果表明:1991～2018年的近30 a间长江口台风影响能力略低,但2009年以后台风影响能力一直保持增长趋势。相比20世纪80年代之前,影响长江口的强台风和超强台风数有所减少,但是近年台风总频数较大。

石佛寺水库二维水动力及水质数值模拟与分析

胡艳海, 周林飞

2021, 52(1):  31-38.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2021.01.006

摘要 ( 260 )   PDF (12576KB) ( 400 )  

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石佛寺水库位于辽河干流,具有重要的生态功能。以石佛寺水库为研究对象,基于MIKE21软件的二维水动力模块和水生态模块,对水库生态系统内物理、化学、生物反应进行数值模拟研究,以为水库水环境管理提供一定的科学参考。首先,通过实测数据对模型的参数进行了率定和验证,确定了石佛寺水库二维水动力和水质模型的有效性;然后,运用该模型模拟分析了汛期和非汛期两种工况下的水动力情况,并以水库水动力条件为基础,分析了溶解氧、氨氮、五日生化需氧量、化学需氧量、总氮、总磷6项水质指标的浓度分布情况。结果表明:来水量是影响水库水动力的主要因素;库区内水体流动性良好、无回流区,有利于水体的交换以及污染物的去除;辽河水流经水库后逐级得到了净化,且净化效果在汛期优于非汛期。

尼洋河丰水期Cd浓度与水环境因子的关联分析

郝守宁, 付意成

2021, 52(1):  39-43.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2021.01.007

摘要 ( 168 )   PDF (2006KB) ( 248 )  

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为了解尼洋河干流水体重金属Cd与pH、COD、TN、TP的关系,摸清重金属Cd的空间分布及来源,运用SPSS及GIS模型,对尼洋河干流上10个监测点的pH、COD、TN、TP及Cd指标检测结果进行统计分析,同时利用反距离权重插值法分析干流重金属Cd的空间分布状况。结果表明:(1)尼洋河丰水期干流水体满足Ⅲ类地表水质标准,空间分布上变化幅度最大的指标为COD,巴河与娘曲对尼洋河干流水环境指标浓度影响较大。(2)干流水体中TN与pH、Cd与TP之间存在极显著的正相关性(P<0.01),重金属Cd与TP存在多元回归的线性关系,回归常数为0.003,回归参数为83.072。(3)干流水体重金属Cd沿河流方向总体呈逐步下降的趋势,主要来源于自然矿产及沿河两岸的农业面源污染。研究结果可为尼洋河流域水环境保护治理和重金属Cd的防治提供一定的依据。

鄱阳湖环湖区浅层地下水化学特征及形成机制

赵楠芳, 鄢笑宇, 李青, 付莎莎, 储小东

2021, 52(1):  44-48.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2021.01.008

摘要 ( 172 )   PDF (3345KB) ( 217 )  

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为研究鄱阳湖环湖区浅层地下水化学特征及形成机制,综合应用Piper三线图法、聚类分析法、离子比例系数法等方法,对研究区内242组地下水水样的14项指标进行系统分析。研究结果表明:研究区浅层地下水属于总硬度偏低的弱酸性淡水,地下水中阳离子以Ca2+为主,阴离子以HCO-3为主;Piper三线图表明,研究区浅层地下水水化学类型以HCO3-Ca型、HCO3-Ca·Mg型、HCO3-Na·Ca型和HCO3·Cl-Na·Ca型为主;聚类分析法和离子比例系数法表明,研究区浅层地下水水化学组分受矿物风化溶解作用影响较大,蒸发浓缩和阳离子交换作用相对较弱。

不同大气强迫数据集对流域地表温度模拟的影响

孟含, 金继明

2021, 52(1):  49-55.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2021.01.009

摘要 ( 194 )   PDF (10897KB) ( 135 )  

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为探讨不同大气强迫数据集对陆面模式模拟地表温度的影响,基于不同大气强迫数据集(CMFD,GSWP,CRU-NCEP)和通用陆面模式CLM 5.0,对黄河流域上中游冬、夏季地表温度的多驱动输出模拟结果进行对比分析。结果表明:(1) CLM5.0模式对地表温度具有良好的模拟性能;(2) 3种强迫数据集中,CMFD数据集驱动模式得到的夏季地表温度结果最好,偏差为0.54℃,均方根误差为0.63℃,相关系数为0.95;(3) GSWP数据集驱动模式得到的冬季地表温度结果最好,偏差为0.87℃,均方根误差为1.24℃,相关系数为0.95。因此,不同大气强迫数据集对陆面模式模拟地表温度的影响较大,在后续预测未来气候和水文过程时有必要选择最优大气强迫数据集驱动陆面模式。

