污染土壤/底泥电动修复研究进展

修复污染土壤/底泥对改善生态环境质量极为重要,通过对污染土壤/底泥施加电场,可使污染物定向迁移、富集并去除。综述了电动修复的发展历程,比较了重金属、有机污染物及复合污染物的电动修复机理及其限制因素,分析了土壤预处理(加入酸、氧化剂、共溶剂、表面活性剂,搅拌,升温等)、电极优化(交换电极、阳极逼近、电极矩阵等)、多技术(EK-PRB、Fenton、IEM、ASC、超声波、电解质增强等)联用对单一电动修复的性能优化概况。总体来看,污染物分离不彻底、土壤/底泥理化性质和微观结构改变、原位规模化应用困难等制约了电动修复污染土壤/底泥的效果。针对上述技术瓶颈,提出污染原位分离-污染物处理-有价资源回收的一体化电动修复技术。该技术可解决电动修复易破坏土壤生态和污染物难以外排的问题,实现了污染处理和有价资源的回收。     

组合隔板式鱼道水力特性数值模拟研究

鱼道是为鱼类提供洄游通道的一种重要的工程措施。基于Flow-3D采用标准RNG k-ε紊流模型和Tru-VOF追踪自由液面方法,对鱼道池室内流场进行三维紊流数值模拟,研究池室内水流流速、流态空间分布,分析鱼道的水力特性对目标鱼类洄游上溯的影响。结果表明:溢流堰与竖缝组合隔板式鱼道在设计流速v=0.75 m/s条件下,竖缝处平均流速为0.83 m/s,竖缝处流速分布范围为0.76~0.89 m/s;堰上流速为0.90~1.12 m/s,回流区流速分布范围为0.09~0.25 m/s,流速大小在鱼类的克流能力范围之内,但靠竖缝隔板处存在明显的主流贴壁现象。为此开展了池室优化方案设计,使鱼道池室流态满足鱼类上溯要求。     

鱼类下行过坝的导鱼栅系统设计及试验研究

以龙开口水利枢纽为例,提出一种辅助鱼类下行过坝的导鱼栅系统方案。该方案首先结合大坝泄流建筑物的特点确定导鱼栅系统的布置位置,然后以鳙鱼为试验对象,用控制变量法并选择四种导鱼栅叶片角（15°、30°、45°、90°）和三种导鱼栅布置角（15°、30°、45°）在室内开展模型试验,以确定最优运行工况。研究结果表明,导鱼栅系统布置在该枢纽的灌溉引水口最佳。试验中,当布置角控制为30°时,四种叶片角下的鱼类通过率分别为53%、95%、59%和72%;当叶片角控制为30°时,三种布置角下的鱼类通过率分别为53%、95%和41%。因此,在导鱼栅叶片角和布置角同为30°时,导鱼栅系统辅助鱼类下行的效率最高,通过率为95%。研究成果可为我国类似导鱼栅系统设计提供参考。     

混凝土棱柱体试件抗压强度尺寸效应探讨

现行《水工混凝土试验规程》(DL/T 5150—2001)并未对高应力比条件下混凝土徐变试验棱柱体试件的抗压强度尺寸效应作出明确规定,因此从定性和定量的角度探讨棱柱体试件的尺寸效应问题。通过对15个同截面、不同高度的混凝土棱柱体试件进行抗压强度试验,较系统研究了试件纵向高度与横向长度比值和抗压强度的关系,得到棱柱体试件抗压强度尺寸效应的临界尺寸。收集大量临界尺寸范围内混凝土棱柱体试件抗压强度试验资料,建立了混凝土尺寸效应广义回归隐式神经网络模型,计算分析结果表明:规范中抗压强度折算系数无法满足高应力比下徐变试验荷载加载要求,可利用本文建立的隐式神经网络模型预测不同尺寸的混凝土试件的抗压强度比值进行高应力比下的徐变试验。     

库水升降速率对老蛇窝滑坡稳定性影响分析

通过监测资料分析和滑坡稳定性数值计算,探讨了三峡库水位在不同升降速率下对老蛇窝滑坡稳定性的影响规律。研究结果表明,理论上库水位上升有利于老蛇窝滑坡的稳定,但实际运行中库水位上升是不利于滑坡稳定的,因为库水浸泡会使滑坡前缘塌岸;老蛇窝滑坡为动水压力型滑坡,最主要诱发因素为库水位的下(骤)降;老蛇窝滑坡稳定性的临界库水位调度速率为0.9 m/d,即当库水位下降速率大于0.9 m/d时,滑坡K值小于1。     

