南水北调与水利科技

2017年第4期文章目次

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  • 1  天津市供用水结构变化分析
    洪思扬,王红瑞,程涛,来文立,焦志倩
    2017, 15(4):1-6.
    [摘要](923) [HTML](0) [PDF 830.72 K](809)
    摘要:
    供用水结构体现了区域内各产业部门供用水类型之间互相关联、互相依存的结构关系。研究区域供用水结构的特征及变化,对协调区域经济和环境的发展具有重要意义。本文对天津市2001~2013年供用水结构特征进行分析,运用洛伦兹曲线及基尼系数计算方法分析用水类型空间分布特征。研究表明:天津市供、用水总量呈上升趋势,年均增长率均为2.31%,供、用水结构变化相对稳定。农业用水和生活用水的空间分布格局较为合理,工业用水差异较大,空间分布极不均衡,应当引起相关部分的重视
    2  基于TOPSIS-模糊综合评判的模糊推理模型在开河预报中的应用
    雷冠军,殷峻暹,刘惠敏,张丽丽
    2017, 15(4):7-12.
    [摘要](690) [HTML](0) [PDF 708.07 K](518)
    摘要:
    冰凌开封河受到较多自然和人为因素的影响,具有较高的不确定性,为了进一步提高冰凌开封河预测的精度,考虑各因素的综合作用成为解决问题的关键。先采用主成分分析法初步确定冰凌开封河历时影响因子的权重,运用模糊推理模型依据影响因子矩阵的相似性进行初步预测,进而采用TOPSIS-模糊综合评判模型对预报因子进行识别,筛选出合理的预报因子进行二次预测。运用实例对基于TOPSIS-模糊综合评判模型冰凌预报因子识别的模糊推理模型的效果进行了检验,同时与冰凌预报模糊优选神经网络BP模型进行对比,结果表明本文在TOPSIS-模糊综合评判模型因子进行识别基础上的模糊推理模型预测精度较高、效果较好,既能够有效识别预报因子,又能够较好地提高预报封河、开河历时的精度,为凌汛预测提供了新的途径。
    3  华北平原地下水资源承载力评价
    刘敏,聂振龙,王金哲,田言亮,汪丽芳,刘少玉
    2017, 15(4):13-18.
    [摘要](714) [HTML](0) [PDF 861.24 K](525)
    摘要:
    华北平原地下水严重超采,并带来一系列资源环境问题,地下水资源承载力的可持续性面临严重挑战。本研究定义了地下水资源承载力的概念,提出了一种定量评价地下水承载力的新方法,并对华北平原地下水承载力进行了评价。结果表明,华北平原地区地下水资源支撑的GDP从2003年的15608.18亿元迅速提高到2011年的37584.9 亿元,33.3%的地市位于未超采未超载区;华北平原整体及57.2%的地市均位于超采未超载区,已发生地下水超采,但通过提高用水效率,未来社会经济规模仍有发展空间;9.5%的地市位于超采超载区。最后探讨地下水资源的承载力的提高途径,主要包括增加地下水资源可利用量和提高用水效率两方面,其中提高用水效率效果更显著。
    4  广东北江流域降水集中度和集中期的时空变化特征
    刘占明,魏兴琥,陈子燊,江学顶
    2017, 15(4):19-25.
    [摘要](703) [HTML](0) [PDF 1.12 M](485)
    摘要:
    基于广东北江流域分布较均匀的18雨量站1965-2009年日降水资料,统计出各站各年份降水集中度(PCD)和集中期(PCP)指标,然后基于该指标分析流域降水集中度和集中期多年均值、变化趋势、与年降水量相关性、丰水年枯水年合成分析的空间分布情况,以期研究流域降水年内非均匀分布的时空变化特征。结果表明:1)降水集中度总体表现为从南向北递减;降水集中期主要表现为中北部的大部分区域较为提前,南部区域较为滞后。2)大部分区域表现为年降水量随着降水集中度的下降而增加;南部区域年降水量随着降水集中期的滞后而减少,北部区域反之。3)MK趋势检验表明,流域降水集中度、集中期均主要表现为上升,但不显著。4)降水集中度空间分布上,丰水年与枯水年比较一致,但枯水年降水集中度更高;丰水年降水集中期差别较大,从流域平均来看,丰水年集中期较枯水年约滞后20天。
    5  面向水资源安全的绿洲受水区水资源配置方案评价
    彭亮 ,何英,穆振侠,梁川,高凡
    2017, 15(4):26-33.