喀斯特地区流域洪水退水过程分析——以贵州省黄洲河流域为例

张先荣, 曾成, 狄永宁, 肖时珍, 肖华, 何江湖, 张莹

2021, 52(1):  56-62.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2021.01.010

摘要 ( 253 )   PDF (2835KB) ( 167 )  

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为研究喀斯特地区流域洪水退水的过程特性,以贵州省黄洲河流域为研究对象,对流域径流进行基流分割,运用指数型退水模型公式对退水过程进行模拟。结果表明:(1)黄洲河流域洪水过程的总流量变化与基流变化呈现正相关,退水过程受降雨时长、流量大小以及流域岩性特征等因素的影响。(2)地表径流退水速率大于地下径流退水速率,流域内大量的岩溶孔隙和裂隙存在使地下径流退水加快。(3)起退流量为11.99～381.81 m3/s,退水系数的范围为0.033～0.084,退水系数越大,暴雨洪水时间越短,反之越长。(4)指数型退水模型能够较好地模拟黄洲河流域的退水过程。

1998～2018年关于小流域研究的文献计量学分析

周晓雯, 吕婕梅, 安艳玲, 高亮, 吴振宇

2021, 52(1):  63-68.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2021.01.011

摘要 ( 170 )   PDF (8433KB) ( 146 )  

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为揭示当前国内外小流域的研究现状及研究热点,以Web of Science和中国知网(CNKI)数据库作为中英文文献来源,基于文献计量学分析方法定量分析了1998～2018年期间国内外有关小流域研究的相关文献。分析结果表明:(1)国外从2012年开始进入小流域研究的爆发期,国内发文量保持稳定,总体来说小流域研究在国内外逐渐受到重视。(2)通过统计国内外高频关键词,发现国外对小流域的研究更侧重于探究气候变化对小流域的影响,而国内的关注点更多地放在了对小流域水土流失的综合治理。(3)根据国外高频关键词共现网络可视图可以看出,国外关于小流域的研究方向更多样化。(4)从高频关键词聚类分析结果来看,国外更侧重于小流域的水质及气候变化对小流域生态系统的影响等理论研究,国内比较关注小流域生态综合治理和工程建设等应用性研究。总结得出,国内外对小流域的研究方向存在差异,国内在防治小流域水土流失的同时还应借鉴国外研究,找出小流域生态环境被破坏的原因,帮助小流域生态系统恢复。

基于Shapley值法的水资源利益补偿实证研究——以南水北调中线水源地丹江口库区为例

张竹叶, 刘中兰

2021, 52(1):  69-75.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2021.01.012

摘要 ( 138 )   PDF (1708KB) ( 201 )  

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为缓解水资源利用和收益的不公平性,促进水资源合理配置,推动地区间协调发展,通过建立合作收益贡献度、资源投入度、用水效率、经济发展程度、社会公平正义指标,采用Shapley值法和AHP法,构建了水资源转移利用利益补偿指标体系。选取南水北调中线丹江口核心水源地十堰市和受水区河南省作为水资源转移利用参与主体,进行实证分析。结果表明:资源投入度、合作收益贡献度、经济发展程度成为水资源转移利用利益补偿最主要的影响因素,社会公平因素影响较小;在水源地水资源利益补偿问题上,通常以纵向财政补偿为主,近些年政府间横向补偿力度也有所加大;通过两地收益分配额度和2015年实际横向补偿额度之间的对比,可以看出横向补偿额度在一定程度上体现了对水源区的生态补偿作用,比较符合实际情况。同时,由于利益补偿标准确定具有动态性和复杂性,因此,需要注重经济效益和社会效益的平衡,厘清各主体之间的利益关系,发挥地方和中央两个积极性,从横向和纵向两个层面完善利益补偿机制。

盐城市水资源承载状态变化趋势及障碍因子分析

鲁晓, 董增川, 任华, 臧冬伟 ,朱振业, 陈雨菲

2021, 52(1):  76-82.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2021.01.013

摘要 ( 203 )   PDF (1848KB) ( 208 )  

