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2015年, 第32卷, 第11期 
刊出日期:2015-11-20
  

  • 全选
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    水资源与环境
  • 李昌文,康玲,张松,周丽伟
    长江科学院院报. 2015, 32(11): 1-6.
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    为解决生态流量标准的空间移植性、逐月和年际变异性和分级性4个属性问题,提出了一种基于FDC的改进方法。该方法基于月均流量系列的特定保证率将所有年份逐月进行丰、平、枯水年分组,基于总历时法和逐年组、逐月份的日均流量系列构建FDC,取50%,90%历时点流量作为生态流量的最优上限值和最小值,最小到最优上限之间的各级生态流量根据改进的Tennant等差数量分级思想确定。以汉江为例,将计算结果与Tennant法、改进Tennant法、7Q10法、90%保证率最枯月流量法、近10 a最枯月平均流量法、逐月最小生态径流法、最小月平均法、Q90法、改进Q90法、Q97,10法和生态监测成果进行了对比分析。结果表明,改进FDC法的生态流量标准优于传统水文学法且十分合理,其空间移植性、时间变异性和栖息地条件的分级性都得到了充分体现,同时也避免了极端流量事件和年内分配不均的影响。
  • 班荣舶,何太蓉
    长江科学院院报. 2015, 32(11): 7-13.
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    用灰水足迹方法评价水环境变化,逐渐成为水环境及相关研究的热点之一。为了掌握重庆农业水环境状况,把灰水足迹与农业面源污染联系起来,首先核算重庆2007年种植业灰水足迹,然后对其空间差异进行分析。结果表明①重庆2007年的种植业灰水足迹为22.088 8亿m3;②重庆多数区县种植业灰水足迹密度差异不大;③重庆2007年的种植业灰水足迹强度东部高、西部低;④种植业水环境压力指数西部高、东部低,城市发展新区的13个区县种植业已对水环境造成污染。研究表明,重庆水环境保护要重视种植业产生的污染。
  • 水土保持与生态建设
  • 丁文峰, 张平仓,王爱娟,王一峰
    长江科学院院报. 2015, 32(11): 14-18.
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    坡面侵蚀产沙信息的获取对土壤侵蚀预报模型开发和相关参数获取至关重要。采用如下方法放水冲刷法和人工模拟降雨法,通过不同的放水流量、雨强,在5 m坡长坡面上利用REE示踪法;在4 m长坡面和3 m长沟坡组成的坡沟系统上,用地形测针板法和坡面侵蚀沟量算法;在8 m长坡面和5 m长沟坡组成的坡沟系统上,用地形测针板和HDS3000高精度扫描仪测量法等,对不同空间尺度、不同侵蚀测量方法的测定结果进行了对比分析。结果表明几种方法的测量精度高低依次为HDS3000扫描仪法>REE示踪法>地形测针板法>侵蚀沟量测法;工作效率高低依次为HDS3000扫描仪法>侵蚀沟量测法>地形测针板法>REE示踪法。在坡面侵蚀空间分布上几种方法都可实现,但精度各有不同,实际应用中应根据需求选用不同的测量方法。
  • 于海云,王志军,李彪,于海立
    长江科学院院报. 2015, 32(11): 19-24.
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    土壤盐渍化严重制约了河套灌区农业经济的发展,传统的点位测量方法已经无法满足人们对大面积土壤盐渍化分布认知的需求。遥感技术能快速获取盐渍地宏观分布及变化情况,而可见光、红外遥感存在一定的局限性,具有全天候、穿透性强的雷达遥感成为研究的焦点。以内蒙古河套灌区五原县为研究区,结合Radarsat-2四极化雷达遥感数据对融解期土壤的盐渍化进行响应分析。研究结果发现极化组合(VH2+HH2)/(VH2-HH2)对不同盐渍土有较强的响应性与分离性,以极化组合为参量建立回归模型S=0.552 3X-0.645 9,模型最终达到良好的相关性(R2=0.768 1),利用回归模型对试验区不同程度盐渍化土壤分类分析,结合10个土壤样本点进行精度验证,结果多数土壤样本点的相对误差小于10%,精度优于传统盐渍土分类方法。

  • 水力学
  • 刘桐渤,闫滨,王铁良
    长江科学院院报. 2015, 32(11): 25-29.
