梯级水电枢纽群巨灾风险分析与防控研究综述

伴随超标准巨震、极端暴雨洪水、巨型滑坡等灾害频繁发生,极端载荷作用下梯级水电枢纽群的灾害风险分析与防控等问题成为当前水利工程领域的研究热点。为分析梯级水电枢纽群巨灾风险研究现状,绘制了国内外水库大坝溃坝事件的时间序列图,分析了梯级水电枢纽群的风险特征,总结评述了梯级水电枢纽群巨灾风险分析和巨灾防控研究进展,主要结论如下：1)梯级水电枢纽群巨灾风险是我国水利水电工程风险防控面临的主要问题;2)梯级水电枢纽群风险分析方面主要聚焦于梯级水库连溃概率的分析和计算,对于溃决可能产生的巨灾损失的量化研究不足,缺乏对巨灾因子及其相关影响作用下巨灾风险的评估;3)缺乏对梯级枢纽群灾害链的阻断技术研究和应急避险方案设计研究。为此提出了梯级水电枢纽群可能最大灾难(Probable Maximum Disaster, PMD)的科学内涵,考虑可能遭遇的多种致灾因子和承灾体特征,分析相互因果关系和极端荷载组合情况,初步建立了PMD评估的理论模型,为绘制梯级水电枢纽群在巨灾情景下的灾难空间外包线和估算PMD损失上限值提供科学依据,为梯级水电枢纽群巨灾风险分析和防控提供理论基础和技术支持。     

面板堆石坝面板顺坡向挤压破坏机理的试验研究

本文针对面板堆石坝面板顺坡向挤压破坏的钢筋压曲凸起问题开展了试验研究,采用了配有单根立筋的混凝土柱受压试验来模拟面板顺坡向的挤压破坏。试验结果证实了以往研究中无箍筋钢筋混凝土立柱抗压强度低于素混凝土柱、且钢筋保护层厚度越小强度越低的推测。与素混凝土柱相比,保护层厚5 cm钢筋混凝土柱的强度降低约10％。根据试验的破坏荷载结果,通过已有理论解反推出了立柱的侧向支撑刚度k,对于保护层厚5 cm和8 cm立柱k值相应为0.841 N·mm^-2和1.032 N·mm^-2。经过试验结果分析,发现钢筋混凝土立柱各截面不服从应变平面假设,受压中钢筋没有同混凝土一起协调变形,钢筋与混凝土之间相互作用强烈。本研究结果再次说明,限制钢筋的侧向变形是防止面板顺坡向挤压破坏的根本措施。应开展可模拟混凝土中钢筋压曲的挤压破坏数值模拟研究,为这些措施的量化设计提供依据。     

南水北调东线调水区及受水区降水径流变化特征

为给南水北调工程规划与运行提供科学依据,基于比《南水北调工程总体规划》制定水平年更加完整的水文观测数据识别2001年以来工程区降水、径流变化特征,采用Mann-Kendall趋势检验、小波分析等方法分析了比较期(2001—2016年)相对于基准期(1956—2000年)的降水、径流统计特性差异和变化特征。结果表明：相对于基准期,比较期调水区降水量变化不明显,长江大通水文站天然径流量下降3.5%,调水区水资源条件较为稳定;比较期受水区降水量较基准期基本无变化,天然径流量较基准期上升3.9%,但山东省、河北省和天津市受水区天然径流量下降6.6%,3省市天然径流量呈明显衰减态势。     

新安江模型参数优化的一种约束SCE-UA算法研究

在新安江模型参数优化领域,洗牌复合形进化(Shuffled Complex Evolution,简称SCE-UA)算法得到了广泛的应用。但在长序列降雨径流模拟和模型参数优化中面临一些问题需要解决。当模型参数适配不当时,土壤含水量易于出现负值,此外,不同径流成分对应的汇流参数需要满足一定的大小关系。上述问题的处理,决定着优化算法能否找到具有正确物理意义的最优模型参数,以及径流模拟结果的合理性和可靠性。针对这些问题,提出了一种约束SCE-UA算法,通过罚函数法对土壤含水量和汇流参数施加约束,引导优化算法向具有正确物理意义的参数可行域展开搜索,在寻优的同时确保了物理意义的正确性。在呈村流域开展了基于约束SCE-UA算法的新安江模型参数优化研究,数值模拟结果表明,约束SCE-UA算法能够确保模型参数物理意义的正确性,解决了土壤含水量出现负值和汇流参数大小关系错误的问题。利用优化获得的最优参数开展水文模拟,能够取得更好的水量平衡效果和更高的模拟精度。     