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为了明确盐城市水资源承载状态,选取协调发展度作为水资源承载状态的表征指标,采用基于博弈论的组合赋权法确定权重,对盐城市2008～2017年的水资源承载状态进行评价,并对障碍因子进行了分析。研究结果表明:(1)盐城市水资源承载状态整体呈好转趋势,等级由“差”发展为“中”,其中,2012年协调发展度最低,为0.296; 2015年协调发展度最高,达到0.721。(2)主要障碍因子为水功能区水质达标率、建成区植被覆盖率、污水集中处理率、人均GDP和生态用水占比,分析可知,水质相关指标障碍度较大,经济社会用水指标的障碍度较小且呈降低趋势。基于评价分析结果,对盐城市的截污限排、加强绿化以及改善水资源的承载状态提出了相应的整改建议和措施。

城市水资源循环利用的多情景系统模拟分析

曾文炉, 荆杨洋

2021, 52(1):  83-89.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2021.01.014

摘要 ( 125 )   PDF (2588KB) ( 189 )  

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城市水资源的循环利用对于缓解供水压力具有重要意义。在进行城市水资源系统循环分析的基础上,采用系统动力学方法,对各种水资源循环利用情景进行了量化模拟分析。在水资源自然循环中,生产用水增长率为1%时,水资源供给量均大于需求量;而生产用水增长率为10%时,2019～2021年缺水量从9.74×102 t快速增加到1.33×104 t;社会循环中,污水回用率从90%提高至95%,回用水量将不断增大,2021年增加量约达1×108 t,而GDP从1%提高至5%,将直接增加污水排放量,2021年的增加量约为6×1010 t;社会经济循环中,污水回用率从90%提高至95%,将节约新鲜水的需求量,节约量从2016年的4.98×107 t增加到2021年的1.139×109 t。结果表明:GDP增速不变时,污水回用率增大,可降低新鲜水的需求量;污水回用率不变时,GDP增速越大,污水排放量越大,应采取管理措施提高水资源循环利用率。

基于岩体结构面特征的地下水封洞库轴向优化

孙驰 ,宋琨 ,穆景超, 梁佳佳

2021, 52(1):  90-95.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2021.01.015

摘要 ( 155 )   PDF (3618KB) ( 178 )  

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地下水封洞库是国家战略石油储备的主要模式,其主洞室轴向的合理布置,不仅对洞室稳定有利,而且可节省支护成本。库址区岩体结构面特征是洞室轴向布置的决定要素。通过对地下水封洞库工程区地表和深部结构面的调查,确定了库址区岩体的4组优势结构面特征;通过设置不同的主洞室轴向布置方案,运用块体理论分别计算了不同方案下洞室可能形成的关键块体的稳定性;以不稳定块体的体积、支护力、不稳定块体数目为评价指标,进行洞室轴向的布置优化,得到了该地下水封石油储备库的主洞室最佳布置轴向为NE0°～40°。研究结果对地下水封石油储备库主洞室的优化布置具有一定的工程指导意义和参考价值。

西江上游封开段花岗岩边坡变形破坏宏观判据研究

刘广宁, 黄长生, 齐信, 王芳婷

2021, 52(1):  96-101.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2021.01.016

摘要 ( 142 )   PDF (11956KB) ( 379 )  

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为了查明西江上游封开段花岗岩类边坡地质灾害类型及发育分布特征,以1∶50 000面上调查为基础,取得了翔实的花岗岩类边坡地质灾害调查资料。据此对边坡破坏类型及失稳模式进行划分,对变形破坏机理进行分析,进而对破坏宏观判据进行研究,以作为区内花岗岩类边坡地质灾害早期识别依据。研究区共调查花岗岩地质灾害点87处,均为小型,以全风化和微风化灾害居多,多发育分布在50～220 m、25°～45°的边坡地带;风化程度对其变形破坏模式起到控制作用,总体可划分为“滑移(滑塌)、倾倒、崩落(坠落)”3种类型。风化程度、坡型特征、地形坡度、节理裂隙发育状况、宏观变形特征等5个因素可作为研究区花岗岩类边坡变形破坏模式及失稳前的宏观判据。研究区花岗岩地质灾害主要包括“软化崩解、累进性破坏、刚性破坏”3种变形破坏机理。其中累进性变形破坏机理覆盖了所有花岗岩地质灾害体,软化崩解机理主要体现在中-全风化花岗岩类边坡地质灾害中,而刚性变形破坏机理主要体现在微风化和球状风化花岗岩类边坡中。

基于时间序列和GRU的滑坡位移预测

鄢好, 陈骄锐, 李绍红, 吴礼舟

2021, 52(1):  102-107.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2021.01.017

摘要 ( 267 )   PDF (4904KB) ( 268 )  

