长江武汉河段平滩及枯水河槽形态近期调整的机理研究

依据实测水沙及地形资料,分析了长江武汉河段近期平滩及枯水河槽形态的调整特点,确定了其与来水来沙及河床边界条件等因素之间的相关关系。三峡工程运用后,进入武汉河段的沙量大幅度减小(汉口站年均沙量仅为1.03亿t/a),河床冲刷较为显著,2001-2016年该河段平滩河槽累计冲刷量近1亿m³。平滩及枯水河槽形态参数计算表明:近期河段平滩水深增加约1.8 m,但平滩河宽基本不变,面积相应增加约8%,故断面形态整体趋于窄深。由于枯水位下降与枯水河槽冲刷幅度基本一致,因此枯水河槽形态调整不明显,但枯水河槽宽深比在近些年略有减小。分析了河段尺度的平滩特征参数与各影响因素之间的关系,发现平滩水深及过水面积与前期水沙条件之间相关系数可达0.95,表明本文提出的经验关系能较好地反映水沙条件变化对平滩河槽形态调整的影响。     

低含沙量条件下张瑞瑾挟沙力公式中参数确定及其在荆江的应用

水流挟沙力公式及其参数选取的合理性,直接影响到悬沙输移及河床冲淤变形的计算精度。在少沙河流,张瑞瑾水流挟沙力公式被广泛应用,但其系数和指数在不同研究中取值差异较大。本研究首先选取长江中游相对冲淤平衡状态下的水流含沙量资料共计573组,将其近似等于水流挟沙力;然后点绘水流挟沙力和水沙综合参数的关系,从而确定参数k和m的计算关系;最后将完善后的水流挟沙力公式嵌入到一维水沙动力学模型中,模拟了长江中游荆江段2016年的水沙输移过程。计算结果表明:当挟沙力公式中参数采用计算式确定时,各水文站计算和实测含沙量平均相对误差在26%～36%之间;而这些参数取为常数时,含沙量平均相对误差范围为39～49%。因此当采用计算式确定张瑞瑾挟沙力公式中的参数时,相较于取值为常数,水沙输移过程的计算精度更高。故该方法解决了以往在低含沙量条件下不易确定挟沙力公式中关键参数的难题,提高了水沙数学模型的计算精度。     

三峡工程运用后荆江河段平滩河槽形态调整特点

为确定三峡水库蓄水后荆江河段平滩河槽形态调整特点,提出基于河段尺度的平滩河槽形态参数的计算方法,计算上、下荆江段2002—2013年汛后河段平均的平滩河槽形态参数.结果表明:三峡工程运用后,坝下游河床冲刷加剧,个别河段河势变化剧烈,但总体河势仍基本稳定;尽管局部河段的崩岸现象较为突出,但河段平滩宽度总体变化不大,上、下荆江平均河宽分别为1 388及1 305m,而河段平滩水深平均增加1.6及1.0m,故荆江河段的平滩面积在持续增加.最后建立河段尺度的平滩河槽形态参数与前期5a平均的汛期水流冲刷强度之间的计算关系,用于预测该河段平滩河槽形态随水沙条件的变化趋势.     

河道内水位变化对上荆江河段岸坡稳定性影响分析

三峡水库蓄水后,上荆江河段来沙急剧减少,河床冲刷下切,局部河段崩岸现象时有发生,影响两岸堤防安全。通常认为水流冲积作用是崩岸的主要控制因素,但已有研究表明,河道内水位变化能改变河岸土体的力学特性及受力条件,进而对崩岸过程产生较大影响。本文将一维非稳定渗流计算及黏性土河岸稳定性计算结合,构建了考虑潜水位变化的岸坡稳定性分析模型,用于计算河道内水位变化时岸坡稳定程度的调整过程。以上荆江河段荆34、公2断面为研究对象,采用该模型计算了2009年实测河道水位过程下相应断面的岸坡稳定安全系数Fs。结果表明:涨水期河岸稳定性较高,洪峰期有所降低,退水期更低;荆34、公2断面最小Fs值分别为0.83、1.39,均发生在退水期,表明前者在该时期会发生崩岸,后者较为稳定,这与实测资料相符。此外还计算了不同河道内水位变化速率下Fs值的变化过程,结果表明:岸坡稳定性在涨水速率增加时增大,在退水速率增加时则减小。因此近期上荆江河段崩岸加剧一定程度上与三峡工程运用后退水过程加快有关。     

黄河下游游荡段断面形态调整对洪水演进影响分析

黄河下游洪水演进过程受来水来沙条件和河床断面形态的共同制约,但目前研究较少考虑断面形态调整的影响。以黄河下游游荡段为研究对象,基于实测资料分析和一维非恒定水沙耦合数学模型计算,研究在相同平滩断面面积下不同断面形态对洪水演进过程的影响。实测资料分析结果表明：当洪峰量级接近时,窄深河段的洪水传播速度较快,传播时间较短;洪水涨率与河相系数负相关（确定性系数R²=0.91）。数值模拟结果表明：在进口水沙过程相同的条件下,与1992年宽浅河道相比,2003年窄深河道下花园口至高村游荡段洪水传播时间由64 h缩短至21 h,洪峰流量削减21%,河段淤积量减少34%。窄深断面形态不仅能缩减游荡段洪峰传播时间,同时有利于减缓河道淤积。     