    [摘要](579) [HTML](0) [PDF 1.06 M](466)
    摘要:
    水资源安全问题已成为制约克拉玛依市经济发展的重要因素。通过调查克拉玛依市水资源开发利用情况,从空间配置、时间配置、用水配置、水源配置等方面入手,设计两个步骤来解决:①选取12个用水指标构建水资源安全评价体系,应用层次分析法构造判断矩阵,并确定各指标因子的权重;②拟定各类需水方案、供水方案组合叠加生成调度运行方案,形成水资源配置方案集,并设置各方案的水资源安全评价指标,再运用层次分析法优选WRMM模型配置结果,然后对克拉玛依市2011年水资源安全状况进行评价与分析。结果表明,基于水资源安全评价指标的最佳水资源配置.方案8,供水保证率达到100%,水资源开发利用率为57%,灌溉水综合利用系数为0.75,为提高克拉玛依市水资源利用率、保障区域用水安全提供科学依据。
    6  过去500年海河流域旱涝变化规律
    王文鑫,胡先学
    2017, 15(4):34-38.
    [摘要](613) [HTML](0) [PDF 912.52 K](503)
    摘要:
    研究历史旱涝变化规律对于区域综合防灾减灾具有重要的现实意义。本文以海河流域的旱涝灾害文献记录和旱涝等级资料为基础,重建过去500年区域综合旱涝指数序列,探讨海河流域1470-2000年旱涝变化的规律。研究发现海河流域旱涝灾害的频发期具有明显的时段性,呈现出“旱-涝-旱”波动。从16世纪初期开始由洪涝转向干旱,并于17世纪初期达到顶点;从17世纪中后期开始海河再次进入相对易受洪涝灾害影响的时期,其中19世纪初期处在最低值,到20世纪20年代左右,流域再次进入相对干旱的时期,且干旱的严重程度逐年增加。同时,研究区存在2.5年、9.8年、18.6年、31.3年、83.5年、125.3年和167.0年等旱涝周期性过程。
    7  基于SWMM的老城区LID布设比例优化研究
    王 婷 刁秀媚 刘 俊 栾 慕 丁 楠
    2017, 15(4):39-43.
    [摘要](582) [HTML](0) [PDF 810.76 K](458)
    摘要:
    老城区因建筑密度高等特点,是内涝的高发地带。针对这一问题,基于SWMM模型中的LID(低影响开发Low Impact Development)模块,研究选取渗渠、渗透铺装、雨水桶和生物滞留网格4种措施,在不同重现期设计暴雨情景下,对不同布设比例(0.1%~15%)的LID措施进行模拟分析,寻找最佳布设比例。最后将几种最佳比例组合,对组合优化进行初步探索。模拟结果表明,几种LID措施布设在达到某一比例后,对不同重现期设计暴雨的削减作用会减缓,此时的布设比例即为所求最佳比例;而组合方案由于受到措施间的相互作用等因素影响,不能直接套用单项措施最佳比例,其优化仍有待研究。
    8  天山西部山区VIC模型的应用
    高瑞,穆振侠
    2017, 15(4):44-48.
    [摘要](678) [HTML](0) [PDF 804.96 K](550)
    摘要:
    为能够更好地指导高寒山区融雪径流模拟研究与洪水预报方面的工作,本文以天山西部山区的喀什河流域为研究区,根据研究区内1990~2000年内的水文气象数据、CFSR再分析数据、DEM、土壤及植被等数据,借助构建的VIC模型进行径流模拟研究。根据模拟结果,可以看出:1)气象资料匮乏区可以将CFSR再分析数据作为数据源,但此数据与实际情况存在一定偏差,需进行相应修正;2)本研究以优选水文站降水数据作为CFSR再分析数据修正依据,以水文站所在CFSR再分析数据网格为标准,通过与其他CFSR网格降水数据建立相关关系进行CFSR异常数据剔除的方法是可行的;3)构建的VIC模型在本研究区具有一定的适用性,且模型参数取用较合理;4)率定期内,月尺度下模型效率系数和多年径流相对误差分别为0.80和4.7%,日尺度下分别为0.64和3.3%;而在验证期内,月尺度下模型效率系数和多年径流相对误差分别为0.84和14.5%,日尺度下分别为0.70和13.1%。
    9  一种SWAT模型参数识别的改进方法
    赵 堃,苏保林,申萌萌,管毓堂,周静雯
    2017, 15(4):49-53.