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近些年随着深度学习的兴起,长短时间记忆网络(LSTM)常应用于滑坡位移的预测。GRU(Gated Recurrent Unit)是LSTM的一种改良,为此提出了一种联合时间序列和GRU神经网络来预测滑坡位移的方法。采用移动平均法将滑坡总位移曲线分解为趋势项位移和周期项位移,灰色Verhulst模型描述趋势项变化;考虑降雨和库水位等对滑坡位移的影响,应用Python语言搭建了一个3层GRU网络和全连接层(Dense)网络,以预测周期项变化,并用三峡库区八字门滑坡监测点ZG111位移监测数据对该方法进行了验证。结果表明:该方法相较于GRNN模型更能有效地利用历史信息,预测效果得到明显提高,可为滑坡预测提供重要的参考。

机载LiDAR在山区型河道地形测绘中的适用性研究

刘世振, 邓建华, 冯国正 刘少聪, 何友福, 胥洪川

2021, 52(1):  108-113.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2021.01.018

摘要 ( 170 )   PDF (5194KB) ( 274 )  

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河道地形是河流保护与利用的基础支撑资料,采用传统手段测绘山区河道地形具有作业风险高、难度大、效率低等不足,采用航测手段则具有高程精度低、植被覆盖地面信息无法获取等不足。机载LiDAR具有较强的植被穿透性,结合影像与激光的优势,可以很好解决以往山区河道地形作业方式的不足。与其他作业区域相比,地形坡度、植被覆盖度会影响机载LiDAR在山区河道地形测绘中的作业精度。为研究机载LiDAR在山区型河道地形测绘中的适用性,首次提出了按地形类别、地表覆盖物对典型山区河段进行机载LiDAR植被穿透性、作业精度研究。研究结果表明:(1)机载LiDAR获取影像平面精度优于点云,可充分结合影像平面精度高、激光点云高程精度高及丰富地表信息表达方式的优势;(2)机载LiDAR具有良好的植被穿透性;(3)点云高程精度受地形坡度、植被覆盖率影响,坡度越大、植被越密集,精度越低;(4)点云等高线由不经抽稀的点云生成,等高线精度与点云精度接近;(5)机载LiDAR在在山区型河道地形测绘具有较好的适用性。

三峡船闸运行调度人机集成设计方案研究

杨全林, 李涵钊, 陈鹏

2021, 52(1):  114-121.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2021.01.019

摘要 ( 131 )   PDF (2096KB) ( 142 )  

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针对三峡船闸运行调度过程对人机交互和人工决策高度依赖,以及运行调度过程高度相似性制约船闸运行效率进一步提升的问题,提出了人机集成智能决策设计方案。利用机器学习和知识建模等面向机器推理和人类决策的智能化方法,将船闸运行过程中的调度工艺知识、规则、语义等概念经过人机集成设计流程集成和融合,并进行关系重构,建立了船闸运行调度人机集成设计模型。通过模型的时序分析和计算,可超实时仿真船闸运行调度过程。实践表明:与原始人工调度方法运行数据相比,新的调度模式在提升运行调度安全可靠性的同时,一定程度上还提升了三峡船闸运行效率,为实现船闸管控一体化提供了理论支撑。

叶巴滩高拱坝坝肩稳定分析及其加固效果评价

张芮瑜, 陈媛, 张林 ,刘子安 ,杨宝全, 董建华, 张冲

2021, 52(1):  122-128.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2021.01.020

摘要 ( 159 )   PDF (6284KB) ( 133 )  

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叶巴滩高拱坝地质条件复杂,坝体与坝肩的稳定安全问题突出,工程安全性评价及加固处理方案的确定至关重要。采用数值计算分析了叶巴滩拱坝在天然地基条件下的坝肩稳定,并针对揭示的薄弱环节提出加固措施。对加固后的拱坝进行有限元计算及三维地质力学模型试验,综合评价坝肩整体稳定安全性及加固措施的有效性。研究结果表明:天然地基条件下的坝体与坝肩变位较大,并呈现明显左右不对称特性,拱端附近发育的软弱结构面相互错动,对坝肩稳定起控制性作用。坝肩主要结构面加固后,坝体及坝肩变位减小,对称性得到明显改善,坝肩承载力及稳定性得到有效提高,表明所采取的处理措施对拱坝受力变形和坝肩稳定起到良好的加固作用。

深埋长隧洞斜井混凝土运输方案研究

姚勇强, 莫文, 梁仁强 ,凌旋

2021, 52(1):  129-133.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2021.01.021

摘要 ( 129 )   PDF (1645KB) ( 158 )  