两种分层方式对温排水三维数值模拟的影响研究

三维数学模型近年来越来越多地被用于研究滨海电厂温排水环境影响问题。海域自由面随潮波动、地形复杂多变,垂向网格的划分方式在一定程度上会影响流场、温度场计算结果。本文以某滨海核电厂为例,采用MIKE 3软件开发斜压三维水动力水温模型,在总分层数即算力保持一致的情况下探究纯sigma分层和垂向混合分层两种分层方式对计算结果的影响。结果表明：两种垂向分层模式对海域潮位的计算精度影响不大,但对有垂向流速梯度的流场刻画会产生一定影响,在近岸海域采用sigma分层模式有利于捕捉垂向流速的变化特征;同时,纯sigma分层方案下,4 ℃最大温升包络面积约为混合分层的4倍,表明不同垂向分层模式可能会对高温升包络面积计算结果产生较为显著的影响。     

拟建鄱阳湖水利枢纽对湖区水环境容量的影响

采用水动力水质模型模拟了鄱阳湖在极端退水年(2016年)和一般退水年(2017年)两种退水工况下拟建鄱阳湖水利枢纽建设前后的水动力水质过程,并构建湖区水环境容量模型评估了鄱阳湖拟建水利枢纽对湖区水质和水环境容量的影响。模拟结果表明：枢纽建设运行能显著增加鄱阳湖的水体体积,每月最大可增加77%;在退水初期主要降低湖泊中部的TP质量浓度,在极端退水年的退水后期会导致闸上TP质量浓度升高,在一般退水年则会导致闸上TP质量浓度降低,但对COD_Mn和NH₃-N质量浓度空间分布无明显影响;在极端退水年,枢纽建设运行会导致COD_Mn、NH₃-N和TP质量浓度增大,而在一般退水年则会导致TP的质量浓度降低;枢纽建设运行能显著提升COD_Mn和NH₃-N的水环境容量,在一般退水年会增大TP的水环境容量,但在极端退水年TP的水环境容量可能降低。     

中国水资源空间均衡评价与空间关联性分析

为科学认知中国水资源空间均衡现状和空间分布特征,在对水资源空间均衡内涵进行解析的基础上,构建了水资源空间均衡评价指标体系,以中国333个地级行政区和4个直辖市为研究对象,对全国各地区水资源空间均衡状态进行了评价和空间关联性分析。结果表明:各省级行政区空间均衡状态存在空间差异大的特点,全国31个省级行政区(不包括港澳台)有17个处于空间不均衡状态,主要分布于东三省、华北平原、河西走廊、华南部分地区和新疆南部;各研究单元空间均衡状态存在一定的聚集性,主要表现为高值聚集和低值聚集两种形态,也散布有小范围的低高聚集、高低聚集形态。     

“荆楚安澜”现代水网建设思路与实施路径

从天然河湖水系和人工水利设施两方面分析了“荆楚安澜”现代水网的建设基础,多角度剖析了“荆楚安澜”现代水网建设的重要意义,详细阐述了“荆楚安澜”现代水网的建设思路、目标定位和总体布局,提出推进湖北水网三大功能间、不同行业领域间、不同层级水网间以及相邻水网间的协同融合,开展“荆楚安澜”现代水网建设的主要任务和重大工程及行动,以期通过现代水网建设,为湖北省高质量发展提供坚实的水安全保障。     

基于组合赋权模糊物元可拓模型的渭河流域甘肃段河流健康评价

从水文完整性、化学完整性、形态结构完整性、生物完整性及社会服务功能5个准则层出发,构建了渭河流域甘肃段河流健康评价指标体系;采用基于改进层次分析法和Critic法的组合赋权法和模糊物元可拓模型计算河流健康状况评价等级,对渭河流域甘肃段河流健康状况进行了评价,并结合障碍诊断模型,分析了该研究区域河流健康突出问题。结果表明：2017—2019年渭河流域甘肃段干流河流健康等级均为亚健康状态,且呈现小幅好转趋势;5个准则层中化学完整性表现最差,流域治理应重点关注河流水质治理;评价河段的敏感度指标与水文、化学、生物完整性相关,是提高河流健康水平最有效的敏感因子。     

Experimental study on temperature stress calculation and temperature control optimization of concrete based on early age parameters

Temperature control curve is the key to achieving temperature control and crack prevention of high concrete dam during construction,and its rationality depends on the accurate measurement of temperature stress.With the simulation testing machine for the temperature stress,in the present study,we carried out the deformation process tests of concrete under three temperature curves：convex,straight and concave.Besides,we not only measured the early-age elastic modulus,creep parameters and stress process,but also proposed the preferred type.The results show that at early age,higher temperature always leads to greater elastic modulus and smaller creep.However,the traditional indoor experiments have underestimated the elastic modulus and creep development at early age,which makes the calculated value of temperature stress too small,thus increasing the cracking risk.In this study,the stress values of the three curves calculated based on the strain and early-age parameters are in good agreement with the temperature stress measured by the temperature stress testing machine,which verifies the method accuracy.When the temperature changes along the concave curve,the law of stress development is in consistent with that of strength.Under this condition,the stress fluctuation is small and the crack prevention safety of the concave type is higher,so the concave type is better.The test results provide a reliable basis and support for temperature control curve design and optimization of concrete dams.