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2021年第11期目次

2021, 52(11):  0-0. 

摘要 ( 112 )   PDF (821KB) ( 170 )  

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水库群联合调度全周期-自适应-嵌套式建模方法

仲志余,王学敏,丁毅

2021, 52(11):  1-8.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2021.11.001

摘要 ( 284 )   PDF (4207KB) ( 387 )  

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随着长江上游控制性水库群陆续建成投产,亟需提升水库群联合调度水平,促进水资源综合效益进一步发挥。针对流域水库群综合调度,研究了调度阶段划分方法,提出不同阶段各目标间的竞争协同关系,结合已有调度规程和成果给出了调度方式的数字化方法,形成了全周期-自适应-嵌套式调度模型搭建新技术。进一步以长江上游30座控制性水库为研究对象,明确了不同调度期的主要目标和运行条件,结合长江流域特征提出了针对性计算条件和防洪、供水、发电、水量利用率等方面的效益增量约束。最后,在长江流域进行了水库群联合调度案例计算分析。结果表明:提出的水库群多目标调度方法可有效发挥水库群综合效益,为流域调度管理提供有力支撑,具有较好的实用价值。

黄河夺淮对淮河中下游影响及防洪治理措施综述

陈珺，于明田，邓丽华，陆迎香

2021, 52(11):  9-15.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2021.11.002

摘要 ( 368 )   PDF (4256KB) ( 200 )  

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历史上黄河夺淮对淮河造成了重大影响，导致淮河中下游洪涝灾害频发，目前黄河虽已北归，但其带来的不利影响仍延续至今。阐述了黄河夺淮对淮河水系和洪泽湖演变的影响，回顾了1949年至今中国在淮河治理方面的成就，指出了淮河流域目前存在的洪涝问题，并对今后应采取的淮河治理措施进行了分析。结果表明：为了治理淮河的洪涝灾害，应当采取扩大中游河槽、开挖引河、河湖分离、建设入海水道二期工程等工程措施，同时应与非工程措施相结合，并综合考虑水资源、航运等影响，开展多目标的综合治理。

重庆市綦江城区城市规划与防洪策略研究

宋妮，要威，李昌文

2021, 52(11):  16-21.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2021.11.003

摘要 ( 149 )   PDF (9327KB) ( 221 )  

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重庆市綦江城区是典型的长江上游山区性河岸城市。近些年来，由于城市沿河扩建挤压行洪空间、防洪工程体系薄弱、河道构筑物阻水等原因，导致洪灾损失巨大，引起了社会广泛关注。通过开展水文分析计算，明晰了洪水组成及特征，提出了修建控制性水库、拆迁避让及实施河道整治、堤防建设的“三步”防洪策略；并借助于数学模型计算了不同整治措施的效果，创新地提出了綦江城区“扩-退-挡-蓄-管”综合治理的防洪治理思路。结果表明：提出的防洪治理思路可以使綦江城区达到50 a一遇防洪标准的治理需求。研究成果可为长江上游城市防洪规划建设提供借鉴。

基于DEA模型的陕西省地质灾害防治投入效果评价

李惠， 滕宏泉

2021, 52(11):  22-27.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2021.11.004

摘要 ( 124 )   PDF (1597KB) ( 179 )  

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随着国家对地质灾害防治的高度重视，地质灾害防治投入力度逐年加大，评价地质灾害防治投入效果可为开展有效的地质灾害防治工作提供科学依据。在分析陕西省地质灾害现状的基础上，基于DEA-BC2模型对2008～2018年地质灾害防治进行效果评价，并对综合效率值、技术有效性和规模收益进行分析，再运用层次分析法比较，提出针对陕西省地质灾害防治的重要措施。研究结果表明：2008,2011年和2012年处于综合效率前沿，说明地质灾害防治投入取得了较好的效果；其余年份地质灾害防治投入产出结构欠佳，需进一步改善投入规模或提升技术水平。在防治手段上，论证了地质灾害监测预警、气象预警、人为工程活动的有效监管以及地质灾害调查评价等是提升陕西省地质灾害防治水平的重要措施。研究结果可为今后加强地质灾害防治提供参考与借鉴。

长江南京河段岸线景观资源保护对策探讨

唐晓岚， 周铭杰， 杨阳， 李彬彬， 张晶晶

2021, 52(11):  28-33.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2021.11.005

摘要 ( 152 )   PDF (6193KB) ( 209 )  

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沿江岸线的良好生态环境不仅对提升城市景观层次、保护水生生态环境等方面具有重要作用，而且也是打造长江“最美岸线”的基石，因此，沿江岸线景观资源的保护具有重要意义。通过对长江南京河段沿江岸线景观资源保护的优势、劣势、机遇与威胁进行SWOT分析，提出6点相应对策：(1)抓住政策叠加机遇，推进沿江景观资源保护相关的规范制度细化与联合勘察实施；(2)依托一江两岸文化积淀，活化沿岸文化遗产，描绘滨江景观蓝图，提升活化沿岸文化；(3)利用沿岸景观生态本底，合理区划生态保护，发挥景观资源多元功能；(4)结合岸线清退调整，加快江滩复绿工程进展；(5)借力“互联网+”大数据理念，实现沿岸景观资源的统筹管理；(6)保护沿江原生环境，减轻外来物种入侵威胁，提高江滩生态韧性设计。