圆弧青霉BD26碱性脂肪酶基因的克隆及其在大肠杆菌中的表达

采用反转录聚合酶链式反应(RT-PCR),以圆弧青霉BD26总RNA为模板,扩增出774 bp cDNA片段,将该基因片段克隆到表达载体pET-28a(+)上并转化Escherichia coil BL21(DE3),得到重组菌株BL21/ Lip PD。经IPTG诱导,菌体在固体琼脂显色平板上形成明显透明圈。SDS-PAGE电泳显示该脂肪酶分子质量约为27 ku。表达条件优化结果表明,当工程菌培养至OD_(600)为0.5时,加入IPTG至终浓度为1.0 mmol/L,在32℃诱导培养1 h,比酶活达29.30 U/mg。     

上荆江典型断面河床纵横向变形过程的概化模拟

针对当前三峡工程运用后坝下游河床的调整特点,将床面冲淤与河岸崩退的计算模块相结合,构建了基于断面尺度的河床纵向及横向变形的概化数学模型。以上荆江荆34断面为研究对象,采用概化模型计算了该断面2006年和2008年水文年的河床纵向与横向变形过程,计算的河床纵向冲刷量、河岸崩退总宽度及崩塌后岸坡形态等结果与实测结果吻合较好。此外还分析了考虑与不考虑床面冲淤2种情况下2006年荆34断面形态调整的计算结果,该断面河床冲刷主要集中在枯水河槽,床面冲刷下切导致河岸高度增大,最大增幅约1.9 m,且考虑河床冲淤后计算的河岸崩退总宽度比不考虑时的计算值偏大20%。表明了近岸床面冲刷下切导致滩槽高差增大,将会加剧崩岸的发生。     

基于RS和GIS的南海区基塘用地时空变化分析

基塘地是珠三角地区特有的一种生态农业用地类型,在珠三角地区广泛分布,近20年来基塘地在数量和空间分布上发生了较大的变化。利用遥感(RS)和地理信息系统(GIS)技术能有效监测珠三角地区基塘地的变化。本文应用1990年、2000年、2008年3个时相的遥感数据,采用面向对象的方法,综合光谱、空间关系和形状等特征信息对研究区的基塘地进行提取,结果表明,1990-2000年研究区的基塘地面积呈增长趋势,2000-2008年该地区的基塘地面积锐减。对研究区的基塘地重心变化进行分析,结果表明,1990-2008年基塘地呈现向西北方向迁移的趋势。观测期内研究区增加的基塘地主要来源于耕地和林草地,而减少的基塘地主要转化为城镇建设用地、植被和耕地。本研究客观、准确地反演了研究区基塘用地的动态变化过程,并提出了基于可持续发展理论指导下的基塘地发展策略,对珠三角的基塘地综合开发管理和生态农业可持续发展具有一定的理论和现实意义。     

MnOx-SnO2/TiO2型催化剂低温NH3选择性催化还原NO

采用分段负载的方式制备了MnOx-SnO2/TiO2型催化剂,并将其用于NH3选择性催化还原NO中,在280～600℃温度区间对该催化剂的脱硝活性进行了测试,同时也考察了催化剂的抗硫耐水性能。实验结果表明,该催化剂在130～250℃温度范围内NO的转化率接近100%,并且表现出较好的抗硫耐水性能。氮吸附-脱附、XRD和NH3-TPD等表征结果表明,较大的比表面积、无定形态的Mn、较强的酸性位以及Mn、Sn、Ti之间的强相互作用是该催化剂活性较高的主要原因。     

三峡工程下游卵石夹沙河段床沙粗化计算

三峡工程运用后,下泄清水持续冲刷河床,造成长江中游河段床沙逐年粗化,对长江中游河段水沙输移及河床演变规律的研究产生重要影响。为研究三峡工程下游宜枝河段、枝江河段卵石夹沙河床年际床沙粗化及年内床沙交换过程,基于Markov三态转移概率矩阵,引入非均匀沙隐暴系数,得到卵石夹沙河床上床沙级配、推移质级配及悬沙级配的概率计算模型(沙量平衡方程),能够同时考虑前期水沙条件、床沙起悬及冲淤过程对床沙交换过程的影响。结果表明：2003～2017年,枝城站床沙发生明显粗化,泥沙颗粒级配分布曲线左移,2003年床沙粒径范围为0.002 mm～41 mm,2017年变为0.031 mm～86 mm;此外,该断面床沙中值粒径总体呈上升趋势,并在2010年以后有一定波动,但波动幅度较小;并以汛初、汛末为时间节点,将枝城站年内月均床沙变化过程分为三类。通过枝城站2003-2009年实测资料验证,本文建立的概率模型计算结果与实测资料符合较好,能够应用于三峡工程下游宜枝河段及枝江河段卵石夹沙河床年际床沙粗化及年内床沙交换过程的预报,为今后非均匀沙运动及非平衡输沙机理的研究提供理论基础。