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香炉山隧洞长62.596 km,是滇中引水工程中最长的深埋长隧洞,隧洞全断面需进行二次衬砌,衬砌工程量大,施工强度要求高。受地形条件限制,部分施工支洞采用了斜井作为施工通道。在总结比较类似工程斜井混凝土运输方案的基础上,根据香炉山隧洞多条斜井的特点及混凝土施工的运输要求,分别选择了泵送、溜槽和提升机运输混凝土的方案,并对各方案施工中需采用的主要技术措施进行了研究。相关经验可为类似深埋长隧洞工程施工提供参考。

无居民海岛近岸海漂垃圾收集技术应用研究

曹凯飞, 刘世昌

2021, 52(1):  134-138.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2021.01.022

摘要 ( 157 )   PDF (3432KB) ( 164 )  

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无居民海岛是我国领土的重要组成部分,近年来,其海洋资源价值日益受到关注,国内掀起了建设高潮。但随着海岸带工业的发展以及各种海上活动的加剧,不可避免地产生了海漂垃圾。海漂垃圾造成的海洋生态环境污染、海岛岸线景观破坏等一系列问题,严重影响了无居民海岛的生态保护与整治修复。从近岸海漂垃圾自驱动收集技术关键点、现场实际应用效果、效益分析等方面介绍了一种适用于近岸海域、以自驱动式为主的无能耗海漂垃圾拦截收集技术,该技术在福建省平潭大屿海岛海漂垃圾整治中得到了成功运用。相关经验可为类似海漂垃圾整治提供借鉴。

岩石隧道掘进机在岩石地层地铁隧道修建中的应用

郭军

2021, 52(1):  139-144.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2021.01.023

摘要 ( 217 )   PDF (8018KB) ( 180 )  

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目前地铁隧道建设多采用盾构机,对于硬岩地层盾构施工效率低、能耗高。为了提高岩石地层地铁隧道的修建速度,依托青岛地铁隧道工程,探索岩石隧道掘进机在地铁隧道修建中的应用技术。通过常用TBM适应性对比分析,得出了紧凑型双护盾TBM具有更高的地质适应性;通过紧凑型双护盾TBM施工实践,提出了弧形导向台反力支撑架、预埋钢轨反力牛腿步进以及首环管片反力环始发技术,提出了利用锁紧装置主动拉紧管片的到达技术;通过现场掘进数据统计分析,建立了不同等级围岩条件下推力、扭矩、刀盘转速、掘进速度等参数的选取范围,建立了推力、扭矩与贯入度的匹配关系。紧凑型双护盾TBM在青岛地铁隧道建造的成功应用,为岩石地层城市地铁隧道的建造提供了更多的技术与方法。

适应整体式闸室结构的船闸输水系统研究

吴英卓, 江耀祖, 刘火箭, 王智娟

2021, 52(1):  145-150.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2021.01.024

摘要 ( 159 )   PDF (2971KB) ( 153 )  

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采用整体式闸室结构的船闸,闸室宽度较大时需采用左、右侧完全独立的输水系统布置型式,相关规范中经典左、右侧独立的输水系统布置适用于较低水头船闸,若应用于中、高水头船闸则闸室内停泊条件较差,且系缆力难以满足要求。以水头近20 m,闸室平面尺寸达120.0 m×23.0 m的孤山船闸为例,对左、右侧独立的船闸输水系统布置型式创新设计进行了介绍。通过类比分析、数模计算和物理模型试验研究,最终确定了独创性的自分流全闸室出水2区段4纵支廊道等惯性输水系统布置型式及阀门运行方式,很好地解决了中、高水头船闸在大闸室宽度下,左、右侧输水系统完全独立带来的闸室内停泊条件较差的问题。相关经验可供类似中、高水头船闸设计参考。

小水电站压力管道水动力学特性研究

毛成, 苏立 ,潘月国, 刘卓娅 ,李林峰 ,沈春和

2021, 52(1):  151-157.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2021.01.025

摘要 ( 144 )   PDF (5931KB) ( 176 )  

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为研究我国西南地区小水电站压力管道内水动力学特性,以贵州省小东风水电站为例,采用流体计算软件CFD进行了三维湍流流动数值计算。研究结果表明:水电站平均流量下的压力管道水力损失为0.056 m,水力损失较小;不同流量下压力管道出口的流速均匀度均在92%以上,变化幅度在1%以内;不同流量下压力管道靠近转轮处的弯管内侧均存在高速区,弯管外侧均存在低速区,随着流量的增大,弯管内侧的高速区范围逐渐增大;在流量8～10 m3/s时弯管处速度梯度范围较小,涡旋也较少,压力管道较为稳定,不易发生压力管道振动的现象,流量或大或小局部静压的突变均较大,不利于压力管道的稳定运行;压力波动最大的位置为压力管道靠近转轮的弯道管内壁面。研究成果可为水电站压力管道振动特性研究、定期维护及传感器安装提供指导。