龙江河沉积物重金属污染特征及生态风险评价

散剑娣， 蔡德所， 靖志浩， 杨佳星 ，李书恒， 陈声震

2021, 52(11):  34-41.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2021.11.006

摘要 ( 121 )   PDF (9905KB) ( 181 )  

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为了解广西龙江河表层沉积物中重金属的污染状况，于2018年3月采集12个样点的沉积物样品，测定沉积物中重金属Cu、Zn、Pb、Cd、Cr、As的含量和赋存形态，运用地累积指数法、潜在生态风险指数法对沉积物中重金属的污染程度和生态风险进行评价，并分析了沉积物中重金属的来源。结果表明：(1)除Cr的平均含量近似于背景值外，Cd、 Pb、As、Zn、Cu的平均含量分别为背景值的57.88,7.12,6.30,4.19,2.17倍。(2) Cr和As以残渣态为主；Zn在中上游碳酸盐结合态含量较高，在下游铁锰氧化物结合态含量较高；Cu和Pb的铁锰氧化物结合态和有机物结合态含量较高；Cd以铁锰氧化物结合态和碳酸盐结合态为主，与2013年相比，铁锰氧化物结合态含量大幅度减少，碳酸盐结合态含量大幅度增加。(3)地累积指数表明，Cr为未污染，Cu为轻度污染，Zn和As为偏中度污染，Pb为中度污染，Cd为严重污染。潜在生态风险指数表明，Cu、Zn、Pb和Cr 4种元素均为低生态风险，As和Cd元素生态风险指数较大。(4)沉积物重金属相关性表明，Cu、Zn、Pb、Cr、As 5种元素存在明显同源性。通过沉积物重金属主成分分析，发现第一主成分(Cu、Zn、Pb、Cr)的来源为工业源，第二主成分(Cd)的来源为农业活动及采矿活动，第三主成分(As)的来源为矿业活动。

泸沽湖水体溶解氧达标评价研究

方金鑫，黄钰铃，王泽平，冯顺新，李尚林

2021, 52(11):  42-46.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2021.11.007

摘要 ( 134 )   PDF (3873KB) ( 148 )  

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泸沽湖水质优良,但水体溶解氧常在冬末初春异常超标,引起多方关注。通过数据收集与统计分析,结合文献调研,探讨了泸沽湖水体溶解氧达标评价问题,并揭示了部分时段溶解氧超标原因。结果表明:(1) 1999～2019年泸沽湖水体溶解氧浓度变化范围为5.2～9.5 mg/L,与水温因子呈显著负相关;根据海拔和实测水温计算的氧饱和率有一定年际差异,2018年均值最高,2012年均值最低;1999,2008年和2016年的氧饱和率误差线范围最小,2012,2014年和2015年的误差线范围较大;夏季7～8月氧饱和率较高,冬季2月氧饱和率最低,与水温变化规律较为一致。(2)根据GB 3838-2002《地表水环境质量标准》,以氧饱和率≥90%或溶解氧含量≥7.5 mg/L作为Ⅰ类标准限值,评价泸沽湖水体溶解氧达标情况,发现1999～2019年泸沽湖溶解氧达标率为88.5%,不达标主要集中于2009年和2019年,年内不达标主要集中于1～2月。(3)秋末冬初因水温分层而缺氧的下层水体在来年早春季节随水柱垂向混合而上升,是表层水体溶解氧在1～2月不达标的主要原因。

抚仙湖近十年水质变化特征及保护措施初探

杨春艳，李天翠，施艳峰，王英才，施择

2021, 52(11):  47-55.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2021.11.008

摘要 ( 287 )   PDF (3372KB) ( 223 )  

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为了评价抚仙湖近10 a来水质变化状况,基于抚仙湖4个国控和省控断面(湖心、尖山、路居、哨嘴)的水质监测数据,分析了抚仙湖2011～2020年水质变化情况;并结合近10 a来的保护和治理工程项目的实施情况,总结已有治理的经验教训,提出了针对性的措施和建议。结果表明:抚仙湖整体水质能达到Ⅰ类水质标准,但近10 a间水质有逐步变差的趋势;叶绿素a和综合营养状态指数均呈现明显的上升趋势,透明度较10 a前有所降低,且出现局部湖区总氮、总磷接近Ⅱ类水质的现象;从空间变化看,湖心点位的水质整体优于其他3个近岸点位;从水期变化看,4个点位高锰酸盐指数在丰水期显著高于枯水期,除湖心外其他3个点位叶绿素a在枯水期显著高于丰水期;高锰酸盐指数和透明度受环境因子影响较为显著。研究结果可为保护西南地区最优质的淡水资源、制定流域水生态保护长远规划提供借鉴。

基于QUAL2K模型的农田排水沟塘去污能力研究

洪建权，邹家荣，丁世洪，张志秀，贾忠华

2021, 52(11):  56-64.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2021.11.009

摘要 ( 112 )   PDF (7579KB) ( 151 )  