    [摘要](696) [HTML](0) [PDF 688.54 K](629)
    摘要:
    参数的敏感性分析和不确定性分析是分布式水文模型构建的先决条件。本文在辽河流域建立SWAT模型,利用SWAT-CUP中的SUFI-2算法进行参数的率定,在此基础上提出一种更为简便的参数识别方法。将研究区域辽河干流的主要支流分别进行参数识别,再将SWAT-CUP中率定的最佳参数的从TXINOUT文件中提取出来,分别覆盖到SWAT模型中各对应支流子流域的TXINOUT文件中,即可得到按主要支流经过参数识别后的SWAT模型,避免了SWAT-CUP调参工具涉及众多子流域导致参数识别过于复杂的问题。结果表明,辽河干流主要支流招苏台河、清河、柴河等子流域主要水文断面率定期的平均纳什效率系数分别为0.60、0.65、0.68,验证期的为0.60、0.72、0.77,参数率定的结果相对于全局调参有较大的改进。采用本文提出的参数识别方法,可以解决SWAT-CUP全局调参时结果上下游断面难以同时匹配或伪匹配的问题,又可以避免分区参数识别时对不同子流域的土地利用类型、土壤类型以及坡度等参数的繁琐设定,同时降低了SWAT模型手动调参的复杂程度,可较好地应用到SWAT模型参数识别过程中。
    10  串联型水体生态需水补水方案研究
    米玉华,刘佳 ,刘克岩 ,刘慧霞 ,王海宁
    2017, 15(4):54-58.
    [摘要](636) [HTML](0) [PDF 1.13 M](523)
    摘要:
    在水资源长期短缺的北方地区,拦河蓄水形成的串联型河流坝式景观水体几乎在每个城市都可以看到。为计算维持这种以水景观为主的人工河流生态系统基本健康的最小需水量,以滹沱河水环境修复段为例,构造描述“串联型坝式景观水体”水质、水量变化的综合数学模型,提出了水质、水量相结合的河流坝式景观水体生态需水补水方案。结果显示:75%频率降水情况下,滹沱河水环境修复段现状水平年最小需水量为3450万m3,并给出了明确的补水时机和补水量,为北方串联型河流坝式景观水体的生态保护提供了支撑。
    11  地下水中胶体临界絮凝铵氮浓度研究
    李海明 , 葛亚超 ,王烨 ,董旺泉 ,李迎龙
    2017, 15(4):59-64.
    [摘要](487) [HTML](0) [PDF 2.16 M](567)
    摘要:
    为了了解地下水中各种类铵氮临界絮凝铵氮浓度的差别,本文采用批试验,对天然黏土胶体、膨润土胶体、高岭土胶体和不同粒径的天然黏土胶体的临界絮凝铵氮浓度进行了测定。结果表明:不同种类胶体的临界絮凝铵氮浓度有差别,天然黏土胶体、膨润土胶体、高岭土胶体的临界絮凝铵氮浓度分别为1600 mg/L,24 000 mg/L和8 000 mg/L。试验结果表明膨润土的稳定性最强,最不易受到铵氮的影响。不同粒径天然黏土胶体的临界絮凝铵氮浓度也不同,但是随粒径的变化呈现出一定的规律性,随着粒径的增大临界絮凝铵氮浓度减小,说明粒径较大的胶体的稳定性越差,越易受到铵氮的影响。总体而言,胶体的临界絮凝铵氮浓度和胶体种类和胶体粒径都有一定的相关关系。
    12  基于PSR模型的南水北调中线主干渠沿线区域生态环境评价
    郭恒亮,刘如意,赫晓慧,田智慧
    2017, 15(4):65-70.
    [摘要](606) [HTML](0) [PDF 1.27 M](476)
    摘要:
    结合生态环境状况指数和修正后的“压力-状态-响应”(PSR)模型,从环境质量状况以及生态安全两个角度分析出发,分别考虑自然影响以及自然、经济、社会三者的协同作用,构建了适用于描述南水北调中线主干渠沿线地区生态环境状况的综合评价指标体系。研究结果表明:评价期内环境质量状况评价等级中,只有鲁山县处于“良”,安阳市“较差”,其他县区均为“一般”;生态安全评价方面,只有淅川县处于较安全状态,其他处于预警和中度预警状态,占研究区总面积的97.54%,中度预警占16.28%。总的来看,2014年研究区生态环境质量整体水平一般,综合生态安全形势不容乐观,需要政府部门加大对主干渠沿线输水地段人类活动的监管力度。
    13  干旱指数在四川省的适用性分析
    潘妮,卫仁娟 ,詹存,梁川,徐正东
    2017, 15(4):71-78.