地聚物的性能影响因素研究及其应用进展综述

黄小川, 刘长江, 王梦斐 ,何欣, 徐钟

2021, 52(1):  158-166.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2021.01.026

摘要 ( 455 )   PDF (6034KB) ( 294 )  

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作为传统胶凝材料的水泥因生产过程中能耗高、碳排放量大,不符合当下节能减排的趋势,人们因此开始寻找新的胶凝材料来作为水泥的替代品,地聚物(Geopolymer)正是目前被认为最具前景的绿色新型材料。地聚物原料来源广泛,以工业废弃物(矿渣、粉煤灰)或其它以硅、铝、氧为主要元素的硅铝质材料为主,它既具有比水泥更优异的性能,又具有工艺简单、能耗少、环境污染小等优点,有利于建筑行业的可持续发展。综述了硅铝质原料、碱激发剂、养护制度、外加剂和骨料级配等因素对地聚物性能的影响,并结合当前的研究情况提出了地聚物性能的改善方式。除此之外,介绍了地聚物的应用情况,最后总结了地聚物发展的前景和所面临的挑战。

微生物拌和固化海相粉土的抗压强度试验研究

付佳佳, 姜朋明, 纵岗 ,丁金画

2021, 52(1):  167-172.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2021.01.027

摘要 ( 139 )   PDF (2326KB) ( 192 )  

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微生物诱导碳酸钙沉积(MICP)技术的研究主要针对粒径较大的砂土,对于使用MICP技术加固粉土的研究还有待进一步深入。通过无侧限抗压强度试验研究MICP拌和加固江苏省沿海吹填粉土的强度变化规律。在拌和过程中考虑了菌液和加固液的配比、加固液浓度的变化以及不同钙源对粉土固化效果的影响,然后与相同级配条件下的未加固试样进行对比。结果表明:(1)采用拌和法可以较简便、较均匀地加固粉土试样,随着拌和法固化效果的提升,试样逐渐表现出较为明显的脆性破坏现象。(2)加固液浓度为1.5 mol/L时,固化粉土试样的无侧限抗压强度能达到未加固试样的1.5倍。(3)两种钙源条件下固化粉土试样的无侧限抗压强度变化规律相近,但以Ca(CH3COOH)2作为钙源进行固化的试样的无侧限抗压强度均低于以CaCl2作为钙源的试样。(4)采用CaCl2作为钙源,拌和过程中在菌液与加固液的体积比为3/7,加固液浓度为1.5 mol/L的工况条件下,粉土试样的固化效果达到最佳。

堆石料缩尺效应试验研究

刘赛朝, 吴鑫磊, 徐卫卫 ,石北啸

2021, 52(1):  173-176.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2021.01.028

摘要 ( 167 )   PDF (2023KB) ( 152 )  

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为研究堆石料缩尺后,强度、变形和邓肯张E-B模型参数等的变化规律,对某堆石坝主堆石区料开展试样尺寸分别为Φ500×1 000 mm(最大试验粒径为100 mm)和Φ300×700 mm(最大试验粒径为60 mm)的超大型三轴和大型三轴剪切试验。结果表明:(1)大型三轴的内摩擦角和峰值应力大于超大型三轴;(2)大型三轴邓肯-张弹性模量参数k以及体积模量参数Kb分别比超大型三轴大16.92%和9.44%;(3)大型三轴和超大型三轴的初始变形模量呈幂函数关系,泊松比呈二次多项式关系。

冻融循环下盐渍土力学特性及本构模型研究综述

李生伟

2021, 52(1):  177-182.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2021.01.029

摘要 ( 138 )   PDF (1704KB) ( 206 )  

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盐渍土在冻融循环的作用下工程和力学性质会变差,对工程建设不利。主要对近年来在冻融循环作用下盐渍土的力学特性以及应力应变本构模型方面的研究成果进行了综述。冻融循环作用会破坏土体微观结构,使得土体内部结构和胶结方式发生改变,这与其宏观力学特性具有良好的映射性;盐渍土力学强度主要受冻融循环次数、含盐类别、含水量以及含盐量等因素的影响,不同条件下其变化规律不尽相同。目前,针对冻融循环作用下盐渍土的本构模型研究未考虑实际工程中复杂的外界环境,取得的成果相对较少。同时,今后针对冻融循环作用下盐渍土的研究应主要集中在现场试验、本构模型以及混合盐盐渍土等方面。