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QUAL2K水质模型可以模拟污染物在排水通道中的降解过程,分析排水沟塘对农业污染物的净化效果。以江苏省扬州市江都区水稻灌区一典型排水系统为例,利用QUAL2K模型模拟农田沟塘排水过程中氨氮和总磷两种污染物的削减情况;在利用实地调查与监测数据进行模型检验以后,根据实际水力联系情况,预测分析了调整水力联系及采用部分重点治理措施对改善整体水质净化效果的作用。结果显示:（1）研究区6个主要水质监测点模拟的平均相对误差均在20%左右,相关系数R2和Nash-Sutcliffe系数NSE的计算值均大于0.5,验证了模型的可靠性,但是田间沟塘一些人为及自然等不确定因素对模型的精度具有一定的影响。（2） 3种治理措施的效果为截污>减小排水流量>调整沟塘流网系统,模拟显示排水系统经过少数可行的水力关系调整,就可以显著提高整体水质改善效果。QUAL2K模型可以灵活调整排水沟塘水力联系,预演不同治理措施,为优化农田排水沟塘系统提供依据。

桂东南花岗岩崩岗侵蚀区景观生态设计探讨

王金悦，韦雪梅，邓羽松，黄娟，黄智刚，王玲

2021, 52(11):  65-68.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2021.11.010

摘要 ( 114 )   PDF (27840KB) ( 201 )  

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以桂东南梧州市龙圩区下小河流域花岗岩崩岗侵蚀区为例,以水土美丽绿色空间为基础、小流域生态观光旅游为特色,总体统筹规划设计区域景观空间布局和规划方案,结合生态恢复、经济生产、休闲旅游、文化展示的功能需求,将其划分为生态保护区、景观茶园区、水保科普区、特色花海区、观光农业区、乡村聚落区六大区域。根据研究区地形、植被状况、各类用地性质以及景观资源状况,通过地形改造、植被绿化、梯田建设等一系列工程与生物措施,对崩岗各部分进行生态设计,并从植物、水体、道路、配套设施等方面对崩岗侵蚀区进行空间优化,保护水土资源,发展崩岗生态旅游。将崩岗水土保持治理工作与景观生态设计相结合,在传统的崩岗综合治理模式下,兼顾山地、农田等其他水土流失治理工作,将崩岗旅游与农业观光旅游、乡村旅游相结合,探索更全面的可持续发展崩岗侵蚀区综合治理模式。

江西省生态服务价值时空特征研究

郑思远，陈江海，朱红伟

2021, 52(11):  69-75.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2021.11.011

摘要 ( 110 )   PDF (12967KB) ( 166 )  

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生态服务功能价值评估可以为生态系统的良性开发利用，尤其是土地利用规划、管理和决策提供科学依据。基于江西省2015～2018年土地利用数据，开展了土地利用转型空间格局分析，采用空间修正的当量因子法估算生态服务价值，并结合空间冷热点分析，进一步探究了江西省生态服务价值的时空变化特征。研究表明：江西省耕地、林地面积逐年有所减少，城镇扩张区域主要集中在中部及北部，水域扩张区域主要分布在鄱阳湖周围。同时，废物处理服务价值有所上升，其余各单项生态服务价值及总生态服务价值有所下降，整体呈现东、西、南侧高，中部、北侧低的空间格局。研究还发现江西省生态服务价值空间冷热点集聚性较明显，热点区以林地、水域为主，冷点区主要分布在耕地、建设用地。根据江西省生态经济发展相对不协调问题的分析，分区提出协调土地保护和开发利用的建议。研究成果对于维护江西省生态环境安全，推动长江大保护以及长江经济带高质量发展具有重要意义。

基于下游需水量过程线的水库生态流量调度研究——以新疆五一水库为例

袁静，张德兵

2021, 52(11):  76-80.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2021.11.012

摘要 ( 88 )   PDF (4086KB) ( 149 )  

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干旱区域河流的开发利用率较高,生态流量"放不下、放不稳"。为协调生态、生产、生活等用水需求,需要合理确定水利工程的调度过程。以新疆五一水库为研究对象,通过推算其下游艾比湖湿地保护区的生态需水量与五一水库下泄水量间的对应关系,换算得到生态敏感目标对应的水库的下泄水量需求,进而确定五一水库的分月下泄水量过程线,并计算了目标可达性。结果表明:合理调度可以实现五一水库生活、生产供水量目标和河流生态目标。研究成果可为干旱区域河流的工程生态流量调度提供技术支持。

基于Copula熵-随机森林的中长期径流预报研究

黄朝君，贾建伟，秦赫，王栋

2021, 52(11):  81-85.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2021.11.013

摘要 ( 72 )   PDF (2421KB) ( 179 )  

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预测因子作为中长期预报模型的输入项,是影响预报结果精度的关键要素。为进一步提高预报精度,提出了一种Copula熵与随机森林模型相结合的中长期径流预报方法。该方法首先采用Copula熵指标对预测因子进行筛选,然后将选取的预测因子作为输入项,导入随机森林模型中对月径流进行相应预测。将该方法应用于汉江流域丹江口水库的逐月入库径流预报中,并与相关系数筛选法进行对比。结果表明:基于Copula熵指标筛选出的预测因子对应的模拟结果具有更高的精度,尤其对于汛期而言,其模拟值与实测值的拟合优度显著优于比选方法,说明其筛选出的预测因子具有更好的合理性。

气候变化和都市化双重驱动下流域未来水文响应

朱双，李建庆，罗显刚，雷晓辉，王超，胡国丰

2021, 52(11):  86-91.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2021.11.014

