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径流量变化对长江口北槽最大浑浊带影响分析

万远扬1, 2, 3, 4,吴华林1, 2, 3, 4

(1. 上海河口海岸科学研究中心,上海 201201;2. 河口海岸交通行业重点实验室,上海 201201;3. 长江深水航道水沙环境与工程安全交通运输行业野外科学观测研究基地,上海 201201;4. 国家内河航道整治工程技术研究中心,上海 201201)

摘要:长江口属巨型多级分汊河口,由于受中等强度潮汐及季节性变化明显的径流共同作用,其动力-地貌物理过程十分复杂。研究了长江口北槽最大浑浊带水沙动力与大通径流量的响应特征。聚焦于径流变化对河口最大浑浊带的三重作用:一是水流起悬能力增强;二是泥沙输运能力增大;三是在河口最大浑浊带这个特殊区域,由于河流效应,还会引起河口环流增强及底部向陆方向的输运能力增加。实测资料和数学模拟结果表明:对于长江口而言,径流越大,小流速的滩地由于动力增加而含沙量会越大;但主流区由于流量增加的三重作用,最大浑浊带含沙量并非单向增大,而是最大浑浊带含沙量在上游流量为30 000~40 000 m3/s时达到最大。本研究定量分析了不同径流条件下河口泥沙悬浮状态,可为长江口水域相关水土资源开发利用、生态环境保护及航道疏浚维护等工作提供参考。

关键词:长江口;北槽;数学模型;最大浑浊带

近40年来长江口沉积物粒度变化及其对底床冲淤的响应

陈雅望1,盛 辉1,许庆华2,曲玉冰3,邢 飞1,李占海1,汪亚平1, 3

(1. 华东师范大学 河口海岸国家重点实验室,上海 200241;2. 有色金属华东地质勘查局地球化学勘查与海洋地质调查研究院,江苏 南京 210007;3. 南京大学 地理与海洋科学学院,江苏 南京 210023)

摘要: 在全球变化和人类活动的双重驱动下,长江口的沉积物来源、输运和河床冲淤正在经历持续性调整。为了探索近40年长江口沉积物输运和海底冲淤时空变化趋势,基于1980—2020年长江口海底沉积物粒度和水下地形数据,采用沉积物粒径趋势模型和多种空间分辨率网格统计分析方法开展研究。结果表明,长江口北支沉积物总体向河道中下部汇聚,南支则在南、北港分流处靠近崇明岛区域形成沉积中心,该结果与基于2012—2020年地形计算的冲淤变化基本相符,沉积中心具有较大的淤积幅度。多年统计结果表明:1980—2003年为高强度输沙时期,整个河口区处于淤积状态,沉积物粒径变细但整体变幅较小;2003—2012年河流输沙量快速降低背景下,2009年前河口区整体依然处于淤积状态,粒径变化不显著;2009—2012年是由淤积转为冲刷的过渡期,口外区域首先出现了小范围侵蚀和沉积物粗化现象;2012—2020年,河口区整体出现大面积侵蚀和粒径粗化现象,粒径与侵蚀变化间呈显著相关。研究发现,高分辨统计网格可以更有效地捕捉到小范围地貌由淤转冲的信号。总体而言,近40年来,长江口已经由显著淤积转为局部侵蚀,未来可能面临持续性的海岸侵蚀灾害。

关键词:长江口;粒度;海底冲淤;拦门沙;水下三角洲;粒径趋势分析

新水沙条件与整治工程下和畅洲汊道演变分析

范红霞,王建中,朱立俊

(南京水利科学研究院 港口航道泥沙工程交通行业重点实验室,江苏 南京 210029)

