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《水利水运工程学报》2021年第1期中文摘要
日期:2021年03月22日 21:21:06点击数:字号:【

中小型水库防洪标准对比研究及对策建议

邹鹰

(彩神app下载安卓版,江苏 南京 210029)

摘要: 我国中小型水库众多、分布广泛,为社会提供了极大的经济和生态效益,但也有可能因大坝失事给水库下游地区造成人员伤亡和财产损失,成为洪灾风险的来源之"一。通过与美国大坝等级划分和入库设计洪水选择指南的对比,指出了我国相关设计规范中,对中小型水库防洪标准的规定相对偏低,与我国当前的经济社会发展水平不相适应;分析论证了我国存在高风险潜在危险的中小型水库提高防洪标准的必要性和可行性,并提出了提高我国高风险潜在危险等级的中小型水库防洪能力的对策建议。

关键词:中小型水库;大坝分类;防洪标准;设计洪水;潜在危险

城市水-能源-粮食耦合协调发展研究

王丽川1, 2,侯保灯1,周毓彦1,陈晓清1, 2,王 欣1, 3,黄 亚2

(1. 中国水利水电科学研究院 流域水循环模拟与调控国家重点实验室,北京 100038;2. 广西大学 土木建筑工程学院,广西 南宁 530004;3. 华北水利水电大学 水利学院,河南 郑州 450046)

摘要: 水资源、能源、粮食是我国的重要资源,三者之"间相互依存,在城市发展过程中起着重要作用,是城市可持续发展的重要基础资源。以上海市为例,构建上海市W-E-F(Water-Energy-Food简写为W-E-F)系统的综合评价指标体系,采用熵值法和变异系数法对指标赋权,然后建立耦合协调度模型,分析上海市W-E-F系统和各子系统间协调发展水平,并应用灰色GM(1,1)模型预测2018—2025年上海市W-E-F系统的耦合协调度发展趋势。结果显示:上海市W-E-F系统发展分为两个阶段,第一阶段为2003—2013年,W-E-F系统呈下降趋势;第二阶段为2013—2017年,W-E-F系统呈稳定上升趋势,并在未来2018—2025年耦合协调度呈稳定上升趋势,至2025年过渡到良好协调发展水平,但未上升到优质协调发展水平。上海市应继续提高资源利用效率,拓展城市协调发展空间。

关键词:W-E-F 系统;耦合协调;上海市;灰色预测

不同发展情景下雄安新区用水强度及需水量预测

吕良华,姜蓓蕾,耿雷华,张海滨,于新兴

(彩神app下载安卓版 水文水资源与水利工程科学国家重点实验室,江苏 南京 210029)

摘要: 雄安新区尚处在规划建设阶段,未来发展情景存在不确定性,预测不同发展情景下可能的用水强度及需水量对于指导新区建设发展、实现水资源可持续利用具有重要意义。从社会经济发展模式、用水效率模式和生态环境发展模式三个角度,对雄安新区发展情景进行了概化。结合《河北雄安新区规划纲要》,通过借鉴国内新区以及国内外发达城市近年用水效率值、社会经济发展指标,预测了不同发展情景下新区近期和远期的各类用水强度指标以及相关社会经济发展指标。利用定额法预测了新区近期和远期的生活、工业和农业需水量。利用Tennant法和定额法预测了新区近期和远期的河道内外生态环境需水量。2022、2035年不同发展情景的需水总量分别在 8~10、9~12亿m3水平。在注重社会经济发展和生态环境保护的同时,严控用水强度可将用水总量控制在 8~9亿m3相对较低水平。严格控制生活、生产各类用水强度,采取多种措施提高用水效率对于新区控制用水总量,实现水资源可持续利用至关重要。

关键词:雄安新区;不同发展情景;用水强度;需水预测;水资源可持续利用

基于降雨情景模拟的城市社区尺度暴雨内涝研究

石小芳1, 2, 3,赵明洁1,杨青青4,张菲菲1,吴燕娟1,高 超1, 2, 3

(1. 宁波大学 地理与空间信息技术系,浙江 宁波 315211;2. 宁波陆海国土空间利用与治理协同创新中心,浙江 宁波 315211;3. 宁波大学 东海研究院,浙江 宁波 315211;4. 安徽师范大学 地理与旅游学院,安徽 芜湖 241000)