摘要 ( 52 )   PDF (5432KB) ( 169 )  

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近年来,受气候变化和人类活动的共同影响,流域的气候和水文状况发生了显著改变,分析变化环境下未来水资源演化格局成为当前国内外学者关注的重点研究内容之一。以柘溪水库流域为研究区域,利用人文因素和自然因素作为土地利用变化的驱动因子构建土地利用模型,采用MIROC5气候模式多个情景作为未来气候典型代表,利用分布式水文模型分析了气候变化和都市化双重驱动下的流域未来水文响应。结果表明:都市化发展明显增加了流域地表径流,减少了地下径流;而气候变化对水文响应驱动力比都市化对水文响应的驱动作用更强。

基于多源遥感技术的水库特征参数反演研究

李闯，李兵，王宁

2021, 52(11):  92-99.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2021.11.015

摘要 ( 65 )   PDF (4591KB) ( 170 )  

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以丹江口水库为例,采用Sentinel-1A合成孔径雷达（SAR）和Sentinel-2A/B多光谱成像仪（MSI）联合提取水域面积,通过建立多源传感器（SAR和MSI）所提取水域面积差异的定量函数关系,修正二者水域面积之间的差异,并将修正后的水域面积与Sentinel-3A雷达高度计（RA）所提取的水位相结合,开展水库蓄水量反演研究,最后以"全国水雨情网"公布的实测数据等为参考,评估水库特征参数的反演精度。结果表明:由RA数据提取的遥测水位与实测水位相比,R2达到0.99以上,RMSE达到0.093 3,遥测水位与实测水位的平均误差仅有9.33 cm;相对于单一MSI影像或SAR影像所提取的水域面积,二者水域面积联合参与建立的"遥测水位-多源遥感水域面积"模型的R2和RMSE均有所优化,其中,R2分别提高了0.26%和0.60%,RMSE分别降低了2.63和1.29;由遥测水位和多源遥感水域面积结合水库蓄水量模型反演的蓄水量与标准蓄水量相比,R2达到0.99,RMSE达到1.177,相对误差平均为1.8%。研究结果表明:利用多源遥感技术开展水库特征参数的反演研究,能够更加准确地反映水库的运行状态。

基于改进模糊物元分析法的用水效率评价

冷东升

2021, 52(11):  100-104.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2021.11.016

摘要 ( 64 )   PDF (1448KB) ( 196 )  

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为了使用水效率评价方法更具适用性,结合灰色系统理论,对模糊物元评价法中的欧式贴近度进行了改进,并利用待评物元在标准物元上的投影值大小进行评价;同时,耦合CRITIC赋权法,构建了水资源利用效率评价模型。在此基础上,以绍兴市为例,对该市的水资源利用效率进行评价。评价结果表明:绍兴市下辖的各县(市、区)水资源利用效率高低排序为诸暨市>越城区>上虞区>嵊州市>柯桥区>新昌县,该结果符合绍兴市的实际情况,说明构建的水资源利用效率评价模型具有一定的实用性和可操作性。

成贵铁路上高山隧道超大型溶洞处理技术与应用

方振华，余庆，岳志勤，丁浩江，罗明磊

2021, 52(11):  105-110.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2021.11.017

摘要 ( 80 )   PDF (6248KB) ( 208 )  

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隧道施工遇超大型溶洞,需对其进行科学地分析,查明其工程特性、分析评价其稳定性,进而制定安全、可靠、合理的工程处理措施。成贵铁路上高山隧道在施工过程中揭示出115 m×90 m×20 m(长×宽×高)的超大型溶洞大厅,底部岩溶堆积物厚30～49 m,隧道穿越长度约80 m。现场通过补充测绘、地质调查、钻探及内业分析对该超大型溶洞进行了详细的补充地质勘察。综合分析得出:岩溶大厅顶板大部分区域稳定性差,侧壁稳定性较差,但隧底堆积体整体是稳定的,经综合比选,采用填充混凝土的方法对溶洞大厅顶板及侧壁进行稳定处理;钻探查明溶洞底部堆积体最深可至隧底以下约49 m,层间夹有粗圆砾,且溶洞内揭示有稳定的地下水位,因此底部堆积体存在颗粒物质流失的隐患,研究后决定隧底采用桩板结构形式。经现场实施,各项工程措施合理可行、整治效果良好,保证了成贵铁路于2019年12月的顺利通车。

三峡库区三门洞滑坡稳定分析及抗滑桩模拟研究

易庆林，周瑞，梁卫，刘艺梁，曾怀恩，陈源

2021, 52(11):  111-116.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2021.11.018

摘要 ( 86 )   PDF (5397KB) ( 197 )  

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为研究降雨和库水作用对三峡库区三门洞滑坡抗滑桩加固的影响,通过对监测资料的分析,以降雨、库水、桩位等组合不同工况,运用有限元分析软件建立模型并模拟抗滑桩加固效果。采用强度折减法得出多种工况的抗滑桩内力分布图。结果表明:三门洞滑坡为前缘变形大于后缘变形的牵引式滑坡;库水位涨落是导致滑坡变形的主要因素,降雨加速了滑坡变形;通过模拟得到最佳抗滑桩桩位,其距离滑坡前缘剪出口245m,且建议初步设计桩长为30m。

大规模水下地形实时三维可视化技术研究

冯传勇，张振军

2021, 52(11):  117-121.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2021.11.019

