基于SWMM的银川市金凤区雨洪模拟及LID效果评估

针对城市内涝及非点源污染问题,从海绵城市建设的角度出发,以银川市金凤区作为研究区域,采用SWMM建立雨洪模型,选取设计雨峰系数为0.4的5种降雨重现期和降雨重现期为0.5 a的4种雨峰系数共9场降雨,评估研究区在下凹式绿地、透水铺装、雨水花园、下凹式绿地组合透水铺装及雨水花园组合透水铺装5种LID方案下对径流及4种污染物的控制效果。模拟结果表明：随着重现期的增大,5种方案的径流控制率及污染物负荷削减率均有所减小;下凹式绿地组合透水铺装方案的削减效果最为显著,重现期为0.5～5 a时,该方案径流控制率均大于65%,污染物负荷削减率均大于45%;重现期为10 a时,径流控制率及TSS、COD、TP与TN负荷削减率分别为61.38%、42.86%、58.23%、44.03%和55.95%;重现期为0.5 a时,随着雨峰系数的增大,5种LID方案的径流控制率及污染物负荷削减率的变化均不明显。LID方案对中小重现期降雨有较好的控制效果,但因组合方案各措施间受到相互作用及不透水面积等因素的影响,并未达到“1+1>2”的叠加效应,最优方案还需深入研究。     

基于COWA-灰色定权聚类法的城市河流生态治理项目运营期绩效评价

城市河流生态治理是推进生态城市建设的重要举措,生态治理项目运营期的绩效水平高低是项目建成后能否长远发挥综合效益的关键.从组织管理、监督管理、工程管理以及综合效益管理4个方面,选取18个评价指标构建了城市河流生态治理项目运营期绩效评价指标体系,建立了基于COWA-灰色定权聚类法的城市河流生态治理项目运营期绩效评价模型.利...     

基于洪灾风险管理的蓄滞洪区道路规划

道路等线状地物的科学规划是协调蓄滞洪区防洪与自身经济发展间矛盾的重要手段。基于综合考虑洪水危险度、暴露度及脆弱性的洪灾风险管理模式,对天津市大黄堡洼蓄滞洪区内道路等线状地物的科学规划进行探讨,提出由洪灾风险确定最优道路建设方案的途径。鉴于蓄滞洪区内各类财产的空间分布不具规律性,导致洪灾损失随地貌随机变化的特点,需采用水动力模型计算出的淹没结果确定洪灾风险。在天津市大黄堡洼蓄滞洪区的应用表明,依据洪灾风险规划道路是必要的,它具有能够兼顾全局防洪的优越性。所得结论为,在大黄堡洼蓄滞洪区内布设道路时,当道路方向与洪水演进主流方向呈90°,道路位置距分洪口门约10km左右,过流涵洞尺寸为3m时,洪水造成的经济损失最小,该方案下所产生的洪灾风险最小。     

清水沟水库溃坝对主河道行洪过程影响数值模拟研究

溃坝洪水危害巨大。为研究支沟溃坝对主河道洪水过程的影响,采用集成HLLC近似黎曼求解器的二维水动力模型,模拟研究了支沟清水沟水库溃坝洪水对主河道大理河行洪过程的影响。模拟结果表明:计算水位与实测洪痕吻合度较好,证实所建模型能较为精确地模拟溃坝洪水演进过程;清水沟水库溃坝对大理河上下游均有影响,上游会发生明显的壅水现象,流量具有先下降后上升再下降至稳定的趋势;最为关心的下游洪峰呈现出先增加再下降至稳定的过程,并不是简单的叠加计算,而与上下游关系密切。该成果对于防治支沟溃坝在主河道形成洪水具有一定的指导意义。     

丹汉江流域非点源污染定量化与控制研究进展

丹汉江流域位于汉江中上游,是丹江口水库的主要水源区,其水质的优劣直接关系着国家南水北调中线工程的成败,因此对该流域的非点源污染研究显的尤为重要。通过查阅文献,总结了该流域泥沙和养分在不同空间尺度下的输移特征,归纳了多种负荷估算方法和模型应用进展,从源头、过程和末端3个方面阐述了水土以及养分流失的控制措施和生态补偿研究进展。并指出当前非点源污染源及污染过程和输移特征尚不清晰、应用模型较少且自主建立模型鲜见、污染控制与管理措施零散等问题。未来需要不断加强资料的系统监测,探明该流域非点源污染种类、来源及负荷,提高应用模型种类和精度,建立流域土地、水域最优开发和管理模式,逐步完善定量化研究与控制体系。     