摘要:和畅洲汊道是长江下游典型的江心洲分汊型河道,也是长江下游历史上演变最剧烈的河段之一。三峡水库蓄水后河段来沙大幅减少,和畅洲汊道演变与航道条件随之改变,为了抑制左汊发展、改善右汊航道条件,水利、交通部门先后在左汊口门、上中段修建了三道水下潜坝。在大量实测资料的基础上,分析了新水沙条件和整治工程双重作用下和畅洲汊道及其上游六圩弯道河床演变特征。分析结果表明:2009年后六圩弯道河床持续下切,伴随着局部岸线崩退和心滩发育等不利变化;三道潜坝限流作用显著,2019年左汊实测分流比约为64%,较2002年最高76%时下降12%;右汊河床经历了缓慢淤积到由淤转冲再到普遍冲刷的阶段性变化,航道条件得到改善;但左汊潜坝下游河床产生明显的局部冲刷,且发生两次崩岸事件,应引起重视。

关键词:和畅洲汊道;新水沙条件;整治工程;演变特性

长江航道建设对长江经济带经济增长的影响研究

肖金龙1,黄 苗2,蒋惠园2

(1. 长江航道规划设计研究院,湖北 武汉 430040;2. 武汉理工大学 交通学院,湖北 武汉 430063)

摘要:长江航道是长江航运的物流主通道,是区域经济协调的重要纽带。目前对交通基础设施与经济增长之间关系的研究很多,但少有文献以长江航道为研究对象探究其对经济增长的影响。绘制因果关系图定性分析长江航道与长江经济带的互动关系,明晰航道建设促进区域经济增长的作用机理。选取2005—2019年的时间序列数据,运用拓展的柯布-道格拉斯生产函数模型定量测算长江航道建设投入对长江经济带的经济贡献度,得出经济贡献度在整体上呈逐年上升的趋势,每增加1%的长江航道建设投入,长江经济带的经济产出增加1.74%。这表明长江航道建设对长江经济带有显著的经济支撑作用。为更好地助力长江经济带发展,未来应加大长江航道建设投入,提高航道承载力,同时注重科技创新和生态保护。

关键词:长江航道;长江经济带;航道建设;经济增长;生产函数

基于改进层次分析法的航道生态性评价研究

陈 建,傅学诚,李 昕,张会杰,汪 越

(华北水利水电大学 水利学院,河南 郑州 450000)

摘要: 针对传统层次分析法中存在繁琐计算的可能性及容易出现严重的不一致性这两个问题,综合考虑了最优传递矩阵和“三标度法”的优点,形成改进的层次分析法。参考现有研究基础,构建航道生态性评价体系。评价体系由1个目标、6个准则和17个指标构成。以长江中游荆江航道为例,对荆江航道整治工程前后的2011年和2015 年进行评价与对比,得出:荆江航道的健康程度(Channel Health Index,ICH)由 2011 年的“良好”(ICH=3.432)上升为 2015 年的“优秀”(ICH=4.187),整治工程前后荆江航道生态性有了显著改善。按照健康指数提升的成因划分,将准则层下的6个功能归为4类影响因素;采用改进层次分析法与用传统层次分析法计算得出的结果相对偏差为0.94%(2011年)和0.40%(2015年),在简化构造比较矩阵的评判标度和优化矩阵一致性的同时确保了计算结果的准确性。

关键词:改进的层次分析法(IAHP);荆江航道;航道生态性;评价体系

崔家营枢纽下游流场模拟与鱼类水力特性偏好研究

张 铭1,谢 红2,杨 宇1,王晓刚1,赵建平1

(1. 南京水利科学研究院 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. 汉江雅口航运枢纽管理处,湖北 襄阳 441400)

摘要:采用原位观测试验、鱼类分布水声学探测调查与流场数值模拟相结合的方法,分析鱼类洄游对流场特性的偏好特征。构建崔家营枢纽坝下流场数值模拟模型,对洄游季枢纽不同运行条件下的下游流场进行计算,统计水深、流速等水力要素分布特征;结合同期下游鱼类集群分布探测,通过对鱼类聚集分布与流场分布特征的综合比对分析,揭示鱼类集群对流场的响应关系,提出鱼类对流场特征的偏好性曲线,为科学制定崔家营枢纽生态调度方案和其他类似生态调度工程建设提供参考和借鉴。