摘要 ( 131 )   PDF (3752KB) ( 207 )  

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针对大规模水下地形海量数据与有限的计算机内存空间及显卡绘图效率之间的矛盾,提出了一种基于DEM瓦片金字塔模型与Oracle数据库的海量地形数据组织与储存方法,以及一种基于透视投影的四叉树调度方法,实现LOD地形实时高效渲染。针对水下地形起伏小、立体效应差的问题,提出一种基于高程分布概率密度的自适应分层设色法,增强了水下地形渲染的立体感。典型应用结果表明:该方法可突破计算机硬件性能限制,在普通PC机环境实现大规模水下地形的实时、交互式三维可视化,并取得较高的效率和良好的视觉效果。

中缅油气管道龙陵段管沟回填土冲蚀过程模拟

葛华，方迎潮，赵飞，孔志岗，戴国文，张垚

2021, 52(11):  122-127.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2021.11.020

摘要 ( 113 )   PDF (11932KB) ( 163 )  

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基于Navier-Stokes方程和牛顿第二定律构建的颗粒离散元流-固耦合数值模拟方法,以滇西龙陵县中缅油气管道穿越的强烈风化花岗岩区的土体为研究对象,构建了冲沟数值模型,研究了边坡回填土的冲蚀过程。模拟结果显示:(1)当模型中水流速度较大时,土坎被迅速冲毁,冲毁的土体呈现散体状,并且沟底的部分土体颗粒也被流水挟带走;随着水流速度降低,土坎被冲毁的速度降低,冲毁的土体局部黏结在一起,流水对沟底的侵蚀现象不明显。(2)提高模型中颗粒间的黏结强度,在较低流速的流水冲刷下土坎未出现冲蚀破坏现象;较高流速的流水作用下,被冲走的土坎呈整体块状,沟底未出现侵蚀的现象。(3)降低坡面流水的动力条件和改善土体本身的强度特征将有助于防止土体流水侵蚀现象的发生。

泥水平衡顶管机推力扭矩计算及钢顶管失稳分析

潘振学，艾慧，叶贺，何源福，吴亚华

2021, 52(11):  128-132.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2021.11.021

摘要 ( 88 )   PDF (2239KB) ( 229 )  

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在福建省平潭及闽江口水资源配置工程的隧道掘进中,为了研究泥水平衡顶管机设计的合理性以及施工过程中钢顶管的稳定性,结合泥水平衡顶管机的特点以及施工地层条件,提出了考虑滚刀和刮刀实际贯入阻力的刀具载荷计算修正模型。对现有泥水平衡顶管机掘进的推力计算模型进行了分析,引入刀具破岩阻力和切削力矩,修正了顶管机的推进力计算模型和扭矩计算模型。对仅轴向推力作用下,仅土体围压作用下和推力、围压共同作用下的钢顶管稳定性进行分析,推导出了其失稳临界值,验证了顶管机在类似工程地层下施工的可靠性。

闸门上游侧半楔形结构止水橡皮设计

谢太生，刘妍，陆浩，周永玲，戴芬芬，向初旭，刘俊

2021, 52(11):  133-140.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2021.11.022

摘要 ( 86 )   PDF (2341KB) ( 166 )  

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常规平板和弧形闸门启闭时止水橡皮沿着闸墩侧边来回摩擦,闸门启闭力较大,止水橡皮易磨损和出现漏水现象,造成水闸上游库容蓄水量损失和水位降低。为此,创新性地提出了闸门上游侧半楔形结构止水橡皮设计,即在闸门上游两侧设置半楔形结构,与闸门两侧闸墩对应设置的半楔形侧边相互咬合,咬合处间隙设止水橡皮,顶止水、侧止水和闸门其他部分保持以往常规结构不变。实践表明:关闸时,闸门半楔形结构止水橡皮靠近闸墩半楔形侧边,无论闸门是否蓄水,闸门自重分力挤压止水橡皮,止水可靠;闸门开启后,闸门半楔形结构止水橡皮远离闸墩半楔形侧边,不产生摩擦,止水橡皮无磨损。另外,在设计时可通过调整楔形闸门厚度、夹角、底板单位正压缩力和单侧斜边单位正压缩力等参数设计出各种技术上可行、经济合理的止水方案。

峡谷地区裸岩陡坡桥梁桩基筑岛施工技术研究

王林峰，何静，傅奕帆，唐红梅

2021, 52(11):  141-145.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2021.11.023

摘要 ( 30 )   PDF (2276KB) ( 166 )  

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筑岛是确保峡谷地区裸岩陡坡桥梁桩基顺利施工的有效工程措施。以北盘江贞望大桥6号主墩的桩基施工为例,考虑了4种不同桩基施工顺序对筑岛边坡稳定性的影响,以揭示不同成桩顺序条件下边坡位移和应力的响应规律。研究结果表明:(1)按成桩顺序1施工为最优的成桩顺序。当开挖第一批桩的时候,成桩顺序3引起的边坡位移和水平应力最大、稳定系数最小;而开挖第二批桩时,成桩顺序4引起的边坡位移和水平应力最大、稳定系数最小;在整个开挖过程中,成桩顺序1引起的最大位移和水平应力最小、稳定系数最大。(2)开挖桩孔对边坡的稳定系数影响最大,开挖第一批桩孔时,边坡稳定系数降低幅度最大,其中,成桩顺序3降幅达到了11.81%。研究成果可为峡谷地区裸岩陡坡桥梁桩基施工安全提供参考。

