黄河中下游“五库联调”在2021年秋汛洪水中的防洪作用浅析

2021年秋汛期间,黄河干支流暴雨频发,3场编号洪水接踵而至,汛情历史罕见。从雨情、水情、汛情以及水库调度的角度总结该次秋汛的特点,并查证列举历史秋汛洪水用以对比。围绕黄河3场编号洪水,通过分析调度过程中三门峡、小浪底、陆浑、故县和河口村水库的出入库流量及水位变化,计算得出“五库联调”在3场洪水中的削峰率分别为49.29%、46.10%、47.84%;滞洪作用对比,小浪底>三门峡>故县>陆浑>河口村。分析认为黄河下游局部河道平滩流量不足5 000 m3/s是制约水库调度和下游防洪安全的关键因素,提出提高下游河道卡口段行洪能力从而扩大梯级水库群调度空间的建议。     

安阳市平原区浅层地下水对暴雨洪水的响应

在系统分析安阳市“7·19”特大暴雨洪水事件的基础之上,探讨典型极端降雨条件下安阳市东部平原区地下水对暴雨洪水事件的响应。在利用灰色关联分析法确定安阳市东部平原区浅层地下水水位和降雨量二者之间的相关程度的基础上,提出一种基于ArcGIS软件的地下水补给量计算模型。研究结果表明：安阳市平原区浅层地下水水位与降雨量的关联系数大于0.85,地下水资源量变化受降雨补给影响显著;“7·19”事件降雨强度大,雨量集中,受大范围强降雨影响,地下水位变幅沿河道向两岸方向没有形成递减的变化趋势,水位变幅与降雨分布呈正比;此次洪水为单峰型洪水,模型计算研究区地下水补给量为5.19亿m3,洪水转化率0.8 %。该计算模型适用于资料缺乏地区地下水补给量计算和雨洪资源化定量分析,对雨洪资源利用和地下水响应分析具有一定的参考价值。     

基于Copula函数和不同时间尺度的人民胜利渠灌区干旱风险分析

灌区干旱事件频发严重制约农业的可持续绿色发展,为了定量分析人民胜利渠灌区的干旱风险,基于灌区1951—2017年逐月降水量与平均气温系列数据,构建不同时间尺度下标准化降水蒸散指数(SPEI),利用游程理论识别不同时间尺度的干旱历时和干旱强度两个特征变量,并结合Copula函数建立联合概率分布函数,进而分析不同时间尺度的灌区干旱联合分布概率及其同现重现期。结果表明：不同时间尺度的最大干旱历时和干旱强度均不同,12个月尺度在干旱历时为31个月时干旱强度最大(24.4);1个月尺度、3个月尺度和6个月尺度的灌区干旱事件以短历时低强度的情况居多,而12个月尺度存在较少的长历时、高强度情况;不同时间尺度的干旱联合分布概率和同现重现期均不同,如6个月尺度在干旱历时大于5个月且干旱强度大于5时的联合分布概率为19.65%、联合分布概率的变化率为32.37%,干旱历时为5个月且干旱强度为5时的同现重现期为1.65 a。     

壳聚糖-钒钛磁铁矿复合物制备及其对酸性橙染料的吸附研究

开发低廉高效的吸附剂处理染料废水引起人们的广泛关注,本实验以壳聚糖与天然易得钒钛磁铁矿为原料,采用溶胶-凝胶法制备壳聚糖-钒钛磁铁矿复合材料（CS-VTM）,研究了其对酸性橙废水的吸附行为,同时使用X射线衍射（XRD）对制备的CS-VTM进行表征分析。系统研究了CS-VTM投加量、温度及pH等对酸性橙染料吸附性能的影响。在酸性橙浓度为100 mg/L时,CS-VTM对酸性橙的吸附容量达到246.8 mg/g。吸附动力学更加符合拟二阶动力学模型,Langmuir等温线更好拟合实验数据。该复合材料在处理酸性橙染料时具备较好的吸附性能,为染料废水的处理提供新思路。     

基于多场耦合的PCCP管道力学性能研究

为了探究预应力钢筒混凝土管(PCCP)在多场耦合下的力学性能,通过ABAQUS建立了管土相互作用三维模型,利用已有试验数据对PCCP结构模型进行了评估。之后,通过FLUENT建立了流场模型,并基于MpCCI实现了埋地PCCP管线的多场耦合计算。通过耦合计算,对PCCP管道力学性能进行了分析,研究了管体各层结构应力应变沿管道环向分布规律。最后,探究了断丝率对管道服役性能的影响。研究发现,砂浆、混凝土外芯和钢丝的应力应变最大位置发生在管侧位置,而混凝土内芯和钢筒在管侧位置的应力应变则小于管顶和管底位置;断丝率小于15%时,管道仍能承受工作内压0.8 MPa。     