关键词:数值模拟;流场特性;鱼类感应流速;上溯通道;鱼类流场偏好性

滨海城市非常规水源供水规模优选

谈丽婷1, 2,王宗志1,叶爱玲1,刘克琳1

(1. 南京水利科学研究院 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 水文水资源学院,江苏 南京 210098)

摘要:滨海地区河流源短流急、地表水资源开发难度大,将再生水、淡化海水等非常规水纳入滨海城市水资源统一配置是缓解水资源短缺矛盾的有效途径。考虑地表水等常规水资源丰枯不确定性,科学确定非常规水源工程建设规模,是实现常规与非常规水资源统一配置的关键。以威海市区为例,建立了考虑水库来水不确定性的海水淡化与再生水厂建设规模优选模型,采用多目标遗传算法进行求解,以可靠性、弹性和脆弱性为指标,评价整个供水系统的性能,并进行多方案比较。结果表明:2030规划水平年威海市区适宜的再生水和海水淡化规模分别为23和15万m3/d;在此规模下,威海市区的供水保证率可由63.8%提高到95.2%,多年平均供水成本为6.6亿元。研究结果可为区域供水规划提供决策参考。

关键词:海水淡化;再生水;工程规模;多水源配置;来水不确定性;多目标优化

河道堰塞生命损失评估方法研究

胡 亮1,钱亚俊2,傅中志2,魏迎奇3,钟启明2

(1. 河海大学,江苏 南京 210098;2. 南京水利科学研究院 优德w88苹果手机下载土石坝破坏机理与防控技术重点实验室,江苏南京 210029;3. 中国水利水电科学研究院,北京 100038)

摘要: 河道堰塞是一种由地震、降雨等因素导致山体滑坡造成河道堰塞的自然灾害。在河道堰塞灾害造成的众多损失中,风险人口的生命损失最为严重。根据河道堰塞生命损失的致灾机理构建了风险人口、警报时间、理解程度、湖区水位上升速度、风险人口高程、淹没水深等参数在内的评价指标体系,并确立各参数的定量评估方法。同时通过各因素间的作用关系建立由应急疏散网络、淹没水深网络、生命损失定量评估网络3个子网络系统组成的贝叶斯网络模型对河道堰塞生命损失进行评估,并采用牛栏江河道堰塞案例验证了评估方法的合理性。

关键词:河道堰塞;生命损失;评估;贝叶斯网络;牛栏江

含缓倾软弱夹层矿山高边坡降雨渗流特性研究

刘 杨1, 2,胡 斌1, 2,盛建龙1, 2,李 京1, 2,崔 凯1, 2

(1. 武汉科技大学 资源与环境工程学院,湖北 武汉 430081;2. 冶金矿产资源高效利用与造块湖北省重点实验室,湖北 武汉 430081)

摘要: 为探究缓倾软弱夹层对矿山高边坡降雨渗流特性的影响,以西南地区典型的石灰石矿山高边坡为例,结合现场实际的工程地质与水文地质条件,建立了含缓倾软弱夹层矿山高边坡的降雨渗流模型。基于饱和-非饱和渗流理论,模拟了边坡在最大降雨量条件下降雨和雨后两个时间段雨水的浸润过程,揭示了边坡孔隙水压力的动态变化规律。研究结果表明:软弱夹层作为一种隔水层,改变了雨水浸润曲线的形态及降雨的渗流路径,浸润曲线呈现V字型结构,渗流路径由垂直入渗改为沿软弱夹层上表面渗流;在降雨和雨后两个时间段,上部裂隙风化岩体的孔隙水压力先增后减,但始终为负值;软弱夹层上表面会产生雨水积聚,孔隙水压力先增大到正值随后逐渐减小,孔压减小的时间相对于降雨时长具有滞后性,即孔压在雨停后一段时间才开始降低;坡脚处的孔隙水压力在降雨和雨后两个时间段始终呈增大之势;由于软弱夹层良好的隔水性,软弱夹层内部及边坡底部灰岩的孔隙水压力并无太大变化。研究结果可为揭示类似地质条件下边坡的降雨渗流规律提供有益参考。

