风暴潮过程中波浪对地形演变影响的数值研究

建立了一个波流耦合作用下泥沙输移的平面二维数值模型，以研究风暴潮过程中地形冲淤变化的规律及波浪的影响。水流和泥沙输运的模拟采用水沙耦合数值模型，以考虑强冲淤条件下地形变化与水流运动之间的相互作用。波浪场模拟采用SWAN模型，计算得到的波浪辐射应力输入水沙耦合数值模型实现波流耦合。采用建立的模型对风暴潮过程中近岸地形变化进行了分析，结果表明，波浪对地形演变的影响程度随着风暴潮潮位的增加而减小。当风暴潮潮位较小时，近潮汐通道处形成不对称的三角洲、入口处形成冲刷坑；当风暴潮潮位较高时，形成的三角洲不对称性较小。当风暴潮潮位升高，近岸水深与波长之比大于0.15时，波流耦合模型与不考虑波浪作用模型计算所得的地形变化的绝对误差为整体地形变化的5%，但前者计算时间增加了一倍，因此，波流耦合计算对于风暴潮潮位较低，近岸水深与波长之比小于0.15时具有重要意义。     

少资料条件河渠冬季冰情过程模拟研究

针对天然河道开展冰情过程数值模拟普遍存在的河道断面资料、水文和气象资料缺少的难题,本研究提出了时均气温和时均太阳辐射计算方法和支流流量的动态分配方法,即根据实测日最大气温、日最小气温和日净太阳辐射率定出关键影响参数,模拟出给定气象站的时均气温和时均太阳辐射的变化过程;通过上游流量向下游传播过程的特征分析,推演出缺少支流流量条件下河道区间支流流量分配的合理比例。将本文方法应用到黄河内蒙河段冰情过程模拟计算中,模拟的巴彦高勒冰盖厚度值和冰盖前沿的发展同实测值吻合良好。本研究成果可应用到少资料条件下江、河、渠道冰情演变过程的数值模拟中,为天然河道冰情的准确模拟提供方法支撑。     

二氧化碳膨胀乙醇提取香樟精油的工艺研究

本研究尝试采用一种新型的绿色溶剂二氧化碳膨胀乙醇(CO2-Expanded Ethanol, CXE)从香樟叶中提取精油,并在精油的化学组成,抗氧化活性和抑菌活性方面,与常规的水蒸气蒸馏(HD)、有机溶剂提取(OSE)以及超临界二氧化碳提取(SFE)进行综合对比研究。结果表明,CXE提取油的得率为1.35%,高于超临界二氧化碳提取油的1.14%。气相色谱-质谱(GC-MS)联用分析结果显示,CXE提取油中含氧单萜类化合物较少,而倍半萜烯类化合物高于其他三种方法提取油,含量为2.49%。抗氧化活性试验结果表明,CXE提取油对DPPH自由基的清除率为82.42%,对ABTS自由基的清除能力为85.88%,活性均高于其它三种方法提取油。通过微量稀释法测定了精油抑菌活性,CXE提取油对白色念珠菌的MIC值为39 μg/mL,对黑曲霉的MIC值为19.5 μg/mL,表明CXE提取油对真菌呈现较高的抑制活性。综上所述,CXE提取过程隔氧、低温,可开发成为一种提取高品质植物精油的新方法,具有一定的应用前景。     

采用流管元测量冰期流量及流速分布的方法

北方河流冰期测流需要在冰盖上沿断面打孔,再测量各孔垂线流速分布,最后通过流速积分得到冰盖下的总流量。这种传统的冰期测流是一项耗时耗力且高风险的工作,限制了冰期流量流速资料的采集。本文基于流管元法和爱因斯坦的断面分区方法,提出一种基于理论公式的冰期测流方法。该方法被用于实验条件下复式断面的流速分布和黄河不同断面的流量计算。结果显示新方法获得的断面流量、单宽流量分布和水深平均的流速分布与实验值和现场观测值符合良好。基于流管元的冰期测流方法能广泛用于明流、部分冰封和完全冰封河道断面的流量及流速分布测量,能有效减少冰期测流工作量、提高测量效率,进而减少测量人员安全风险,可在水文观测中推广应用。     

TASCC方法在研究山区流域氨氮输移转化中的应用

为探究基于TASCC的养分添加示踪方法在山区流域内不同特征河道的氨氮吸收能力研究中的适用性及其优缺点，以浙江西南部山区小港流域为研究对象，在自上游至下游的8处试验点开展了氨氮的营养盐添加示踪试验，同时采集流域水生态环境特征数据。结果表明，基于TASCC方法和Michaelis-Menten吸收动力学模型量化小港流域的氨氮吸收能力，除在下游低流量的宽河道外都有较好的应用效果外，流域内氨氮吸收能力的空间分布差异可能与河道断面几何形态、流量、流速、背景浓度和水生态环境等因子有关。     