    [摘要](607) [HTML](0) [PDF 798.50 K](385)
    摘要:
    干旱灾害频发严重制约着四川省的农业发展,为合理分析四川省干旱情况,干旱指数的选择尤为重要。本文基于四川省39个气象站点1960年-2013年的气象资料,分别计算1961年、1994年、2006年和2009年-2010年各站点相对湿润指数M、气象干旱综合指数CI、标准化降水指数SPI和标准化降水蒸散指数SPEI,利用Arcgis反距离插值法进行空间插值,并与中国气象灾害大典记录的四川省典型年干旱情况进行对比分析,进而评价四种干旱指数在四川省的适用性。结果表明:对于1961年夏旱,M指数和CI指数均表现出无旱或轻旱,SPI指数结果较实际情况偏小,SPEI指数监测出了干旱的重灾区,效果在四个干旱指标中最好;1994年夏伏旱,M指数监测结果偏小;CI指数出现了空报,对川东地区和川西高原的监测结果偏小,SPEI指数在达县、巴中一带结果偏小,而SPI指数在成都、绵阳一带的结果偏小。2006年伏旱,M指数监测结果偏小;CI指数比M指数效果稍好,但结果仍然偏小;SPI指数和SPEI指数监测出的干旱特征与实际一致;2009年-2010年的冬春连旱,SPEI指数效果最好,M指数次之,SPI指数效果最差。SPEI指数最能反映四川省典型干旱年干旱的空间分布特征。
    14  吉林市排污河底泥的污染状况及其生态风险评价
    李琼 ,张海欧,和利钊,董小龙,郑子健,王学东
    2017, 15(4):79-86.
    [摘要](700) [HTML](0) [PDF 869.71 K](459)
    摘要:
    以吉林市排污河中底泥为主要研究对象,布置12个监测断面35个代表性采样点,采集并分析了河道内底泥样品中8种重金属及16种USEPA优先控制的多环芳烃的含量,并分别采用地质累积指数法(Igeo)、潜在生态风险评价法(PERI)、沉积物质量基准法(SQGs)对排污河底泥中污染物进行了生态风险评价。结果表明,该排污河底泥中重金属及多环芳烃均不同程度超过松花江水系沉积物背景值,其中Hg、Pb、Cu、As、NAP、ANT超标倍数分别为87.5、10.2、6.18、5.90、115.6和228.5;Igeo显示Hg的生态风险最大,Igeo达到了5.82,而Cd和Ni的风险较小,这与PERI中Hg风险最大的结果一致;SQGs评价结果表明由重金属及多环芳烃引起的污染会产生生物毒性,且不利生物毒性将频繁发生;(3)。以上结果说明,该排污河呈现以Hg为主要风险因子的重金属与多环芳烃复合污染现象,在今后应加强底泥监测和定期清淤,从而推动区域生态环境的治理与恢复。
    15  毛乌素沙地典型湖滨带湿地有机碳、氮素空间分布特征
    张雪冰 ,闫玉琴,陈国静,申卫博, ,王国栋
    2017, 15(4):87-93.
    [摘要](606) [HTML](0) [PDF 880.85 K](516)
    摘要:
    通过对陕西毛乌素沙地典型湖滨带湿地有机碳和氮素的空间分布特征进行研究,为探讨湿地生态系统如何在沙化环境下发挥其特有的功能提供科学依据。在巴吓采当湖泊湖滨带A~F类型区采集土壤,测定土壤的有机碳、全氮、有机氮、硝态氮和铵态氮等指标。利用方差分析、Spearman相关性分析和主成分分析等方法分析对湖滨带有机碳、氮素空间分布特征进行研究。土壤表层0~10 cm的有机碳和全氮含量随水位升高呈增加趋势。除了铵态氮外,有机碳、全氮、有机氮和硝态氮含量垂直分布上随着土壤深度增加呈降低趋势。 土壤有机碳、全氮含量分别与全磷、土壤容重、含水率、水位显著相关。铵态氮和全磷、含水率、土壤容重、全氮、有机碳和水位等显著相关。硝态氮与微生物生物量碳、氮的相关系数分别为r=0.637和r=0.617(中度正相关)。有机碳及氮素的含量与土壤粘粒含量相关性不高。主成分分析提取3个主成分,累积贡献率达76.15%。土壤全磷、土壤含水率、土壤容重和水位是影响湖滨带土壤有机碳、氮素空间分布的主要因子。
    16  饮用水源保护区生态补偿标准修正核算方法
    周赞,孙世军,崔朋
    2017, 15(4):94-100.
