基于Green-Ampt和稳渗不同入渗模型下的城市内涝影响数值模拟

为分析Green-Ampt和稳渗两种入渗模型对城市内涝的影响,以陕西省西咸新区沣西新城核心区为研究区域,应用基于水文及水动力方法的城市雨洪过程数值模型模拟城市暴雨致涝过程。以Green-Ampt入渗模型计算产流,模拟研究区内涝积水过程,发现计算数据与实测数据吻合度高,内涝积水点均实现精确的模拟。计算了1a、2a、5a、10a、20a、50a6种不同重现期设计降雨在两种不同入渗模型下的内涝积水总量与总面积的变化,结果表明:城市内涝积水达到峰值时,不同降雨重现期下Green-Ampt入渗下相较于稳渗内涝积水总量分别减少28.41%、26.49%、26.39%、21.04%、17.28%、15.02%,Ⅲ级及以上内涝积水总面积分别减少31.5%、28.6%、28.3%、20.7%、16.3%、12.7%。本研究应用不同入渗模型揭示了内涝积水程度在不同降雨重现期下的变化规律,对更合理地开展数值模型模拟以及城市雨洪管理工作具有重要借鉴意义。     

黑河金盆水库坝区三维渗控效应评价与材料参数敏感性分析

渗流控制是土石坝工程建设面临的关键问题之一,渗流分析是实现渗控效应评价和渗控优化设计的主要途径。针对黑河金盆水库工程区复杂的地质条件和渗控措施,建立包含主(副)坝、坝基、库盆和左岸单薄山梁的三维渗流计算模型。为确保数值计算的稳定性和收敛性,采用Signorini型变分不等式方法,对黑河金盆水库坝区进行长期稳定渗流精细模拟。基于实测结果与数值计算成果的对比分析,论证了Signorini型变分不等式方法在土石坝枢纽渗流分析中的有效性和正确性。基于数值计算结果深入分析了坝区的渗控效应及渗透稳定性,研究了渗控效应对黏土心墙、帷幕、山岩材料渗透参数的敏感性。结果表明:黑河金盆水库坝区各分区渗流量和各关键部位的最大水力坡降均在安全稳定范围内,工程渗控措施效果显著;坝区渗控效应对防渗帷幕以及山体材料渗透系数的变化较为敏感,坝体内部总水头及关键部位水力坡降随黏土心墙渗透系数的增加而增加。研究成果对土石坝坝区整体渗流分析及渗控优化设计具有借鉴意义。     

1960-2017年北洛河下游冲淤变化特征及其成因分析

基于1960-2010年北洛河状头站实测水沙及1960-2017年北洛河下游淤积断面测验资料,采用原型观测的方法,统计分析了北洛河下游泥沙淤积量、典型横断面及河道纵比降变化,采用Mann-Kendall趋势检验法对状头站的径流量及输沙量变化趋势进行显著性检验,探讨了北洛河下游冲淤变化特点及其成因。结果表明:1960-2017年洛淤1~洛淤21河段累计淤积泥沙2.870×10^8m^3,期间滩面淤高、河道纵比降自1965年的1.618■持续增大至2017年的1.941■,三门峡水库蓄水初期及高含沙洪水是河道淤积的主要时期,其中1994年高含沙大洪水河段泥沙淤积量占累计淤积量31.3%;水沙条件及潼关高程是影响北洛河下游冲淤变化的主要原因,2000年以来,北洛河下游径流量、输沙量显著减小,2000-2010年状头站多年平均汛期输沙量比1960-2010年减少67.5%,漫滩大洪水少有发生,加之在三门峡水库原型试验按非汛期最高水位不超过318.0m运用期间潼关高程缓慢下降,北洛河下游冲淤态势总体保持稳定。     

基于不同相似度方法的秦岭北麓典型流域相似度研究

为了更准确地进行流域相似识别,为无资料流域寻找合适的参证流域来估算其水资源状况。以陕西省西安市秦岭北麓5个典型流域为研究对象,通过提取其气候、下垫面和径流三方面的9个特征因子,结合变异系数法赋权,采用加权余弦相似度和加权欧氏距离相似度分别计算流域之间的相似度,再采用新安江模型进行参数移植验证。结果表明：加权余弦相似度准确性优于加权欧氏距离相似度,较适宜于研究流域的相似度计算。研究成果可为该地区的径流量估算和水资源开发利用等提供科学参考。     