完整-损伤千枚岩各向异性蠕变试验研究

王甲亮, 李列列 ,卓莉

2021, 52(1):  183-189.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2021.01.030

摘要 ( 141 )   PDF (2830KB) ( 134 )  

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层状岩体在地壳中广泛存在,开挖破损的层状岩体具有较强的时间效应,深入研究含损伤层状岩体的各向异性蠕变特性,具有重大工程意义。以具有典型层理构造的千枚岩为研究对象,按层理面与主应力方向的关系加工制作成垂直组和平行组二组岩样。采用三轴压缩分别制作含损伤的垂直组和平行组岩样,再采用三轴程控蠕变仪对完整以及含损伤的垂直组、平行组岩样进行不同围压下的分级加载蠕变试验。试验结果表明:(1)蠕变变形量和稳态蠕变速率均随着应力水平的提高而非线性增加;(2)损伤岩样的蠕变变形量和稳态蠕变速率要高于完整岩样,而围压可减小完整和损伤岩样间的差异;(3)稳态蠕变速率随围压的升高而下降;(4)相同应力水平下,垂直组完整和损伤岩样的差异小于平行组;(5)不同围压下,平行组岩样的蠕变变形量和稳态蠕变速率均低于垂直组;(6)平行组的长期强度高于垂直组;(7)损伤岩样的长期强度增长速率高于完整岩样;(8)垂直组岩样长期强度提高幅值高于平行组。

基于原位取样的地下洞室喷射混凝土抗弯性能试验

马雨峰, 黄书岭 ,王兰普 ,吕风英 ,孔张宇, 何军

2021, 52(1):  190-195.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2021.01.031

摘要 ( 128 )   PDF (5284KB) ( 144 )  

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钢纤维混凝土是一种常用的喷层支护材料,其抗弯性能的强弱是决定喷层材料是否发生开裂的重要因素之一。目前,钢纤维混凝土抗弯性能测试采用的试样多以浇筑成型方法获取。为了更真实地反映工程中处于真实工作状态的喷射混凝土的抗弯性能,采用工程现场原位取样、室内切割加工成型的方法制作试样,并采用四点弯曲试验的方法进行抗弯性能测试。基于抗弯强度和残余抗弯强度试验结果,发现取样取自不同区域时,上述强度指标有所差异。通过试样的钢纤维含量分析,发现钢纤维含量与试件的抗弯强度总体上呈线性正相关关系,钢纤维的含量是导致喷射混凝土抗弯强度差异的重要因素。进一步与既有文献的混凝土抗弯强度测试成果对比分析,发现基于原位取样获得的混凝土抗弯强度值,在整体上要小于采用浇筑成型方法制作试样获得的抗弯强度。认为采用原位取样方法获得试件更能反映地下洞室喷混凝土结构的实际工作性态。

锥台型装配式基础冻拔与抗压承载性能模型试验

王卫东, 崔强 ,韩杨春 ,张树林 ,丁士君

2021, 52(1):  196-203.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2021.01.032

摘要 ( 139 )   PDF (5794KB) ( 216 )  

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针对冻土地区输电线路工程杆塔基础的冻拔破坏问题,提出了一种锥台型装配式基础。通过大型冻土模型试验,考察该基础在不同冻结环境条件下的冻拔特性和抗压承载性能。试验结果表明:(1)基础的冻拔位移低于周围地表冻胀位移,地基冻胀量随着与基础距离的增大而增大,该种基础具有良好的抗冻拔性能,且对地基冻胀变形具有限制作用;(2)在冻土地基条件下,基础的下压荷载-位移曲线呈现“缓变型”,随着冻结环境温度的降低,曲线位置逐渐向右侧移动,基础的抗压承载性能逐渐增强;(3)基础的极限抗压承载力随着冻结环境温度呈线性增长规律,变化速率约为10.5 kN/℃,基础的破坏是由温度应力与外加荷载共同作用所引起的,外荷载的作用导致地表前期产生的冻胀裂缝进一步拓宽、延伸,最终导致地基基础体系发生破坏。

泵站后浇带混凝土温度场及温度应力场数值分析

易廷军, 王子龙, 纪宪坤

2021, 52(1):  204-211.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2021.01.033

摘要 ( 201 )   PDF (9007KB) ( 192 )  