断面抽取对抛石护岸工程水下抛投效果评价影响

王茂枚，罗青，赵钢，陈楠，刘晓兵

2021, 52(11):  146-149.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2021.11.024

摘要 ( 67 )   PDF (2321KB) ( 131 )  

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抛石护岸工程质量检测的主要方法是通过抽取检测断面,分析断面上的测点增厚和断面增厚是否达到设计要求来判断断面是否合格,而断面抽取具有随机性,这种随机性会对水下抛石效果整体评价结论产生影响。选取长江镇扬河段六圩弯道开发区段抛石护岸工程为研究对象,通过对比不同组断面的统计结果,利用GIS(地理信息系统)空间分析技术分析不同组的检测断面如何影响抛石质量评价。研究结果表明:相同的区域抽取不同的检测断面会得到不同的评价结论,欠抛率≤25%或≥50%的区域评价结论一致性高,而欠抛率位于25%～50%的区域,工程质量评价易受欠抛区聚集与分布情况的影响,欠抛区越集中且顺流方向分布,区域不合格评价的一致性越高;相反,欠抛区越分散并垂直岸线分布,区域合格评价的一致性越高。为确保评价的准确性,建议提升抛投工艺,尽量做到准确、均匀抛投,并增加抛石增厚的均匀度检测指标。

南京八卦洲袋装砂抛枕防护施工技术研究与应用

邓传贵，甘磊，庄雪飞

2021, 52(11):  150-154.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2021.11.025

摘要 ( 63 )   PDF (3687KB) ( 152 )  

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鉴于长江南京河段八卦洲右缘深槽水深大、流速大、流态复杂、水流紊乱等特点,在八卦洲右缘深槽防护工程施工前开展了袋装砂抛枕现场试验,对袋装砂抛枕防护施工参数、施工流程及质量控制措施进行研究,提出了一种针对深槽防护工程的袋装砂抛枕防护施工技术。试验结果表明:在水下每隔120 m筑一道约5 m高的丁坝来改变水流流态,可有效解决八卦洲右缘水流紊乱处正常抛投成型率低的问题。工程施工完工后八卦洲水下岸坡冲刷明显减缓,控制八卦洲汊道现有河势的洲头及右汊内几处关键节点的稳定性大幅提高,并经历了2020年长江南京河段超历史洪水检验。相关经验可供类似深槽防护工程参考借鉴。

基于核磁共振的红黏土抗剪强度与孔隙关系研究

卫国芳

2021, 52(11):  155-160.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2021.11.026

摘要 ( 92 )   PDF (2364KB) ( 139 )  

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为探究多次干湿循环作用对红黏土孔隙结构的影响,揭示孔隙结构与抗剪强度的内在联系,基于核磁共振技术,测定试样经历0～8次干湿循环后的T2曲线,并测定试样的抗剪强度,以分析不同尺寸的孔隙与抗剪强度的关系。结果表明:（1）第4次循环后,试样黏聚力衰减约54.9%;在第4～8次循环过程中黏聚力趋于稳定。（2）随着循环次数增加,内摩擦角在一定范围内波动,未见明显规律。（3）根据不同循环次数的T2曲线,土体孔隙可分为团粒孔（T2<1.52 ms）、粒间孔（1.52 ms≤T2<31.64 ms）、裂隙（T2≥31.64 ms）,不同尺寸的孔隙对土体抗剪强度的影响不同。（4）团粒孔在干湿循环作用下几乎保持不变,粒间孔和裂隙随着循环次数的增大而近似呈对数增加。（5）粒间孔和裂隙都与黏聚力呈良好的线性负相关,它们是导致黏聚力衰减的主要因素。根据分析结果,提出了基于综合权重分析的孔隙指数I,该指数能综合体现不同尺寸孔隙（粒间孔和裂隙）对黏聚力的影响;I与黏聚力相关性良好,可用于多次干湿循环影响下土体强度的评价。

锚杆锚固性能及界面力学特性研究综述

查文华，王京九，华心祝，刘造保，王澄菡

2021, 52(11):  161-168.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2021.11.027

摘要 ( 83 )   PDF (1932KB) ( 170 )  

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锚杆锚固岩土体后,形成的锚固体单元能否提供足够的锚固力是整个锚固工程的关键。现有研究表明,锚固系统的破坏模式主要表现为锚杆与锚固剂界面和锚固剂与围岩界面发生滑脱。总结了影响锚杆锚固界面力学特性的因素,分析归纳了锚固界面力学特征研究领域存在的主要问题。指出合理利用数值模拟与试验手段并结合理论分析对锚固界面的力学特性进行深入研究,有助于弄清锚杆锚固系统的作用机理,对提升锚固工程安全性与稳定性有着重大意义。相关结论为今后锚杆锚固界面力学特性的研究提供了方向和参考。

基于SWT和SVR的重力坝变形预测研究

李麒，朱光平

2021, 52(11):  169-174.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2021.11.028

摘要 ( 76 )   PDF (2238KB) ( 157 )  