关键词:矿山高边坡;软弱夹层;降雨渗流;孔隙水压力

粗、巨颗粒富集位置对堆积体降雨入渗的影响

张雨林,石惊涛,涂国祥,万 畅,邱 潇,钱昭宇

(成都理工大学 地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室,四川 成都 610059)

摘要: 针对某堆积体局部粗、巨颗粒于坡中、坡脚不同发育位置富集现象展开室内降雨模型试验,通过孔隙水压力、基质吸力、体积含水率及湿润锋迁移形态的变化情况,探讨粗、巨颗粒于堆积体坡中、坡脚位置局部富集在降雨入渗过程中的差异性影响。研究表明:(1)坡中(A组)、坡脚(B组)局部粗、巨颗粒富集导致的架空现象致使降雨过程中形成雨水优势入渗通道,富集区下方的入渗速率明显快于周围均质土体;(2)B组堆积体右侧入渗速率比A组堆积体更快,而左侧入渗速率不及A组堆积体;(3)B组堆积体的整体渗流特性更强,其湿润锋运移率先触底,比 A 组堆积体提前72 h;(4)A组堆积体湿润锋迁移形态先期中部呈平缓凹形下渗,较B组右侧凹形下渗范围更宽;后期均呈平滑弧形入渗,而B组堆积体浸润面积较A组更小。(5)A、B组堆积体降雨入渗可划分为竖向入渗阶段和侧向入渗阶段,但存在明显差异,A组堆积体竖向入渗快于侧渗,而B组堆积体竖向入渗慢于侧渗。

关键词:堆积体;粗、巨颗粒;局部富集;降雨入渗;湿润锋

往复剪切作用下砂泥岩混合料力学特性分析

吴 晓

(安徽省城建设计研究总院股份有限公司,安徽 合肥 230051)

摘要:土体在往复剪切作用下的力学性质对研究周期性荷载响应有重要意义。通过改进往复剪切直剪仪,设定4种法向应力进行32次循环剪切,研究了砂泥岩混合料应力应变曲线性态、滞回圈面积和阻尼比变化规律;通过分析剪切刚度随法向应力及往复剪次数的分布规律,建立了砂泥岩混合料剪切刚度经验计算方法;概化了颗粒间接触模式,揭示了砂泥岩混合料强度与变形微观机制。试验结果与理论分析表明:应力应变曲线随法向应力增大由应变软化逐渐转为应变硬化;滞回圈面积随往复剪次数增大而逐渐减小,阻尼比随往复剪次数增加而缓慢增大,且与法向应力无关。初始剪切刚度随法向应力呈线性分布,归一化剪切刚度与往复剪次数呈对数函数关系,据此建立了考虑法向应力与往复剪次数的砂泥岩混合料剪切刚度经验计算方法。

关键词:砂泥岩混合料;往复剪切;剪切刚度;颗粒接触

城市道路横截沟泄流效率试验研究

陈 岚1,郭 帅1,马文滢2,徐灵华2,陈国芬2,吴众华3

(1. 合肥工业大学 土木与水利工程学院,安徽 合肥 230009;2. 中国电建集团华东勘测设计研究院,浙江 杭州310014;3. 浙江大学 建筑工程学院,浙江 杭州 310058)