    [摘要](516) [HTML](0) [PDF 871.60 K](1136)
    摘要:
    研究从“谁保护,谁受益”、“谁使用,谁付费”、“谁污染,谁负责”的角度出发,综合考虑生态保护总成本法、水资源价值法和水质补偿赔偿法的优点,确立了基于水量、水质修正系数的饮用水源保护区生态补偿标准核算方法,并以杨木水库为例估算了用水地区对杨木水库生活饮用水源保护区所在地的生态补偿额度:16 746.06万元/年,即用水地区每年向水源保护区所在地支付16 746.06 万元作为生态补偿资金。所建核算方法避免了传统方法仅考虑单一因素的计算,较为全面的反映生活饮用水源保护区生态补偿的实际情况,对生态补偿机制的建立具有一定参考作用。
    17  系统动力学模型在成都市水生态承载力评估方面的应用
    马涵玉,黄川友,殷彤,朱国宇
    2017, 15(4):101-110.
    [摘要](662) [HTML](0) [PDF 691.83 K](558)
    摘要:
    基于成都市水生态现状,为提高其水生态承载力,促进经济发展和提高人民生活水平,运用系统动力学(SD)的方法,建立了成都市水生态—经济—人口—水资源—水环境的耦合系统,模拟了现状延续型、节约用水型、污染防治型和综合协调型四种情景模式。模拟结果显示:在模拟年限内(2014年-2020年),现状延续型和污染防治型未能有效降低水生态承载限制系数,水生态问题将进一步加剧;节约用水型和综合防治型都可以降低水生态承载限制系数,但节约用水型不能显著减低该系数,只有通过节约用水和污染防治相结合的综合防治型,才可以更加有效的减低该系数,该情景模式是提高水生态承载力的最佳模式;到2020年,该情景模式下成都市的水生态承载限制系数下降为0.297,与2010年的相比,下降了59.4%。研究结果可为成都市水生态保护提供技术依据。
    18  落水洞直径对岩溶泉流量影响的试验研究
    温忠辉,张依楠 苏佳林
    2017, 15(4):111-116.
    [摘要](463) [HTML](0) [PDF 958.41 K](425)
    摘要:
    基于裂隙-管道介质物理模型,通过设计多组试验方案,研究落水洞直径的改变对岩溶含水系统调蓄能力及泉流量过程的影响。经试验数据分析发现:调蓄系数随着落水洞直径增大而增大;在低强度下,落水洞直径的改变对裂隙和落水洞共同释水阶段的衰减能力影响不大,而在高强度下,其衰减能力随着落水洞直径的增大明显减小;底部管道释水阶段的衰减系数不受补给强度和落水洞直径的影响,其值约为0.0017 1/h ;调蓄系数与第一阶段衰减系数的乘积与落水洞直径无关,与补给强度呈负相关关系。
    19  青海省干热岩资源类型及典型地热模式
    雷玉德,,童 珏,,杨占梅,,杨绍康,刘 毅,,李小林
    2017, 15(4):117-122.
    [摘要](525) [HTML](0) [PDF 923.62 K](516)
    摘要:
    新生代以来,受印度板块与欧亚板块的碰撞挤压作用,青藏高原发生强烈的隆升,青海省地质构造发生巨大变化。在这一特殊的地质作用下,印支—燕山期以来岩浆岩广泛分布于全省,并造就了挽近期活动构造的展布变化及青海省特有的地热地质条件。本文根据国内外已发现干热岩资源类型成因模式分析,结合青海省地热地质背景、干热岩资源类型、分布规律等,简要分析了不同类型干热岩资源特征,重点分析讨论强烈构造活动带型和沉积盆地型干热岩资源,并在此基础上研究不同类型干热岩资源地热模式,比较不同干热岩资源形成机制之间的差异,为进一步勘查、开发青海省干热岩资源提供依据。
    20  斜壁桶形基础水平承载力计算方法研究
    刘金龙,陈陆望,王吉利,汪东林
    2017, 15(4):123-128.
    [摘要](753) [HTML](0) [PDF 743.15 K](485)
    摘要:
    基于斜壁桶形基础的空间受力状态和基本假定,利用极限平衡法推导得到了斜壁桶形基础的水平承载力表达式,并与模型试验结果进行对比,验证了该计算方法的可靠性。通过变动参数,分别探讨了桶壁倾角、地基反力比例系数、桶基顶部直径、桶基高径比、水平力作用点高度等水平承载力的影响及相对敏感性。计算表明斜壁桶形基础的水平承载力随着桶壁倾角的增大而急剧增大。研究结果有助于对传统桶形基础进行优化设计。
    21  河工模型试验加糙方法综述
    李甲振,郭永鑫,甘明生,许金鹏,付辉,黄伟
    2017, 15(4):129-135.