摘要: 全球变暖背景下城市暴雨内涝灾害频发,对我国东部沿海城市影响显著。根据暴雨内涝的致灾因子进行分类,基于 SWMM(Storm Water Management Model)对宁波地区分别构建了台风和非台风暴雨情景内涝响应模拟模型,并对比分析了台风暴雨内涝和非台风暴雨内涝的特征及其差异。结果表明:(1)台风和非台风暴雨在变化趋势、分布特征和时程分布上差异显著。(2)台风暴雨情景下,河道水位和流量主要受潮位影响,在高潮位时发生倒灌。在非台风暴雨情景下,河道水位和流量主要受降雨影响,并随着重现期的增大而增大。(3)台风和非台风暴雨情景下,研究区发生内涝的子汇水区数量和等级随着重现期的增大而增加,积水区域逐渐连片分布,最多有 17 个子汇流区发生内涝,占总内涝区域的 80%。而在相同重现期的台风暴雨情景下,排水管网负荷率更高、节点洪流更大、内涝更重、积水历时更长、积水深度更深,积水历时超过 10.7 h,积水深度超过 67 cm。本研究丰富了研究暴雨洪涝的方法,可为社区尺度的内涝研究提供参考。

关键词:暴雨内涝;台风暴雨情景;社区尺度;SWMM 模型;宁波市

半偏减法集对势在区域旱灾风险评估中的应用

金菊良1, 2,赵行玥1, 2,崔 毅1, 2,周玉良1, 2,陈梦璐1, 2,宁少尉1, 2

(1. 合肥工业大学 土木与水利工程学院,安徽 合肥 230009;2. 合肥工业大学 水资源与环境系统工程研究所,安徽 合肥 230009)

摘要: 为深入挖掘旱灾风险动态评估中评价样本与评价标准之"间存在的不确定性问题,提出用半偏减法集对势这一新的联系数伴随函数,建立区域旱灾风险动态评估的半偏减法集对势方法(SSSPP),并应用于宿州市2007—2017年旱灾风险动态评估和风险脆弱性因子识别研究。结果表明:宿州市旱灾风险综合等级基本在2级以上,处于偏危险状态,通过半偏减法集对势值可判别2009、2010及2011年处于偏反势,为高危险年份。通过半偏减法集对势方法识别出了宿州市旱灾风险脆弱性指标有:相对湿润度指数、土壤相对湿度、土壤类型、单位面积水资源量、耕地率、农业人口比例、水库调蓄率、单位面积现状供水能力、单位面积应急浇水能力、灌溉指数、节水灌溉率,这11个指标是宿州市降低旱灾风险等级进一步需要调控的对象。

关键词:旱灾风险;动态评估;脆弱性指标;诊断识别;集对分析;联系数;半偏减法集对势

黄河下游复航的生态建设方案探讨

张金良1, 2,张远生2,练继建2,安催花1

(1. 黄河勘测规划设计研究院有限公司,河南 郑州 450003;2. 天津大学,天津 300072)

摘要: 泥沙淤积、河势游荡、涉水工程碍航等是制约黄河下游生态航道建设的关键问题。采用实测资料分析、数学模型计算、综合分析等方法,分析得出小浪底水库运用以来,黄河下游最小平滩流量已达到4 300 m3/s,最小通航流量相应水面宽度达到120~200 m,水深达到 1.0~2.5 m;未来通过水沙调控体系的完善和联合运用,可在较长时间内维持下游4 000 m3/s左右的中水河槽,具备一定的复航条件。研究提出随着古贤、东庄等水库建成生效和黄河下游生态廊道建设,通过中水河槽和通航河槽的生态疏浚、游荡性河段整治及碍航建筑物生态改造,可打造长约800 km、航道标准达到整体Ⅳ级局部Ⅲ级的生态航道。建议按照“统筹部署、先易后难、先通后畅、逐步提高”的原则,加快推进黄河下游生态航道建设。

关键词:黄河下游;生态航道;生态疏浚;航道维持

基于相对差异函数的海绵城市弹性评价

冯 峰1, 2,靳晓颖1, 2,刘 翠1, 2,冯跃华3

(1. 黄河水利职业技术学院, 河南 开封 475004;2. 河南省黄河中下游水资源节约集约利用工程技术中心, 河南开封 475004;3. 河南省豫东水利工程管理局, 河南 开封 475000)