考虑饱和渗透系数的宽级配土渗流侵蚀过程室内试验研究

【目的】宽级配土是堤防的主要填料,其在水力梯度作用下会发生内部侵蚀直至管涌破坏。渗流侵蚀过程会改变土体性质,进而影响饱和渗透系数。依据饱和渗透系数演变规律,探究土体渗流侵蚀过程,有助于工程安全性评价与渗透破坏预测防治。【方法】采用自制渗流侵蚀试验仪,通过逐级升高渗透水压力,开展土体侵蚀过程试验,测量饱和渗透系数和细颗粒流失量,探究级配与干密度对渗流侵蚀过程的影响。【结果】结果显示：依据饱和渗透系数演变规律,渗流侵蚀过程可分为侵蚀前期阶段、侵蚀发展阶段和侵蚀破坏阶段,从而定义了渗蚀发展临界水力梯度和渗蚀破坏临界水力梯度;宽级配土的渗蚀发展临界水力梯度与渗蚀破坏临界水力梯度均随级配参数D₁₅/d₈₅增加而减小;当细颗粒含量处于欠填状态时,渗蚀发展临界水力梯度随细颗粒含量增加而减小,渗蚀破坏临界水力梯度随细颗粒含量增加近似线性增大;当细颗粒含量处于满填状态时,两种临界水力梯度与累积细颗粒流失率均随着干密度增加而增大。【结论】可见,由于渗透侵蚀造成的饱和渗透系数变化显著地受土体级配与密实状态的影响。     

降水径流特征变化对月水量平衡模型模拟精度及参数的影响

为评估水文模型在变化环境下的可靠性,以两参数月水量平衡模型为例,采用Mann-Kendall法分析降水径流资料在MOPEX数据集中美国本土的104个典型流域的一致性,基于可变模糊理论评价降水径流资料一致性对两参数月水量平衡模型模拟精度的影响,并探讨降水径流资料一致性和流域的气候特征对模型参数的影响。结果表明:研究流域中,92.31%流域的降水或径流资料的一致性遭到破坏;通过可变模糊集评价模型模拟效果,发现降水、径流趋势变化均会削弱水文模型的模拟能力,其中降水一致性破坏是水文模型模拟能力减弱的主要原因,并且该方法能够准确地识别影响模拟能力的次要因素;模型参数C和参数SC均随着流域多年平均径流系数增大而增大,参数C反映了流域的湿润程度,参数SC表征了流域的调蓄能力。研究成果可为防洪、抗旱、水资源规划和管理提供技术支撑。     

遥感蒸散发数据应用对SWAT模型径流和蒸散发模拟精度的影响

为探讨遥感蒸散发数据补充研究区水文资料的能力,及其在SWAT模型应用中对径流和蒸散发模拟精度的影响。以淮河上游息县控制流域为研究区建模,并利用实测径流资料与遥感蒸散发数据(MOD16A2)设置3种参数率定情景:仅实测径流率定参数(S1)、仅遥感蒸散发率定参数(S2)、径流与蒸散发同时率定参数(S3),分析不同情景下径流与蒸散发过程的模拟效果。结果表明:从径流模拟而言,S2、S3较S1的模拟精度(NS系数)均有不同程度的降低,但S3在S2的基础上有较明显的改善;从子流域尺度上的蒸散发模拟而言,S1至S3模拟精度呈现出逐渐上升的趋势,在采用径流与蒸散发同时率定时,S3比S2情景NS系数上升的子流域个数占总数的46%。通过逐步深入探究遥感蒸散发数据在SWAT模型中的应用,以及对参数率定的影响,从而分析其对径流与蒸散发的模拟精度产生的变化,此方法也可推广到其他水文模型,在区域尺度水资源管理与利用上具有较好的参考价值。     

基于SBFEM计算应力强度因子的叠单元法

基于SBFEM(scaled boundary finite element method,比例边界有限元法),提出了一种裂缝应力强度因子计算的叠单元法.对于含裂缝的结构,该方法首先将其离散为不含裂缝的整体FEM网格和包含裂缝及周边一定范围计算域的局部SBFEM网格,两者相互独立.然后,将整体网格和局部网格叠加,通过几何拓扑运算,可得单元间的相互关系.在局部SBFEM计算域内,采用SBFEM的位移模式;在SBFEM计算域之外,借鉴流形元的思路,采用有限元的位移插值模式.最后,通过在局部SBFEM网格外的边界施加虚拟结构面的模式,实现整体域网格和局部域网格的耦合.通过3个经典的含裂缝平板的算例研究,表明该方法能有效降低裂缝分析时的前处理的难度,且计算精度也较高.     

考虑强度参数非线性的粗粒料坝坡稳定性

对高应力状态下粗粒料抗剪强度的线性和非线性强度理论进行了讨论,指出了基于线性强度指标在粗粒料坝坡稳定性分析中的不足之处,并探讨了非线性抗剪强度的表达及其计算参数的取值.在此基础上,对非线性抗剪强度在坝坡稳定性分析中的应用进行了研究,给出了迭代算法,编制了能考虑非线性抗剪强度的坝坡稳定性分析程序,提出了迭代计算精度的控制标准,并对潘口面板堆石坝临时度汛断面的坝坡稳定性进行了计算研究.研究表明,粗粒料坝坡稳定性分析中应采用非线性抗剪强度指标.