    [摘要](554) [HTML](0) [PDF 850.92 K](554)
    摘要:
    原模型阻力相似是开展河工模型试验的基本要求,模型试验的糙率复核受目标值、波动幅值、模型材质及研究重点等多因素的影响,选用合理的加糙手段可大幅提升试验效率和精度。为解决现阶段河工模型试验中存在的加糙方法种类繁多、技术条件复杂、难以快速选择适宜加糙方法的问题,对国内外常用的加糙方法进行了归纳总结,将加糙方法划分为点块型加糙、条带型加糙和膜片型加糙三种方法。介绍了每种方法常用的加糙体,详细说明了各加糙方法的实现手段、优点、不足以及糙率值的可调整范围。草垫为代表的膜片型加糙可实现的糙率峰值达0.08以上,梅花十字板加糙可实现的糙率峰值约0.06,条带型加糙可实现的糙率峰值约为0.04,粘贴尼龙网、玻璃膜以及密实加糙可实现的糙率峰值约为0.02,刨坑加糙方法基本不能提高模型表面糙率。给出了相应的适用条件、加糙范围及对水流结构的影响,以及部分糙率计算方法,以期研究者可根据试验目的快速准确地选取适宜的加糙方法,提高研究效率。
    22  基于离散元法的顺层岩质边坡的地震响应分析
    江婷,沈振中,聂柏松,刘冲,谈家诚
    2017, 15(4):136-141.
    [摘要](532) [HTML](0) [PDF 749.39 K](529)
    摘要:
    基于离散元法,结合某水电站厂房后缘顺层岩质边坡工程,研究缓倾角多结构面岩质边坡的地震响应规律及锚杆的加固效果,提出了该边坡抗震加固优化方案。研究表明:未加固顺层块状岩质边坡在地震过程中位移呈现阶梯式增长,地震结束时刻边坡岩块松散崩落;加固后边坡位移显著减小,且能在地震作用下保持稳定;锚杆的剪力响应与其附近结构面的相对位移相关性强,表明锚杆附近岩层面间的相对位移是激发锚杆加固作用的主要因素,在坡面出露且出露点低的岩层面在地震作用下相对位移较大,对应的锚杆承受剪力也较大,据此可更合理地布置锚杆。
    23  基于速度势法的水电站进水塔 弯曲自由振动解析解
    党康宁,王媛,宋志强,刘云贺,张希
    2017, 15(4):142-147.
    [摘要](532) [HTML](0) [PDF 1.34 M](429)
    摘要:
    介绍了基于速度势解析算法求解水电站进水塔在水中弯曲自由振动的方法。分析进水塔的主要受力特点,为引入流体速度势解析算法对结构进行简化和假设。以分布参数梁体系推导得到无水时进水塔弯曲自由振动频率方程,根据速度势拉普拉斯方程确定了所求解问题的边界条件,通过内外水压力表达式建立进水塔的弯曲自由振动方程。推导振动方程得到频率方程,经过数学软件编程求解,最终可得到结构振型和频率。推导过程表明流体速度势法是将水体转化成与塔体振型相关的质量附加于结构,从而影响结构的振动。与数值方法对比和探讨,分析了两者异同,提出本文方法适用范围。结果表明,本文解法可以引入内外含水矩形横截面进水塔的弯曲自由振动问题的求解,为下一步进水塔地震响应分析提供一种新的思路。
    24  水位下降条件下西安D7裂缝土体孔隙变化特征试验
    段 扬,冯 立,胡伏生
    2017, 15(4):148-154.
    [摘要](404) [HTML](0) [PDF 956.41 K](471)
    摘要:
    为研究压缩性土体在孔隙水压力下降下所引起的孔隙变化特征,选取孔隙度及分形维数作为评判指标,以西安D7地裂缝两侧可压缩性土层为研究对象,借助三维CT扫描成像技术,依托Matlab计算平台及VG Studio Max图像处理软件,对在水位下降过程中可压缩性土体压缩变形引起的孔隙度和分形维数孔隙变化进行定量评价,并探讨了固结压缩过程中土体孔隙分形维数的变化规律及其影响因素。研究表明:孔隙度随压缩进行大幅降低,由压缩前4.36%降至0.61%;土体分形维数与孔隙度、上覆压力均呈线性相关性,相关系数分别为0.9472和0.9660;而且分形维数可以很好的表征孔隙分布特点,是孔隙度的有效补充;通过分析土样孔隙度与分形维数关系,为后期建立区域上地裂缝—地下水开采耦合模型提供参数赋值基础。
    25  横观各向同性地基上的碾压混凝土重力坝应力应变研究
    苏 超,董安雨,刘崇巍,何志亮,徐汇
    2017, 15(4):155-160.