摘要: 针对海绵城市中观尺度的区域水系统综合评价问题,引入工程弹性的理念,构建了由生态弹性、工程弹性、自然弹性和社会弹性4个维度共17个影响因子的弹性指标体系,基于相对差异函数的模糊可变评价模型,对17个指标5个级别(极强、较强、中等、较弱、极弱)弹性阈值进行说明和界定。以开封市为研究实例进行评价计算,结果显示:2013年、2014年和2015年系统弹性为Ⅴ级,表明这3年开封市的海绵城市水系统具有极弱的弹性;2016年、2017年为Ⅳ级,开封市海绵城市水系统弹性为中等。同时对2013年、2017年的17个指标的相对隶属度覆盖等级进行对比,与开封海绵城市建设和成效进行对照分析,评价结果与实际情况高度吻和,均发生了明显的弹性增强过程。经过实例计算可得基于相对差异函数的海绵城市水系统弹性评价体系构建合理,针对中观尺度的评价区域,能够通过指标信息确定对应的相对隶属度,获得精准的评价结果,为海绵城市提高水系统弹性提供可靠的理论依据和数据支持。

关键词:海绵城市;相对差异函数;水系统;弹性评价;开封市

ERA-Interim和ERA-5再分析资料中台风模拟精度评估

李江夏1, 2,胡玉植3

(1. 长沙理工大学 水利工程学院,湖南 长沙 410114;2. 水沙科学与水灾害防治湖南省重点实验室,湖南 长沙 410114;3. 中国电建集团中南勘测设计研究院有限公司,湖南 长沙 410014)

摘要: 针对海洋水动力模拟中常用的10 m高度风速和海平面气压参数,通过对欧洲中期天气预报中心(ECMWF)的ERA-Interim(ERA-I)和其最新开发的ERA-5两套再分析风资料中的台风中心、最大风速和中心气压等要素进行识别,分析了2013—2015年两套资料对西北太平洋台风的模拟精度。结果表明:ECMWF再分析风资料对台风中心位置的反映存在一定偏差,台风强度越低,台风中心位置模拟的偏差越大;再分析资料中的台风最大风速较实测偏低,中心低压较实测偏高;ERA-5资料对台风的模拟精度显著优于ERA-I资料,但在西北太平洋仍低估了台风的强度,且台风强度越高,低估越明显。基于ERA-5资料建立了台风风场再分析最大风速与实测最大风速的相关关系,提出了在不具备实测台风数据的情况下直接修正ERA-5资料的方法。通过与实测资料比较,修正后风场显著优于修正前。

关键词:ERA-Interim;ERA-5;再分析风场;西北太平洋;台风

长江口登陆台风增水数值模拟——以“安比”为例

周才扬1,殷成团2, 3,章卫胜2,熊梦婕2,张金善2

(1. 水利部长江水利委员会水文局 长江口水文水资源勘测局,上海 200136;2. 彩神app下载安卓版 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. 武汉大学 水资源与水电工程科学国家重点实验室,湖北武汉 430072)

摘要: 1810号强台风“安比”是1990年以来直接登陆上海的最强台风,却并未诱发较大风暴增水。采用ERA-Interim数据集作为背景风场资料建立了双重嵌套的高分辨率风暴潮与天文潮耦合数学模型,研究了台风“安比”在长江口地区风暴潮增水特征及成因。结果表明:台风期间增水主要集中在长江口北支出口沿岸,而长江口南支在台风登陆后出现明显的减水过程,台风登陆位置导致了长江口南、北支增水分布的差异;移行风对台风路径右侧增水影响更大,除梯度风场的向岸风作用外,落潮期间移行风场的作用致使连兴港附近岸段风暴增水平均增幅26.8%;除台风强度外,台风路径也是影响长江口地区风暴增水大小的重要因素之"一。

关键词:海岸灾害;台风;风暴潮;长江口;数值模拟

寒冷环境下国内大坝混凝土的保温抗冰技术现状

赵成先1,孙红尧2,罗建华1,李红鑫1,潘旭勇1,裴成元1

(1. 新疆额尔齐斯河流域开发工程建设管理局,新疆 乌鲁木齐 830000;2. 彩神app下载安卓版 水文水资源与水利工程科学国家重点实验室,江苏 南京 210029)

摘要: 大体积混凝土大坝施工时内外大温差会造成混凝土的开裂,寒冷环境下大坝运行时冰的冻融过程会对混凝土造成胀裂破坏,因此寒冷环境下混凝土大坝浇筑时必须采取临时保温措施,大坝运行时必须采取永久保温措施。大坝上游面与冰层接触部位水结冰过程中的推力、剪切力和拉拔力会破坏保温材料,所以大坝上游面必须采取抗冰措施。从保温材料种类、抗冰技术、应用案例和调研结果等方面回顾了寒冷环境下国内混凝土大坝的保温和抗冰技术的现状,目前主要采用泡沫塑料作为临时保温材料,采用聚苯板和聚氨酯泡沫作为大坝永久保温材料,采用在保温材料表面涂布涂料或砂浆的方式以及采用抗冰装置的方式抵抗冰的破坏。抗冰技术尚处于起步阶段,最后提出了目前大坝保温抗冰技术存在的问题和需要继续研究的内容。

