海拔高程对泄洪雾化影响的敏感分析

针对海拔高程对于泄洪雾化降雨分布的影响,提出了一种改进的随机溅水数学模型。运用小湾水电站泄洪洞雾化实测降雨资料进行模型验证,两者结果吻合良好。敏感分析表明,随着海拔高程的增加,泄洪洞下游雾化降雨范围有增大的趋势,当海拔高程从50 m增加到3000 m时,泄洪雾化雨区在两岸的爬升高度增加50 m,纵向范围增大100 m;同时,降雨强度等值线分布发生坦化,在降雨强度大于400 mm/h的等值线区域,分布范围缩小,而在400 mm/h以下区域,雨区分布范围明显增大。上述研究为今后全面考虑海拔高程与气象条件对于泄洪雾化过程的影响建立了基础。     

水工隧洞TBM施工适宜性围岩分类研究

隧洞掘进机TBM已逐渐成为水工深埋长隧洞的常规施工方法,而现行规范的围岩分类主要以隧洞围岩稳定性和支护措施为判别因素,仅适用于钻爆法隧洞。为此,梳理国内外不同工程的围岩分类指标体系和TBM施工特点,在隧洞围岩基本分类的基础上,重点分析了TBM掘进效率和不良地质条件,构建了TBM施工适宜性围岩分类方法。总结大量工程案例,综合权衡超硬岩、岩爆、断层破碎带、大变形、突涌水(涌泥)和高外水压力六个关键因素对TBM施工的定量影响,提出了可量化围岩分类指标。工程应用表明,TBM施工适宜性围岩分类方法可依据工程地质资料快捷完成围岩分类,能有效指导TBM隧洞施工,且具有较好的通用性和易用性。     

基于固液两相流模型的泥石流流速垂向分布研究

泥石流流速的垂向分布是泥石流运动理论中的核心问题之一。以固液两相流模型为基础,分析了泥石流中两相速度相等与不等条件下的本构关系和泥石流流速垂向分布的计算方法;在二维恒定均匀流的条件下,考虑两相之间的相互作用,推导层流和紊流流态下泥石流中液相和固相速度的垂向分布公式,并采用不饱和水石流的试验数据进行了验证。结果表明:泥石流两相之间的速度差异是描述两相之间相互作用的根本所在;泥石流固相浓度与本构关系中的模化参数均有关联,是流速垂向分布计算中的重要参量;基于两相流模型的泥石流流速垂向分布公式比现有公式更具普遍意义,且其计算结果能与试验数据较好吻合。     

基于Hoek-Brown准则西原模型的圆形隧洞黏弹塑性解

为进行流变围岩圆形隧洞工程应力、应变分析,将Hoek-Brown强度准则引入到西原流变本构模型,同时在力学模型中考虑掌子面推进效应和支护阻力对围岩应力释放率的影响,得到了支护条件下基于Hoek-Brown准则西原模型的圆形隧洞黏弹塑性解。通过锦屏二级水电站引水隧洞案例验证解析方法的可靠性,并进行了塑性区半径和围岩变形的影响因素定量分析。研究结果表明:(1)基于Hoek-Brown准则的西原模型更能反映实际隧洞工程岩体流变特性,建立的解析方法能够考虑围岩应力释放效应和塑性体积扩容特征对围岩变形的影响,其计算结果与实际监测数据吻合良好;(2)围岩应力释放系数、Hoek-Brown准则参数s、原岩应力和隧洞半径对塑性区半径的影响较大,是判断流变围岩隧洞稳定性的主要考虑指标,相对而言,岩石单轴抗压强度和Hoek-Brown准则参数m对塑性区半径的影响较小;(3)引入围岩扩容系数后,围岩位移量显著增加,但基本不影响围岩流变变形曲线形态和塑性区半径,从洞壁向围岩内部延伸,围岩扩容系数对围岩变形的影响越来越小。     

未来50年东北地区旱涝演变规律预估

基于东北地区89个气象站点观测数据及IPCC AR4中ECHAM5/MPI-OM模式降尺度的0.5°×0.5°分辨率的月平均降水格点场资料,结合统计学相关系数以及干旱评价指数Z指数,评估了气候模式对该地区降水变化的模拟能力,并对其未来50年东北地区旱涝时空演变规律进行了预估。结果表明:(1)东北区及其各省实测年降水与模拟值时空上拟合度较差,修正后的数据模拟能力有较大提高;(2)未来50年全区及东三省降水呈上升趋势,内蒙古东部地区则呈减少趋势,且具有2015~2034年降水持续减少,2035后干湿交替发生特征;(3)未来东北地区旱涝依然呈广发、频发态势,且洪涝更为突出,旱涝多发区主要集中在三江平原、松嫩平原以及辽河平原等地。     