基于离散元的滚石灾害被动防护网设计方法研究

被动防护网是边坡滚石灾害的有效防治措施,如何有效、精准和经济地设计被动防护网,对提升抵御自然灾害的综合防范能力具有重大意义。针对频发的滚石灾害,构建了基于离散元的边坡滚石灾害被动防护网设计方法。通过建立精细的边坡、滚石和被动防护网离散元模型,分析滚石运动轨迹、拦截滚石数目以及拦截效率等指标,以确定高度、长度等被动防护网参数;通过监测滚石的速度、冲击能变化为被动防护网选型提供建议;通过分析被动防护网撞击断面上不同位置的形变变化规律,确定最佳防护工况下被动防护网的最大形变位置。以某大型水电站的库区道路建设为例,采用被动防护网离散元设计方法对滚石灾害进行定量分析,确定被动防护网尺寸为长度30 m、高度5 m时较为适宜,该设计能够使碎石拦截效率达到92%,防护网材料应能抵御108.5 kJ的冲击能。根据上述分析可知,基于离散元的边坡滚石灾害被动防护网设计方法能够定量评估滚石灾害的影响范围与影响程度,从而为水利水电、道路、桥梁等工程建设中的滚石防控措施设计提供方法与经验。     

LD河床式水电站厂房坝段变形研究

LD水电站蓄水后厂房坝段坝顶变形持续增大,且最大变形超过原计算值。为分析其原因,利用有限元软件对LD水电站厂房坝段进行仿真计算。从外荷载分量、温度分量、时效分量3个方面开展厂房坝段变形计算。将变形叠加后与实测变形相比较,分析坝顶变形持续增大的原因。结果表明：坝顶变形中外荷载分量占比最大,为总变形的50%,其次为时效分量和温度分量,分别占总变形的27%和23%。坝前水位稳定之后坝顶变形增量主要由时效和温度引起,其中时效变形占后期变形增量的86%,温度变形占14%。随着时间的推移,混凝土徐变逐渐收敛,温度场逐渐稳定,时效变形和温度变形趋于稳定,因此坝顶变形不会持续增大。原变形计算对温度及时效影响的考虑不足,导致监测值大于原计算值。建议类似工程变形计算应充分考虑温度与时效对结构变形的影响。研究成果可为河床式电站厂房坝段变形复核及预测提供参考,为解决类似工程问题提供了一种思路。     

西咸新区海绵城市建设对沣河洪水特性影响模拟研究

为评估海绵化改造对城市内河洪水特性的影响,基于模型GAST（GPU accelerated surface water flow and transport model）,定量研究了理想流域和沣河流域西咸新区沣西新城段海绵城市建设前后在3种入流条件（2.75、7.69、17.06 m³/s）和3种降雨重现期（2、10、50 a）组合工况条件下的洪水流量过程。结果表明：设计降雨重现期为2、10、50 a时,理想流域的峰值流量削减率在6.64%~67.34%之间,实际流域的峰值流量削减率在2.66%~43.57%之间,两者差别不大。海绵化改造在一定程度上削减了内河的峰值流量,峰值削减率与上游来流量呈反比,与区间汇流量成正比。但峰现时间有延迟有提前,无明显规律。     

碾压混凝土重力坝通水冷却温控效果研究

对碾压混凝土坝采取合理可行的温控措施,对于降低温控费用和防止温度裂缝尤为重要。以某碾压混凝土重力坝为例,采用三维有限元浮动网格法模拟大坝施工进度安排,考虑混凝土弹性模量和水化热温升随龄期变化、通水冷却时长、通水温度等因素,对该碾压混凝土重力坝进行温控仿真研究,分析了通水冷却效果和坝体温度、应力变化规律。结果表明:通水时间为20 d,冷却水温从20℃降低到15℃时,可使各区最高温度降低0. 6~0. 7℃,最大温度应力降低0.08~0. 13 MPa。冷却水温为20℃,通水时间从15 d增加到20 d,可使各区最高温度降低1. 0℃,最大温度应力降低0. 11~0. 15 MPa。控制混凝土浇筑温度为25℃,采取通水温度20℃、通水时长20 d、全坝段通水冷却温控措施,坝体最高温度和最大应力均满足控制标准。研究成果为该碾压混凝土重力坝的通水冷却温控设计和施工管理提供了重要依据,对类似工程的温控设计具有参考意义。