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为确定泵站后浇带施工方案,控制温度裂缝,通过对ABAQUS软件二次开发,分析了泵站后浇带混凝土结构施工过程中的温度场和温度应力场。利用用户子程序DFLUXT来定义混凝土水化热的产生,利用子程序FILM来定义混凝土浇筑及养护过程中的环境温度变化情况,利用子程序UMAT来进行混凝土的徐变及应力场的模拟分析,对湖北省洪湖螺山水电站泵站主泵房后浇带混凝土进行有限元分析,模拟结果与实测结果吻合度达到90%以上,且中心位置的模拟精度可达95%,可准确计算泵站后浇带结构施工过程中的温度场和温度应力场。通过提取后浇带混凝土内部特征点的温度场和应力场分析结果发现:厚度方向温度的最大值出现在混凝土中点位置偏下约20 cm处;温度应力最大值出现在混凝土上表面处,且温度应力在距混凝土上表面10 cm的位置开始急剧增长。

气垫式调压室控制阈值整定方法研究

欧传奇, 刘德有 ,周领

2021, 52(1):  212-217.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2021.01.034

摘要 ( 129 )   PDF (2665KB) ( 161 )  

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受漏气及季节性温度变化等的影响,气垫式调压室采用“等P0·V0值”运行控制模式时,仍需要进行补、排气操作,才能确保电站的正常稳定运行。在分析常用的气垫式调压室“等P0·V0值”运行控制模式特征的基础上,提出了气垫式调压室运行控制常数的优化确定方法,分析了气室控制参数稳态和动态变化范围及相互关系,分区提出了补气、排气的要求,以及其控制阈值的整定方法及原则;并针对动态信号干扰阈值整定等问题,提出了4种运行状态识别方法,对阈值整定具有明显的改进作用,为气垫式调压室运行控制提供了系统化、标准化的控制阈值整定思路和方法。

三峡库区开县农村移民生活安置效果评价

江小青, 徐会显, 周晖

2021, 52(1):  218-223.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2021.01.035

摘要 ( 194 )   PDF (1660KB) ( 177 )  

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三峡移民安置涉及范围广、移民数量大、项目多、持续时间长,是一项复杂的系统工程。以库区典型区县——重庆开县为例,系统调查了开县不同类型农村移民户生活安置情况,并结合相关政府统计、访谈记录等资料,从居住条件、收入状况、生活消费支出、生活水平以及基础设施配套5个方面,对生活安置效果进行研究分析。结果表明:库区农村移民居住条件、基础设施得到了一定改善,收入状况以及生活水平得到恢复,生活安置取得初步成效,但在社会公共事业服务、基础设施覆盖等方面未来仍需进一步加强。

数字化建设管理模式在DG水电站中的应用

田继荣, 张帅 ,林瀚文, 岳超

2021, 52(1):  224-229.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2021.01.036

摘要 ( 154 )   PDF (5298KB) ( 179 )  

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针对大型水电站工程建设期管理复杂、施工信息繁多、数据管理困难等特点,基于BIM、大数据、物联网和云计算等前沿技术,提出了“1+1+N”的大型水电站工程数字化建设管理模式。结合DG水电站工程的实际特点,应用“1+1+N”的管理模式进行了数字化建设管理。应用结果表明:该模式的应用极大地简化了DG水电站建设期的工程数据管理难度,解决了传统管理模式下的“数据孤岛”问题,有效地提高了工程管理的效率和水平,实现了工程建设的精细化管理,为大型水电工程建设管理创新和提升提供了良好的借鉴。

智慧水利信息平台设计与实现——以福建省沙县智慧水利信息平台为例

徐健, 李国忠, 徐坚, 肖潇 ,赵保成 ,付珺琳

2021, 52(1):  230-234.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2021.01.037

摘要 ( 198 )   PDF (6627KB) ( 399 )  

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传统水利行业普遍面临信息共享壁垒高筑、设计规划片面不全、服务沟通不畅等诸多难题。在物联网、大数据、云计算等新技术带来的时代变革以及“智慧城市”建设大背景下,以福建省沙县智慧水利信息平台为例,论述了“智慧水利”的构建思路及实践经验。平台设计开发了水利一张图、水资源管理系统、采砂管理系统、水利工程管理系统及水利视频管理系统等5个子系统,整合了已建成的山洪灾害预警系统及河长制管理系统,建设了配套的水利数据中心,并制定了智慧水利标准。智慧水利信息平台的建设使得沙县水利局信息共享和综合应用水平进一步提高,有效提升了沙县的水利信息化建设水平,为福建省乃至全国县(区)级水利信息化建设树立了标杆。