基于高程分段的黄河源区NDVI和水热条件空间分布格局

以黄河源区植被为研究对象,应用MODIS13Q1遥感数据、DEM数据、气象数据以及土地利用类型图,采用基于高程分段的研究方法对研究区NDVI(归一化植被指数)与水热条件空间分布特征进行深入探究。根据NDVI随高程分布特征,将研究区划分为高程段Ⅰ(3 400m),高程段Ⅱ(3 400～4 200m)和高程段Ⅲ(4 200m)。在各高程段内分析植被分布格局、NDVI与水热条件分布特征、NDVI与水热因子响应关系。结果表明:黄河源区内主要植被类型为草地,其面积占源区总面积75%,林地面积占比为7%,农田面积仅占1%。高程段Ⅰ内主要植被类型为农田和草地,高程段Ⅱ内主要植被类型为林地和草地,高程段Ⅲ内基本只有草地。3种不同类型植被NDVI平均值大小为林地草地农田。气温表现为梯度递减的空间分布格局,降水量呈现从东南向西北递减的趋势。高程段Ⅰ属干旱区域,高程段Ⅱ属湿热区域,高程段Ⅲ属干冷区域。3个高程段内水热组合条件最好的是高程段Ⅱ,高程段Ⅲ水热条件较差。植被NDVI在不同高程段内受水热因子的驱动作用不同。高程段Ⅰ和高程段Ⅲ内降水量较低,NDVI主要驱动因子是降水量,高程段Ⅱ的降水量丰沛,影响NDVI的主要因子是气温。     

空气阀水力瞬变数学模型

空气阀是输水管道系统常用的防止水击破坏的智能化安全设备。针对目前空气阀水力瞬变数学模型假设气温T为常数及忽略空气阀高度影响的问题,首先基于等熵流动的气动力学理论,提出了新的空气阀进排气基本方程,然后,把空气阀、配套检修阀和连接管用一个具有自动进排气功能的调压室等效,提出了新的空气阀水力瞬变数学模型及其求解算法。与现有空气阀水力瞬变数学模型相比,在不考虑空气阀高度的条件下,新模型计算的最大水压更大,而负压也更低,这意味着以现有模型计算结果作为设计依据存在安全风险。考虑空气阀高度后,计算的输水管最大水压减小,但是负压也更加严重,因为等效调压室内水体对进排气有阻止延缓作用。此外,以空气阀气体为绝热流动所得计算结果作为设计依据是合理的,偏于安全的,因为在这种情况下计算的最大水压较大而最小水压较小。     

抚河流域气象干旱向水文干旱传播的影响机制研究

气象干旱是水文干旱发生的前兆,探究影响气象干旱向水文干旱传播的主要因素对建立有效的基于气象干旱的水文干旱监测预警具有重要意义。以抚河流域为例,采用标准化降水指数和标准化径流指数分别评估气象干旱和水文干旱,并构建基于流域分布式二元水循环模型的干旱传播评估方法,采用多因素综合影响贡献量分解法量化气候变化和人类活动对干旱传播变化的贡献。结果表明：建立的抚河流域分布式二元水循环模型模拟流域出口断面流量的纳什效率系数大于0.85,相对误差在5%之内;气象干旱向水文干旱传播关系变化的时间是1980s—1990s。相对于1956—1990年,1991—2019年气象干旱向水文干旱的传播率降低了8.3%;在气象干旱向水文干旱传播的影响中,气候变化的减缓作用占主导地位,贡献量为-9.9%;其次是人类活动的加剧作用,贡献量为1.6%;降水作为干旱的主要致灾因子,变化期增加了144.3 mm,这对于减弱气象干旱向水文干旱传播的敏感性起到主要作用。     

基于有限元法的沥青混凝土心墙及坝基防渗墙应力分析

在沥青混凝土心墙堆石坝设计中,坝基防渗墙与沥青混凝土心墙的轴线重合,但因施工误差等原因,实际可能会出现坝基防渗墙与心墙轴线不完全重合的情况。基于有限元分析方法,研究坝基防渗墙相对于心墙轴线在不同偏移量情况下防渗墙的应力状态。结果表明,轴线重合时,坝基防渗墙在施工期和运行期局部拉应力处于没有或较小状态,对整体影响甚微;坝基防渗墙轴线向下游的偏移会对运行期防渗墙应力产生一定的不利影响,主要表现为坝基防渗墙下游面(非邻水面)局部拉应力增大,存在应力集中现象,局部拉应力较未发生偏移最大增长3.6倍;可将心墙的混凝土基座依据坝基防渗墙偏移情况向下游进行一定的扩展,能使运行期坝基防渗墙下游面的局部拉应力最高降低59.3%,减弱应力集中现象,从而改善坝基防渗墙的应力状态。有限元模拟结果可为坝基防渗墙偏心情况下的安全性评价和工程处理措施选择提供支持。     

天津市城市居民用水行为调查及影响因素识别

基于天津市中心城区108个典型生活小区的居民生活用水的截面调查数据,探讨了天津市城市居民生活用水现状,对影响居民生活用水的主要因素进行了识别,并计算了天津市居民生活的节水潜力。结果表明,天津市家庭人均日生活用水量约为80L/(人·d),这与天津市水资源公报公布结果相吻合;从用水习惯上来看,马桶是否节水、每周洗浴和拖地次数等都是影响家庭用水的主要因素,此外,家庭收入水平也会对家庭用水产生影响;现状年天津市居民生活用水节水潜力为13.13%。