关键词:大坝;混凝土;保温材料;抗冰;寒冷环境

不同反滤准则及其在宁南山区水库设计中的应用

杨佩瑶1,王红雨1, 2,张 刚1,何金沙1

(1. 宁夏大学 土木与水利工程学院,宁夏 银川 750021;2. 宁夏大学 旱区现代农业水资源高效利用教育部工程研究中心,宁夏 银川 750021)

摘要: 渗流作用是引起土石坝破坏的主要原因之"一,合理设置反滤层能有效控制土体发生渗透破坏。为评价不同反滤准则在以黄土为筑坝材料的土坝中的效果,探讨黄土丘陵山区水利工程反滤系统适宜的设计准则,结合宁夏南部山区乔家沟水库土坝反滤系统设计案例,在反滤料级配曲线的上、下包线范围内平行选取 4 条不同的级配曲线,通过理论计算得出不同反滤准则所需的反滤料和被保护土料的特征粒径,对比分析了国内外7种反滤准则在该工程中的适用性。结果表明:当被保护土料为粉质黏性黄土时,我国现行碾压式土石坝设计规范(SL 274—2001)反滤准则在该工程反滤料级配曲线的上下包线内适用范围大、效果好,能同时满足滤土与排水条件。

关键词:反滤准则;反滤层;筑坝土料;级配曲线;黄土

利用灰色残差GM(1,1)-Markov模型预测水工混凝土的劣化

康春涛1,贡 力1, 2,王忠慧1,杨轶群1,王 鸿1

(1. 兰州交通大学 土木工程学院,甘肃 兰州 730070;2. 兰州交通大学 调水工程及输水安全研究所,甘肃 兰州730070)

摘要: 我国西北地区水工混凝土建筑物经常受到低温冻害和盐渍侵蚀作用,因此混凝土劣化预测的研究对水工建筑物的寿命预测具有十分重要的意义。为模拟水工混凝土建筑物所受到的破坏,以实验室方法进行混凝土试件的盐冻试验,得到4种工况下混凝土试件随着盐冻次数的增加,其质量和抗压强度的变化情况。研究抽取了其中两种工况的原始数据,首先利用灰色残差GM(1,1)模型对原始数据进行处理,并建立预测模型;然后通过预测模型进行计算,得到质量和抗压强度的修正值;最后通过灰色残差 GM(1,1)-Markov模型,对150~200次盐冻试验的试件质量和抗压强度进行预测。结果表明:试件质量和抗压强度的预测值与原始值相比误差较小,说明该模型可较好预测混凝土劣化的质量和抗压强度损失。

关键词:混凝土;耐久性;预测;灰色残差;马尔科夫链

考虑爆破累积损伤效应的含泥化夹层边坡滑移分析

闫长斌1,张彦昌1,陈艳国2,徐 晓3

(1. 郑州大学 土木工程学院,河南 郑州 450001;2. 黄河勘测规划设计研究院有限公司,河南 郑州 450003;3. 中南大学 资源与安全工程学院,湖南 长沙 410083)

摘要: 反复爆破振动是诱发滑坡的重要因素,特别是含泥化夹层的复杂岩质边坡。为揭示多次爆破振动下含泥化夹层复杂岩质边坡失稳破坏机制,根据能量守恒定律,基于Newmark滑块位移法,考虑爆破累积损伤效应,引入泥化夹层强度折减系数,建立了多次爆破振动下含泥化夹层边坡累积滑移量计算和临界爆破振动次数预测方法。探讨了剪切模量、倾角和连续率等泥化夹层参数对多次爆破振动下边坡累积滑移量的影响,并对泥化夹层参数敏感性进行了分析。研究结果表明:(1)考虑爆破累积损伤效应引起的泥化夹层强度参数劣化,边坡累积滑移量计算和临界爆破振动次数预测结果更加合理。(2)泥化夹层参数对多次爆破振动下边坡累积滑移量具有显著影响。随泥化夹层剪切模量的增大,边坡抵抗变形能力增大,累积滑移量减小。随泥化夹层倾角的增大,边坡剪切段滑移量无明显变化,但蠕滑段滑移量明显增大,总的累积滑移量随之"增大。泥化夹层连续率越高,边坡累积滑移量越大。(3)参数敏感性分析表明,泥化夹层剪切模量对多次爆破振动下边坡累积滑移量影响最显著,其次是泥化夹层倾角,再次是泥化夹层连续率。