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变形是重力坝安全状况的最直接反映,应用合理的变形预测模型可以对重力坝工作性态进行准确的监控及预警。利用Hampel滤波剔除原始变形信号粗差,通过平稳小波变换(SWT)获取变形信号多尺度分量,对比分析了不同阈值函数及阈值确定方法的去噪效果。针对预处理后数据及原始数据,分别采用逐步回归分析、BP神经网络和支持向量回归(SVR)建立变形预测模型,对比分析了各模型的预测效果。结果表明:SVR模型预测效果最好;经过预处理后的数据建模预测效果优于原始数据。

临空面对TBM楔刀贯入破岩效果影响试验研究

汤胜旗，曾亚武，叶阳

2021, 52(11):  175-182.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2021.11.029

摘要 ( 76 )   PDF (9622KB) ( 163 )  

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为提高深部地下高地应力硬岩掘进效率,对有、无中间临空面的板状花岗岩试样进行了楔刀垂直贯入破岩试验,以探究临空面辅助作用下不同围压、不同楔刀与临空面的距离、不同临空面深度等对楔刀破岩效果的影响。试验结果表明:临空面辅助破岩可大幅降低破岩比能耗;在临空面辅助作用下,楔刀下主裂纹向下延伸后朝向临空面发展贯通,形成三角形大粒径块体岩渣,减小了岩屑的产生;围压对破岩效率具有重要影响,在最优围压时破岩比能耗最低;主裂纹贯通至临空面底部时,伴随楔刀与临空面的距离增大,破岩比能耗呈现非线性增长;临空面深度控制主裂纹朝向临空面发展贯穿,从而影响破岩比能耗。研究结果为TBM高效破岩提供了新思路。

自修复微胶囊对沥青结合料流变特性的影响研究

张蓓，姚亚锋，张辉

2021, 52(11):  183-189.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2021.11.030

摘要 ( 109 )   PDF (4163KB) ( 134 )  

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微胶囊被认为是增强沥青材料自愈能力的一种潜在添加剂。将自修复微胶囊添加到沥青中有利于减少裂纹,延长沥青路面服役寿命。目前对于微胶囊的研究主要集中于新材料新工艺的研发、微观及宏观性能表征,而对于微胶囊掺入后对沥青结合料性质的影响研究较少。因此,基于动态剪切流变试验,研究了不同掺量的微胶囊对沥青结合料流变特性的影响,包括高温流变特性、低温流变特性、疲劳特性及存储稳定性。结果表明:微胶囊的添加对沥青结合料的存储稳定性有一定不利影响,但有利于提高沥青结合料的高温性能、低温性能及疲劳性能。因此,微胶囊的添加能够有效延长沥青路面的服役寿命,研究结果有利于微胶囊在沥青路面中的推广及应用。

颗粒粒度与级配对饱和建筑垃圾剪切强度的影响

毛赞庆，佟涛，刘强， 王善涛，王一鸣，尹胜强

2021, 52(11):  190-195.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2021.11.031

摘要 ( 73 )   PDF (3640KB) ( 136 )  

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近年来随着中国经济发展,大量建筑垃圾也随之产生,使用建筑垃圾回填既可解决其污染环境问题又能解决城市建设工程需要大量填筑材料的问题,但建筑垃圾回填需满足一定的强度指标。对单一粒度及连续粒度红砖碎料在轴向应力25,50,100,200 kPa条件下开展大型直剪试验,研究了不同轴向应力条件下颗粒粒度与级配变化对饱和红砖碎料的剪切强度影响。试验结果表明:单一粒度与连续粒度红砖碎块的抗剪强度所受影响规律不同,单一粒度红砖碎块在低轴压(25 kPa)条件下抗剪强度随着中值粒径增大而增加,而在高轴压(200 kPa)条件下不同中值粒径的单一粒度红砖碎块抗剪强度相同;连续粒度红砖碎块在任何轴压条件下的抗剪强度均随着中值粒径增大而增加;在中值粒径相同的条件下,连续粒度的红砖碎块抗剪强度高于单一粒度红砖碎块;在相同密度及中值粒径条件下,剪切过程中连续粒度红砖碎块竖向位移小于单一粒度红砖碎块。

跌坎型消力池底板脉动压强试验研究及体型优化

卢洋亮，尹进步， 张曙光，阳洲，杨浩宇，

2021, 52(11):  196-200.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2021.11.032

摘要 ( 108 )   PDF (2202KB) ( 164 )  

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脉动压强是衡量消力池底板安全稳定的重要指标,当泄槽末端与跌坎型消力池进口采用突扩或渐扩衔接时,消力池内脉动压强分布较为复杂。为了深入研究跌坎型消力池的脉动压强分布特性,基于金沙江梨园水电站构建了1∶50的物理模型,对高水头、大单宽流量下跌坎型消力池底板脉动压强分布开展系统研究。研究结果表明:跌坎突扩型消力池底板的前中部与泄槽延长线附近脉动压强普遍较大;将突扩调整为渐扩后,减轻了立轴漩涡对底板的作用,脉动压强系数最大值降低16.4%,但仍然超过安全阈值;将入射角由-10°优化为-8°后,各工况下脉动压强系数最大值降幅分别为37.4%,23.6%,62.1%,该优化体型在各工况下的脉动压强均为低频振动,不易对消力池底板产生共振破坏。