    [摘要](448) [HTML](0) [PDF 1.04 M](473)
    摘要:
    碾压混凝土重力坝结构简单,施工方便,应用广泛。在实际工程中,经常会遇到地基的各向异性问题。本文应用非线性有限元结构分析软件ABAQUS,以某碾压混凝土重力坝的岸坡坝块为研究对象,建立了碾压重力坝的三维有限元计算模型。在正常蓄水工况下设置了六组水平向与铅直向弹性模量比值不同的计算组,通过对比分析,研究其可不考虑各向异性的材料比值区间。
    26  基于渗透性能的混凝土耐久性预测模型
    闫 菲,王瑞骏,车明杰,贺新星
    2017, 15(4):161-167.
    [摘要](486) [HTML](0) [PDF 859.02 K](463)
    摘要:
    通过不同配合比混凝土试件的气体渗透性测试、吸水性测试及氯离子侵蚀试验,分析了混凝土氯离子扩散系数与渗透性能之间的关系,建立了基于渗透性能的混凝土耐久性预测模型,并以某临海水闸工程为例对所建模型进行验证。结果表明:空气渗透性系数、吸水性系数及氯离子扩散系数均随着水灰比的增大而增大;不同水灰比情况下,氯离子扩散系数均随空气渗透性系数、吸水性系数的增大而增大,且呈现一定的相关性;建立的基于渗透性能的混凝土耐久性预测模型,只需进行混凝土结构渗透性能的试验,即可预测混凝土结构的使用寿命;以某临海水闸工程为例对所建模型进行验证,认为该模型是可行的。建立基于渗透性能的混凝土耐久性预测模型对在氯离子环境下的混凝土结构工程直接利用渗透性能预测其使用寿命具有重要意义。
    27  耦合作用下蓄水速度对心墙坝渗流性态的影响分析
    尹伟强 傅琼华 ,高江林,周清勇,彭圣军
    2017, 15(4):168-174.
    [摘要](427) [HTML](0) [PDF 1008.73 K](434)
    摘要:
    水库初次蓄水速度直接影响土石坝的渗流安全,水位上升使得坝体内应力场复杂多变,影响渗流性态,而忽略应力场影响对渗流分析易造成偏差。基于饱和-非饱和土渗流理论,在考虑初始应力场和渗流场的基础上针对蓄水速度对渗流场的影响进行数值模拟,并对比和研究了蓄水过程中考虑和不考虑应力场影响下的渗流性态。结果表明,蓄水速度较慢时,应力对各水力要素影响不明显,提高蓄水速度,心墙上游局部存在较大的水力梯度,孔隙水压力突变并集中分布,对坝体不利,考虑应力耦合影响计算结果偏于安全。因此,初次蓄水渗流分析有必要考虑应力场的影响,并严格控制初次蓄水速度。
    28  折线温差分布下倒虹吸横向温度应力计算
    柏文文 季日臣 张彤锋
    2017, 15(4):175-178.
    [摘要](445) [HTML](0) [PDF 671.79 K](426)
    摘要:
    引进公路桥梁规范中折线温差分布函数,推导了折线温差分布下倒虹吸横向温度自约束应力和框架约束应力计算公式,运用推导公式,计算了倒虹吸在冬季停运状态,骤然降温作用下的温度应力,计算表明:倒虹吸内表面总应力是壁厚和温差的函数,当壁厚不变,温差减小50%时,其温度应力相应的也减小50%,当温差不变,壁厚减小50%时,其温度应力减小17%;按照折线温差分布函数计算的倒虹吸温度应力值,比指数温差分布函数计算的温度应力值大,在设计时若按此考虑倒虹吸温度荷载,能显著提高倒虹吸抗裂性能。
    29  南水北调东线工程山东段突发事故风险评估
    赵然杭 陈超, 李莹芹 王兴菊 彭 弢 陈 娟
    2017, 15(4):179-185.