关键词:边坡;泥化夹层;爆破振动;滑块位移法;累积损伤;强度折减;敏感性分析

澜沧江上游河谷哑贡倾倒变形体形成机制及过程

李 明1,涂国祥1, 2,罗新平1,尚 琪1

(1. 成都理工大学 环境与土木工程学院,四川 成都 610059;2. 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: 陡倾层状岩体的深层倾倒变形是我国西南深切河谷常见的一种地质现象。第四纪以来,伴随青藏高原隆升,强烈的河谷下切是导致这一现象的重要原因。以澜沧江上游河谷哑贡倾倒变形体为例,采用底摩擦重力试验和数值计算的方法,对河谷下切过程中该倾倒变形体的形成机制和过程进行了研究。结果表明:该边坡随着河谷下切、岩体卸荷及边坡应力场的重新分布,岩体中形成了较深的应力松弛区,主应力方向调整为重力方向,应力松弛区中陡倾的层状岩体向河谷方向发生倾倒变形。根据物理试验特征及数值分析结果,倾倒变形演化过程可归纳为:卸荷(回弹拉裂阶段)、变形(裂隙发育阶段)及折断(裂隙贯通阶段)。

关键词:河谷下切;颗粒流;倾倒变形;卸荷;底摩擦

季节性供水渠道边坡稳定性研究

朱锐1, 2,黄英豪1,张 晨1,郭万里1,陈 皓1, 2

(1. 彩神app下载安卓版,江苏 南京 210029;2. 河海大学 岩土力学与堤坝工程教育部重点实验室,江苏 南京210098)

摘要: 由于渠道季节性通、停水引起的干湿循环过程显著降低了渠基膨胀土的强度,进而影响膨胀土渠道的稳定性。以北疆典型膨胀土渠道为例,通过直接剪切试验对不同干湿循环次数下渠基膨胀土的力学特性和表面裂隙发育特征进行研究,在此基础上对水位骤降期间渠道边坡的稳定性进行了数值计算。结果表明:随着干湿循环次数的增加,试样表面的裂缝发育不断加剧,并在一定循环次数后逐渐趋于稳定;试样的黏聚力发生较为显著的衰减,而内摩擦角值则呈小幅度波动式衰减的趋势。在5次干湿循环后,试样的黏聚力和内摩擦角分别降低了36.5%~48.2%和10.8%~26.1%。此外,随着运行年份(干湿循环次数)的增加,渠道边坡稳定性呈逐年下降趋势;排水时间对于渠道边坡的稳定性同样影响显著,排水时间越长,渠道边坡稳定性越高。建议该膨胀土渠道边坡排水时间不少于12 d,诊断、维修间隔不长于5年。研究成果对北疆供水工程建设与维护具有一定参考价值。

关键词:干湿循环;膨胀土;裂隙;强度指标;边坡稳定性

真三轴应力下混凝土的动态力学性能及破坏准则

徐媛媛1, 2,彭 刚1, 2,王乾峰1, 2,肖姝娈1, 2,李 威1, 2,彭竹君1, 2

(1. 防灾减灾湖北省重点实验室(三峡大学),湖北 宜昌 443002;2. 三峡大学 土木与建筑学院,湖北 宜昌 443002)

摘要: 为研究混凝土结构处于复杂应力状态下的静动态力学特性,进行了不同应力比及加载速率下的真三轴压缩试验。对混凝土的强度特性和变形特性展开了深入分析,并基于八面体应力空间建立了考虑应变速率效应的真三轴动态破坏准则。结果表明:真三轴受压下的混凝土极限抗压强度随着应力比的增大而增大。随着应变速率的增加,应力比较低时,混凝土的极限抗压强度逐渐增大;应力比较高时,极限抗压强度先减小后增加。随着应变速率的增加,侧向变形曲线的破坏峰值点更明显;随着应力比的增大,侧应力较大方向上的变形越来越小。基于八面体应力空间建立的真三轴动态破坏准则表达式中包含 3 个率效应参数,经验证与试验数据吻合较好。

关键词:混凝土;静动态;三轴压缩;应变速率;强度准则

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