卵石起动流速公式对比研究

李江峰

2021, 52(11):  201-206.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2021.11.033

摘要 ( 116 )   PDF (5032KB) ( 158 )  

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卵石起动流速是泥沙起动流速的一种特殊形式。国内许多专家学者对于既适用于散粒体又适用于黏性细颗粒的泥沙起动流速公式进行过大量研究,究竟哪一种公式更适合卵石起动流速的计算与应用尚无定论。为了探寻这些公式的合理性与实用性,依托水工模型试验水深测试值和理论值,对于一些常用的公式进行了分析计算,又利用防冲槽冲坑深度反算卵石的起动流速,并且将试验计算值与理论计算值以及冲深反算值进行对比,间接地得出了长科院公式在卵石起动流速计算与应用方面更具有实用性的结论,以及该公式适用卵石粒径的范围。

平顺抛石护岸水毁速率试验研究

费晓昕，张幸农

2021, 52(11):  207-211.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2021.11.034

摘要 ( 92 )   PDF (3410KB) ( 136 )  

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平顺抛石护岸主要用于增强堤防和岸滩的稳定性,有利于沿江城乡的防洪安全。然而,岸坡水下坡脚极易受水流淘刷,往往造成坡脚处根石失稳,坡面形成空白间隙,岸坡稳定性下降,甚至对堤防安全造成威胁。因此,研究抛石护岸的水毁现象十分必要。在原型观测及水槽试验的基础上,根据坡面空白间隙的发展,对抛石护岸的水毁破坏方式及水毁速率进行了研究,得到了坡面空白间隙的发展规律,阐述了平顺抛石护岸的水毁特征。

采砂坑对南水北调中线工程渡槽安全运行的影响

张启义，丁留谦， 解家毕，姚秋玲

2021, 52(11):  212-218.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2021.11.035

摘要 ( 91 )   PDF (3869KB) ( 148 )  

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南水北调中线工程的运行实践表明,采砂坑对工程的安全运行存在一定的影响。采用定量的方法评估采砂坑对梁式输水渡槽安全运行的影响:(1)通过采砂坑溯源冲刷等经验计算公式,确定对渡槽影响较大的采砂坑主要分布在交叉断面上游1 000 m至下游3 000 m范围内;(2)调查发现,约52.6%的渡槽在上述范围内存在采砂坑,并且个别渡槽交叉断面已经出现下切的情况;(3)从桩基承载力和进出口建筑物稳定性两方面入手,提出以桩基承载力的降低量和采砂坑距进出口建筑物的距离作为采砂坑影响严重程度的评估指标,制订了相应估计标准,并对所有梁式输水渡槽进行定量评估,发现无论从受影响的渡槽数量还是从影响的严重程度看,采砂坑对南水北调中线工程梁式输水渡槽的整体影响都不严重。根据评估成果,提出了采砂坑的应对措施。

葛洲坝水电站170MW轴流式水电机组运行状况评估

胡定辉，桂绍波，郑涛平，章勋

2021, 52(11):  219-225.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2021.11.036

摘要 ( 94 )   PDF (3990KB) ( 157 )  

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超期服役或长时间偏离设计工况运行的水轮发电机组会存在安全隐患,必须对其开展试验评估。葛洲坝水电站2台170 MW轴流式水电机组投运近40 a,受当时制造水平限制,23 m水头以上为限制运行区,而自三峡水电站投运以来,2台机组年运行小时数增加并频繁在23 m水头以上区域运行,所以亟需对这2台机组运行状况进行试验检测评估,以保证机组安全运行。机组试验检测分为水轮机和发电机2个部分进行,采取的方法包括综合性能试验和关键部件结构检测。水轮机试验检测内容包括开停机状态性能检测、稳定性试验检测、关键部件应力检测与分析、关键部件无损探伤检测与分析等;发电机试验检测内容包括主要参数检测分析、发电机通风试验、温升试验、关键部件应力检测与分析、关键部件无损探伤检测与分析等。根据分析试验检测结果,并结合机组运行日志、维修记录、技改资料等,对机组运行状况及安全稳定性进行了评估。结果表明:主要检测参数指标基本在规范规定的合理范围内,但同时机组也存在刚强度偏低、稳定性较差、定子绝缘电阻降低等不利于机组长期稳定运行的问题。提出了相应机组应尽快对其更新改造,并在改造之前应密切关注机组各项关键指标的建议。

基于Mask R-CNN的水面漂浮物识别方法研究

刘伟，王源楠，江山，马天，肖维

2021, 52(11):  226-233.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2021.11.037

摘要 ( 108 )   PDF (10958KB) ( 162 )  

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为及时发现并处理水面漂浮物,提高河湖监管水平,提出了一种基于Mask R-CNN模型的水面漂浮物识别方法。设计了一套漂浮物标签分类规则,建立起河湖领域真实数据样本集,然后构建以抓图服务、AI分析和预警平台为核心模块的水面漂浮物识别方案。对比研究了基于Mask R-CNN模型与基于HOG特征的漂浮物识别方法,并采用不同特征提取网络进行试验。结果表明:所提出的方法显著优于传统的HOG特征方法,平均准确率提高16%,平均召回率提高13.8%;且基于ResNet的方法对于不规则漂浮物的识别能力更强。新方法成功应用于河湖监管系统,对常见目标的识别准确率达90%以上。