河流水冰沙耦合模型研究Ⅱ：验证与应用

北方河流冬季河冰运动会带来凌汛灾害威胁,研究流凌运动对水流、泥沙和河道的影响具有重要工程意义。本文在平面二维河冰动力学模型基础上,建立二维水冰沙耦合数值模型。基于三角形的非结构网格,采用具有迎风特性的Petrov-Galerkin型有限元法计算非恒定水流过程、非恒定非均匀沙输运和河床冲淤变化,利用无网格的SPH法计算河冰运动,基于河冰对岸滩的刮擦切应力计算岸坡侵蚀,再利用双泥沙休止角法分析不同含水层岸坡的稳定坡面。该模型创新性地耦合水沙理论和河冰理论,能模拟北方河流全季节及河冰全过程的水位流量波动、河冰运动、泥沙输移、河床冲淤及岸滩崩塌过程。通过实验条件下溃坝引起的岸坡崩塌侵蚀验证了模型的准确性和可靠性,研究结果显示该模型能再现水流、河冰、泥沙、河床及河岸间的复杂耦合作用,揭示河冰刮擦对岸滩侵蚀破坏的促进机理,可进一步支撑冬季河道防凌减灾和岸滩水土保持研究。     

太阳辐射和地温对冰盖下水温的影响

太阳辐射可以透射穿过雪盖和冰盖与地温一起影响冰下水温的变化,加剧冰盖底部的融解和冲蚀,使得冰盖更易于崩溃开河。基于现有理论和原型观测研究成果,建立了描述太阳辐射在雪盖、冰盖和水体中的透射和吸收规律的数学模型;利用观测数据回归分析的方法,提出了太阳辐射可见光在水体中消光系数的参数化模型;然后研究了冰下水温的变化与太阳辐射和地温的函数关系。研究证实,冰下水温随太阳净辐射和地温的增加而升高,随雪厚和冰厚的增加而下降,并且与水体与冰盖的热交换系数成反比。此外,太阳辐射的透射可能使得开河期冰盖糙率不是减小,而是增大。     

基于多尺度卷积神经网络的管道泄漏检测模型研究

如何有效检测管道泄漏是节水型社会建设迫切需要解决的关键和热点问题之一。近年来基于深度学习的管道泄漏检测方法发展迅速,本文针对传统单尺度卷积神经网络对泄漏特征提取不充分的问题,提出一种基于多尺度一维卷积神经网络(MS1DCNN)的管道系统泄漏检测模型。该方法利用多个不同卷积尺度的卷积通路并行提取管道泄漏的特征并进行泄漏信息的分类预测。基于经典的管道系统布置,利用瞬变流模型生成管道泄漏工况下的三个水压数据集对模型进行验证,三个数据集分别用于预测管道的泄漏位置、泄漏量和非恒定摩阻系数,对应样本数为39601、3980、4900,并将预测结果与其他深度学习方法和传统的机器学习方法进行对比分析。结果表明：MS1DCNN模型对数据集样本下泄漏位置、泄漏量、非恒定摩阻系数的分类准确率达到99.96%、98.48%、100%,三者平均预测精度比传统一维卷积神经网络(1DCNN)、BP神经网络、支持向量机(SVM)和k近邻算法(KNN)提高0.31%、2%、1.27%、22.8%;MS1DCNN在信噪比为-4～12 dB的噪声环境下各数据集的平均F₁分数分别为99.2%、97.02...     

长江源区年际冰水情变化及其影响因子分析

受限于高寒山区地形、气候和环境条件,目前关于长江源区河流的冰水情研究较少,源区降雨径流年际变化和冰盖分布等规律不明确。为了明晰长江源区水文与水资源现状和冰水情本底,本文收集整理了2006—2018年沱沱河和直门达水文站近十年的降雨、蒸发、径流、水温、气温和冰厚资料,采用统计分析、线性回归、单一因子分析和相关性分析等结合的研究方法,重点揭示了源区河流流量、冰期和冰厚现状、其年际变化特征和主要影响因子。研究表明,源区河流洪峰年际波动范围超50%,洪峰集中在7—9月,非汛期流量仅为汛期流量的1/7,非汛期流量年际波动小于汛期,且直门达站水位流量年际变化幅度小于上游沱沱河站;沱沱河站冰期持续时间7个月,而下游直门达站冰期为5个月,多年平均冰盖厚为0.15 m,造成两站冰情差异的主要原因是源区垂直地形急变引起的高程差;源区降雨量年际波动与年际径流波动一致,蒸发量年际波动仅为降雨量的一半,因此两站流量的年际波动受降雨影响较大。长江源区降雨和气温变化是冰水情变化的主要驱动因子,与源区河流的地形高程密切相关,亟需系统的科考进一步明晰长江源冰水情时空变化规律。     

河流水冰沙耦合模型研究Ⅰ：原理和方法

河流水沙研究一般忽略冬季河冰对泥沙输运、河床侵蚀和岸滩崩塌的影响,但北方河流如黄河等冬季冰期的防凌减灾和河道的演变均不能忽略河冰过程,亟需研究河冰全过程影响下的水冰沙耦合作用机理。本文首先总结了河冰水力学的理论发展,针对北方河流建立了二维水冰沙耦合数学模型,包括二维水沙数值模块、河冰动力学模块和岸滩侵蚀模块,并介绍了该耦合模型的求解步骤和方法。研究表明:通过三个模块间的信息传递和数据反馈,该数学模型具备模拟冰塞冰坝等极端工况下的水流变化、河冰堆积和释放、泥沙运动、河床冲淤和岸滩侵蚀等过程的能力。该模型将水沙理论和河冰理论结合起来,可用于北方河流全季节与河冰生消全过程的水冰沙耦合过程模拟,为北方河流管理提供了有力工具。