    [摘要](595) [HTML](0) [PDF 848.16 K](665)
    摘要:
    南水北调东线工程山东段由新修渠道、原有河道及湖泊、水库共同构成。输水干线多为开敞式且与当地交通道路交叉,南四湖和梁济运河承担航运任务,交通、航运等突发事故有可能影响正常输水,因而输水安全受到多种潜在突发事故的威胁。为能够在突发事故发生后采取有效的应急控制和处置措施,降低事故造成的损失,采用核对表法对工程突发风险源进行识别,确定突发事故类型,综合利用模糊意见集中决策和层次分析法建立风险评估体系,对南水北调东线工程山东段的突发事故风险进行评估,确定各类突发事故对工程的影响程度,经评定该工程的主要风险包括陆运和航运交通事故引发的突发风险,次要风险主要包括人为投毒、自然灾害及机器故障等原因引发的各类突发风险。该成果可为后续应急控制和处置方案的制定提供决策依据,同时可为其他资料短缺地区的风险评估提供参考。
    30  基于信息熵与灰关联的西安市城市经济与用水结构的耦合度研究
    张黎鸣 赵岩 王红瑞 潘成忠
    2017, 15(4):186-192.
    [摘要](571) [HTML](0) [PDF 839.35 K](422)
    摘要:
    基于2005-2014年西安市城市用水和经济社会发展的数据,运用信息熵和灰色关联分析法,从时间序列上对西安市城市经济发展和用水结构之间的相互关系进行了实证分析。研究结果表明:西安市用水结构信息熵不断增长,单一用水类型的优势性减弱,系统均衡性增强,用水结构趋于合理化;西安市城市经济发展与用水结构之间的关联度都在0.45以上,说明二者存在很大的相关性;城市经济与用水结构的耦合度分布在0.6-1之间,表明城市经济发展与用水结构交互耦合比较紧密;针对西安市水源利用的供需矛盾,可采取相应的措施加以控制,节水技术的创新与推广使用是关键。
    31  利用单纯形-粒子群算法识别 二维河流水质参数
    袁 帆 刘元会 郭建青
    2017, 15(4):193-197.
    [摘要](522) [HTML](0) [PDF 663.99 K](453)
    摘要:
    将单纯形-粒子群混合算法应用于分析二维河流横向扩散情况下的水团示踪试验数据,估计河流的横向扩散系数、断面平均流速和污水排放位置。数值试验结果表明:①加速因子c1,c2和参数初值取值范围综合影响粒子的搜索能力,当加速因子c1=c2=1.72时,有利于保持粒子的搜索能力;②在同样的条件下,混合算法的时间性能指标值小于单一的粒子群优化算法;③参数初值的取值范围对混合算法收敛性几乎没有影响;④混合算法可以有效地应用于河流水质数学模型参数识别问题。混合算法能改善粒子群算法在迭代后期出现的收敛速度慢、早熟的不足,是分析河流水质模型参数的一种有效方法。
    32  南水北调中线工程应急调度目标水位研究
    聂艳华,黄国兵,崔旭,刘孟凯
    2017, 15(4):198-202.
    [摘要](623) [HTML](0) [PDF 693.83 K](452)
    摘要:
    以南水北调中线工程为例,建立一维应急调度数值模型,选取典型渠段作为算例,研究中线工程总干渠突发事故应急调度时输水明渠节制闸闸前目标水位的设定对渠道节制闸水位壅高、渠段退水量等参数指标的影响。研究表明:目标水位的设置直接影响到渠道退水量、渠道最高水位壅高。闸前目标水位越高,渠道水位壅高越高,但渠道退水量越小。为提高应急调度的安全经济性应在保证不发生漫顶事故的前提下,尽量加大事故上游渠段节制闸前目标水位。本研究成果可为中线工程应急预案的建立提供参考。
    33  植被排列方式及坡度对坡面流Fr影响的试验研究
    张景洲,张升堂,李红,王浩岚,刘元臣,王亨力
    2017, 15(4):203-208.
    [摘要](592) [HTML](0) [PDF 946.99 K](455)
    摘要:
    为探究植被的排列方式及坡度大小对坡面流弗劳德数Fr的影响,以期揭示坡面流弗劳德数Fr的内在规律。 利用人工模拟试验,系统研究了6个坡度、3种植物排列方向与水流方向呈不同走向角的条件下Fr与单位底面积的空间摩阻表面积K值的特征关系。在非淹没状态下,Fr与K值的关系为随K值的增大Fr呈现先减小后趋于平稳的趋势;Fr的取值随坡度的增大而增大;在一定的坡度范围内,同一坡度下,当Fr>1时,同一K值下,走向角越大对应的Fr值越小,当Fr<1时则相反;同一走向角下,在同一K值下,坡度越大对应的Fr就越大。结果表明坡度一定的条件下,坡面植被的排列方式不同,弗劳德数Fr的取值也不相同;坡度是影响Fr取值范围的重要因素之一。

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