摘要: 横截沟常设置于停车场入口、城市下穿隧道、机场停机坪等无适宜横坡或纵坡坡度过大的场所对道路径流进行截流,其泄流效率决定了降雨期间地下管网系统的泄流量,提高横截沟泄流效率对预防城市内涝的发生具有重要意义。利用长12 m、宽3 m、高0.5 m的试验平台,研究了在不同的入流径流量和纵坡坡度组合下8 种横截沟雨水篦子对径流的截流情况,重点分析了上游水流水力参数及横截沟雨水篦子几何参数对泄流效率的影响。试验结果表明:不同篦子泄流效率与径流弗劳德数间的关系不一致;增大篦子开孔长度对提高泄流效率比增大开孔面积更有效;在篦子面积、开孔率、开孔面积相同时,开孔交错分布的圆形开孔篦子比开孔对称分布的矩形开孔篦子更有利于泄流。在曼宁公式及孔口出流公式的基础上提出了计算试验篦子泄流效率的经验公式,预测值与试验值之间的相对误差小于15%。

关键词:城市道路;横截沟;泄流效率;路面径流;城市内涝

2000—2018 年中国水库溃坝规律分析与对策

李宏恩1, 2,马桂珍1,王 芳1, 2,戎文杰3,何勇军1, 2

(1. 南京水利科学研究院,江苏 南京 210029;2. 水文水资源与水利工程科学国家重点实验室,江苏 南京 210029;3. 河海大学,江苏 南京 210098)

摘要: 截至2018年底,我国已建成各类水库98 822座,总库容8 953亿m3。水库工程不仅是我国防洪体系的重要组成部分,更是优化水资源配置的关键工程措施。水库大坝一旦溃决将严重危及公共安全,从历史溃坝事件中吸取教训并分析溃坝特征规律,对提高水库安全管理和防灾减灾水平具有重要意义。在收集我国1954—2018年发生的3 541起溃坝事件的基础上,重点针对2000—2018年发生的 84起溃坝事件,从空间分布、水库规模、坝高、坝型、溃坝原因、溃坝率等方面进行了详细统计分析,系统梳理了21世纪以来我国溃坝事件的规律趋势特征,主要包括:(1)气候变化背景下超标准洪水成为水库漫顶溃决的主因;(2)水库因工程质量导致的溃坝问题突出;(3)水库运行管理不当成为溃坝事件重要诱因;(4)西部地区溃坝率较其他地区仍然偏高。为进一步加强我国水库大坝安全管理,提出必须重视气候变化对水库大坝安全运行风险的影响、完善工程建设与运行安全监管体系、改善中西部地区大坝安全管理运行条件、兼顾水库安全管理工程措施与非工程措施等对策建议。

关键词:大坝;溃坝规律;超标准洪水;工程质量;运行管理;对策建议

冻融循环对膨胀土变形和力学特性的影响研究

陈 永,黄英豪,朱 洵,吴 敏,王 硕,朱 锐

(南京水利科学研究院,江苏 南京 210029)

摘要:为探究季冻区恶劣气候对不同含水率下渠基膨胀土的胀缩变形和物理力学性质的影响,以北疆阿勒泰地区膨胀土为研究对象,室内模拟了北疆地区实际气候条件的冻融循环试验。基于此,对含水率为12%、16%和20%的膨胀土进行体积变形试验、无侧限抗压强度试验和SEM电镜扫描试验,着重分析了冻融循环作用对膨胀土体积变形和力学特性的影响规律。结果表明:冻融循环过程中,随含水率的增加,试样的体积变形由冻缩融胀向冻胀融缩转变。应力-应变曲线特性与冻融循环次数和含水率都有较大的关系。试样的无侧限抗压强度随着含水率和冻融循环次数的增加而降低,其中以第1次冻融循环最为明显,3次后趋于稳定。函数拟合发现,试样的无侧限抗压强度与冻融循环次数呈明显的自然指数关系。含水率越大,冻融循环作用对土体微观结构的影响越大;土体的孔隙度随冻融循环次数的增加逐渐增大,第1次冻融循环作用最为明显,宏观上表现为冻融循环作用对土体力学性质的劣化影响。