汉江桥闸工程下游河段典型鱼种栖息地模拟研究

探究水利工程干扰下的鱼类生境变化特征是维护河流生态健康的基础性研究。以汉中平川段内汉江三桥桥闸下游10 km为研究河段,利用水文学法和栖息地模拟法计算了生态流量。建立了河段二维水动力学模型,选用宽鳍鱲为目标鱼种,依据其对水深和流速的适宜性曲线确定了流量变化下的生境面积,并采用生境质量分级分析了不同流量响应鱼类生境的变化特征。研究结果表明:两种方法计算出河流生态流量相近,分别为54.3和53.1m~3/s,最终适宜流量为47.8～54.3 m~3/s;在流量8.8～212.7 m~3/s时,相比中等和低质量生境,高质量生境面积随流量的波动更为显著,呈现先升后降的趋势,212.7 m~3/s以上流量的各级生境面积随流量变化较小;高质量生境多分布于两岸和冷水河交汇口,中等质量生境主要分布在河段下游;低质量生境位置相对不固定;研究成果可为桥闸运行和河流鱼类保护提供重要参考依据。     

双室MFC对含Cu（Ⅱ）废水处理效能及其产电性能的影响

微生物燃料电池(microbial fuel cells,MFCs)可利用微生物将化学能转化为电能,并实现重金属的去除与还原回收。本研究构建了一种双室MFC用于处理含Cu²⁺的重金属废水,以探究不同初始浓度及阴极电极材料下MFC的产电性能和Cu²⁺的去除效果。结果表明,当阴极电极材料为不锈钢且阴极中Cu²⁺的初始浓度由10 mg/L增大至200 mg/L时,Cu²⁺的去除率由85.37%增大至98.16%(120 h),最大输出电压和功率密度分别为257 mV和36.75 mW/m2。当阴极电极材料为石墨板、钛片时,Cu²⁺的去除率分别为99.02%、98.27%,此时的最大输出电压和功率密度分别是不锈钢的1.45倍、1.18倍和1.71倍1.28倍。对阴极上附着的产物进行扫描电镜分析,Cu²⁺在阴极发生了还原反应,生成了单质铜。本研究可以为实现MFC高效回收重金属提供理论依据,对利用MFC解决环境污染和能源短缺问题有重要意义。     

转子-轴承系统小裂纹识别的HHT谱分析方法

针对低转速工况下转子-轴承系统小裂纹识别难的问题,提出Hilbert-Huang变换谱和边际谱分析的方法。分别建立刚性支承及轴承支承的裂纹转子模型,比较二者频谱差异,并采用四阶Runge-Kutta法求解重力占优背景下裂纹转子-轴承系统动力学方程;对时域信号进行经验模态分解,提取其IMF分量,计算各IMF分量的HHT谱及边际谱,并对无裂纹和小裂纹情况进行分析。结果表明,对于受非线性油膜力影响的裂纹转子-轴承系统,HHT方法能够很好体现裂纹刚度随时间变化的过程;通过EMD方法分解出的IMF分量,在小裂纹、低转速下对裂纹的变化有很好的敏感性,能有效识别转子-轴承系统的小裂纹故障。     

抽水蓄能电站输水及地下洞室系统渗流场三维有限元分析

抽水蓄能电站输水系统和地下厂房系统埋深较大,在上下库高水头差作用下,裂隙围岩渗流对工程建设安全和运行管理具有重要影响。依托牛首山抽水蓄能电站,采用三维渗流场有限元方法,建立包含输水系统、地下厂房系统和洞室围岩的三维渗流场数值计算模型,基于稳态渗流分析方法,在参数反演分析基础上,分析了抽水蓄能电站输水及地下洞室系统渗流场分布规律,讨论了上下库水位变化及厂房下游侧帷幕失效对渗流场的影响。结果表明：不同运行水位情况下,输水系统和地下厂房排水系统可以有效降低管道外水压力和厂房区浸润线位置,地下厂房大部分位于浸润线以上且渗流量在合理范围之内;厂房下游侧帷幕对减小厂房区渗流量具有明显的作用,对于地下水丰富且规模较大的地下洞室系统,有必要设置厂房下游侧帷幕。     

基于GAST模型的突发水污染事故中污染物输移模拟

突发水污染事故后,高效准确模拟预测是快速采取有效防控措施和制定应急预案的基础。采用基于非均匀网格的图形处理器(graphics processing unit,GPU)加速的水动力及污染物输移数值模型(GPU accelerated surface water flow and associated transport,GAST)对暴雨山洪或溃坝洪水引起的突发水污染事故中污染物输移规律进行了模拟预测。模型采用Godunov格式的有限体积法求解二维浅水方程和污染物输移方程,采用一种基于HLLC(Harten-Lax-Van Leer-contact)的近似黎曼求解器计算单元网格界面通量,采用二阶高精度格式（monotonic upstream-centred scheme for conservation laws,MUSCL）限坡线性重建和龙格-库塔时间积分法实现了二阶精度,同时采用GPU加速计算技术提高模型计算效率。算例结果表明：采用非均匀网格技术局部细化地形复杂区域生成精细网格,地势平坦区域粗化网格,大幅度减少了计算域网格数量,并且在保证模拟精度的同时,提升了模型计算效率。该模型可...