微生物矿化胶结喀斯特岩石裂缝技术研究

针对喀斯特地貌的岩石表面裂缝宽度约2 mm这一特性,开展了微生物诱导碳酸钙沉淀胶结裂缝的试验研究,并通过修复剂对不同岩缝宽度及粗糙度的岩样进行裂缝胶结修复。结果表明:修复7 d的试样其修复深度能达到5 cm以上,且裂缝宽度在2 mm以内的岩样均能够被较好地修复;岩缝表面越粗糙、岩缝宽度越小,试样的体积修复率越高。经微生物矿化修复的岩样抗压强度恢复率为47.57%~93.67%,最高抗压强度可达81.8 MPa。经微生物矿化修复的岩石渗透系数维持在10-7 cm/s数量级上。生成的沉淀物以方解石和球霰石2种物相的碳酸钙晶体为主,与岩石基体具有高度的相容性。     

碳纳米管负载无定形MnO2活化过一硫酸盐降解苯酚研究

采用共沉淀法合成了无定形MnO₂@c-CNTs复合材料,研究了其活化过一硫酸盐(PMS)降解苯酚的性能。通过SEM、XRD对不同材料的微观形貌、晶体结构进行了表征,复合材料由无定形MnO₂包覆于羧基化多壁碳纳米管(MWCNTs-COOH,简称c-CNTs)上组成,仍保持了羧基化多壁碳纳米管的相互交织缠绕管状结构,相比单独无定形MnO₂催化活性提升明显。研究了不同反应条件下苯酚降解率的变化,结果表明：在苯酚初始浓度10 mg/L时,降解率随催化剂投加量和PMS投加量增加而升高,在中性和酸性条件下降解效果较好,碱性条件下有小幅下降。在催化剂投加量0.14 g/L,PMS浓度0.6 mmol/L,温度25℃,中性条件下,苯酚降解率可达96.7%。无定形MnO₂@c-CNTs/PMS体系中参与反应的主要活性物种为¹O₂和·O₂^-,以¹O₂为主导。     

混凝土电化学脱盐模拟及其影响因素分析

电化学方法可以用来对含有氯离子的混凝土进行脱盐。电流密度的大小和环境温度的高低是影响电化学脱盐效率的主要因素,过大的电流密度会对钢筋混凝土的性能产生一定影响,而较低的温度会降低脱盐效率。基于氯离子输运方程和温度对氯离子扩散系数的影响,建立了氯离子输运数值模型,得到了不同工作电流密度和温度下混凝土的电化学脱盐效率。结果表明：温度对脱盐效果影响显著,较高温度（303.15 K）时的氯离子渗透系数是较低温度（273.15 K）时的8.8倍;随着温度的升高,取得同样脱盐效果所需要的电流越小,即在较高温度环境下可以使用较低电流达到较高的脱盐效率。     

切向应力幅值对土与结构接触面切向变形的影响研究

运用80t大型三维多功能土工试验机,进行了应力控制往返圆形剪切路径下粗粒土与结构接触面三维直剪试验,分析了切向应力幅值对接触面切向位移、非共轴角和剪切柔度等切向变形特性的影响规律。试验结果表明：应力控制往返圆形路径下,接触面产生了明显的x向和y向位移及其偏移、非共轴角、剪切柔度和剪切耦合效应,呈现出显著的三维特性。切向应力幅值达到临界应力幅值时,接触面切向位移幅值及剪切柔度峰值随循环剪切基本保持不变;剪切柔度初始峰值与非共轴角稳定值存在对立统一关系。切向应力幅值主要影响接触面力学特性参数数值,对其之间关系形式影响很小。切向应力幅值越大,接触面x向和y向位移幅值越大,向负向偏移程度越大;非共轴角稳定值越小,剪切柔度峰值越大。非共轴角稳定值、剪切柔度初始峰值与切向应力幅值间存在良好的关系,可用建议的计算公式进行描述,为接触面三维力学特性的本构建模奠定了基础。     

考虑不同初始状态的黄河泥沙三轴静力剪切特性试验

开展了一系列静态三轴剪切试验,研究了不同初始条件（围压、密实度）以及不同试验条件（剪切速率、排水条件）对黄河泥沙静力强度以及变形特性的影响,得到了黄河泥沙的应力应变曲线发展规律,以及应力路径、抗剪强度包线、应力比曲线和不同特征状态下的内摩擦角分布、初始剪切模量以及极限偏应力等指标.结果表明：黄河泥沙的抗剪强度对围压、密实度以及排水条件更为敏感,具体而言,峰值强度、临界强度均随着围压与密实度的提高而增大,不排水条件下的抗剪强度大于排水条件;不排水条件下孔压的发展与排水条件下的剪胀特性具有对照关系,但孔压较剪胀特性发展得更为迅速,并且得到黄河泥沙的特征状态内摩擦角分布区间介于22.6°到38.1°之间.本研究可以为黄河泥沙在路基工程中的资源化利用提供数据和理论参考.