关键词:冻融循环;渠基膨胀土;体积变形;无侧限抗压强度;电镜扫描

窄深河谷近坝库岸滑坡涌浪特性及传播规律

马 斌,刘永玺,李会平,刘东明,姚 烨

(天津大学 水利水电工程仿真与安全国家重点实验室,天津 300072)

摘要:大比尺水工模型试验可获得更接近原型的相似现象,对窄深河谷近坝库区可能发生的整体大体积滑坡工况进行试验研究,结合三维数值模型分析滑坡次生涌浪的产生、传播和消散特性。研究结果表明:数值模型计算的浪高、相位与试验结果基本一致,库区涌浪类型属于有限水深波,波能沿水深方向均有分布;涌浪产生区附近非线性较强,受窄深地形影响,波高在传播过程中快速衰减,坝肩处涌浪叠加出现瞬时越浪;试验中涌浪近场波形只观测到弱非线性振荡波;试验范围内块体模型冲击动能转化率为2%~19%,滑块动能转化率与相对体积、相对厚度呈正相关,与滑块入水弗劳德数呈负相关;低频波受地形影响较大,在岸坡浅水区域出现波能的暂时集中,谱峰值增大,随时间推移库区水域高频波增多。对于窄深河谷中的大体积滑坡次生涌浪,尽管首浪波能受高陡边坡影响,传播至坝前时波高已明显削减,但坝前最大浪高往往由涌浪反射叠加形成,在首浪到达之后仍存在翻坝风险。

关键词:库岸滑坡;涌浪特性;传播规律;模型试验

负压桶基础沉贯试验研究与分析

富 坤1, 2,刘占国1, 2,尹燎原1, 2,李 森1, 2

(1. 中交第三航务工程局有限公司技术中心,上海 200032;2. 中国交建工程结构重点实验室,上海 200032)

摘要: 作为新型基础,负压桶基础具有较好的技术经济性。针对负压桶施工关键控制指标土塞隆起率的控制,通过开展粉质黏土中的负压桶沉贯模型试验,研究不同负压加载模式对施工效率及土塞隆起率的影响。试验加载负压均位于DNV规范方法获得的所需负压和临界负压之间。相同贯入深度条件下,消散模式施加的负压值大于持荷模式,且较大单级荷载下的负压消散模式在保持一定施工效率的同时,对土塞隆起率的控制效果较优。理论分析表明,深度变化率越大内侧摩阻力越大,土塞越难以形成,并从超孔隙水压力结果解释了负压消散模式下的土塞隆起率降低机理。土压力分析结果表明:负压消散模式下桶内土体对桶壁的有效应力高于负压保持加载模式,前者的侧摩阻力也更大。

关键词:负压桶基础;土塞;土应力;超孔隙水压力

基于传感光纤技术的堤坝分布式变形监测

何 斌1,何 宁1, 2,张中流1,汪璋淳1,胡德新3,智月荣3

(1. 南京水利科学研究院 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. 优德w88苹果手机下载土石坝破坏机理与防控技术重点实验室,江苏 南京 210029;3. 南京嘉兆仪器设备有限公司,江苏 南京 210037)

摘要: 堤坝变形是分析评价堤坝工作特性和安全的重要指标。设计了堤坝内部二维分布式变形一体化监测的分布式光纤监测技术的辅助结构型式与传感光纤布设方法,基于原型堤坝,通过系统试验测试验证了堤坝内部变形分布式监测新技术测量精度并论证其可行性,测试结果与实测结果吻合,二维变形测量的绝对误差最大为4.3 mm,堤坝内部二维变形测量精度达到毫米级,且实现了堤坝全断面内部二维变形分布式监测,证明了基于分布式光纤技术的土质堤坝内部二维分布式变形一体化监测新技术的适用性和先进性。

关键词:堤坝;二维变形;分布式传感光纤;测量精度

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日期:2021年11月01日 09:53:39点击数:字号:【

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