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    环形波纹钢管涵洞式鱼道内波纹的粗糙度可以使边界附近产生足够低的流速,鱼类可以由此游向上游。对3种流量0.05,0.07,0.09 m3/s,3种埋深0D,0.1D,0.2D,坡度0.4%工况下,环形波纹钢管涵洞式鱼道内水面线、流速场和紊流场分布分别进行了数值模拟研究。结果表明环形波纹钢管涵洞中,高流速区(无量纲流速大于0.9)位于涵洞过水断面中心区域,高紊流区(紊流强度大于0.2)位于水面中心附近。在涵洞底部边壁附近较大区域内,由于流速较小,紊流强度也较低(紊流强度小于0.1),鱼类可以由此顺利完成上溯。相比无埋深式涵洞,嵌入式涵洞内平均流速较小,紊流强度变化较为平缓,更有利于鱼类的洄游。
  • 代述兵,刘韩生, 郑新桥,马玉蕾,杨吉健
    长江科学院院报. 2015, 32(11): 30-33.
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    为了得到X型宽尾墩消力池底板的冲击压强的直接计算公式,分析了对冲击压强影响较大的几个因素,利用量纲分析对模型试验的大量数据进行了拟合,总结出一个能较好地反映冲击压强规律的经验公式。误差分析表明滚弄、鲁地拉、索风营、沙陀的冲击压强最大相对误差不超过16.3%,能较好地反映X型宽尾墩消力池内复杂水流的冲击压强。实例验证显示,阿海工程X型宽尾墩最大冲击压强计算值与实测值误差<-15.8%。
  • 岩土工程
  • 韩晓玉,黄孝泉,李永松,尹健民,向家菠
    长江科学院院报. 2015, 32(11): 34-39.
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    以乌东德水电工程坝址区300个实测数据为依据,辅以数值回归分析,对乌东德坝址河谷应力场分布规律进行了研究。研究结果显示乌东德河谷断面可划分为应力释放区、过渡区和应力方向稳定区;应力方向稳定区最大水平主应力方向与近坝断层和区域控制性断裂接近,与近场区地震构造应力场不同。通过对比乌东德坝址河谷和对称河谷应力场分布特点,发现乌东德坝址河谷具有河床和坡脚高应力区、岸坡岩体呈“驼峰”应力分布等对称河谷应力分布特点。受乌东德河谷形态影响,河床和坡脚高应力区呈现非对称性,山体高耸岸坡侧高应力区分布范围较广;两岸岩体“驼峰”应力曲线“尾部”未稳定。
  • 杨俊,袁凯,张国栋,唐云伟
    长江科学院院报. 2015, 32(11): 40-44.
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    以湖北宜昌弱膨胀土为研究对象,通过掺砂改良后的室内回弹模量试验,研究了改良膨胀土的回弹模量与干湿循环次数、风化砂掺量之间的关系。结果表明①在相同的风化砂掺量下,改良膨胀土的回弹模量随着干湿循环次数的增加而逐渐降低,回弹模量的衰减幅度在第1次干湿循环时达到最大,之后逐渐减小,当干湿循环进行至4~5次时,回弹模量基本趋于稳定,回弹模量与干湿循环次数可以用指数函数关系进行拟合,且相关性较好;②在经历相同的干湿循环后,随着风化砂掺量的增加,回弹模量衰减幅度以及土体微裂缝的数量逐渐减小;③通过综合考虑干湿循环次数以及风化砂掺量的耦合影响,建立了干湿循环作用下掺砂改良膨胀土回弹模量的三维非线性预估模型,该预估模型参数较少,形式简单,准确性较高,具有一定的推广价值。
  • 陈俊国,刘卫群,梁浩楠
    长江科学院院报. 2015, 32(11): 45-51.
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    震后断层区岩体裂隙的愈合对于地震水力响应研究具有重要的作用。为研究裂隙岩体愈合对深部断层区渗透率时空演化规律的影响,在离散裂隙网络耦合模型基础上加入裂隙蠕变效应,建立裂隙岩体流固耦合时空演化模型,并利用COMSOL Multiphysics对建立的耦合方程进行求解。结果表明,封堵之前,常规的耦合渗流达到稳定状态,由于具有完整的通道,任意时刻的流固耦合并不能改变流体的压力。随着封堵发生,在蠕变效应下,裂隙开度减小,单元体渗透率降低,流体压力增大。该研究成果为震后破裂带岩体的愈合机理及渗透率演化分析提供了理论依据。
  • 刘家伟
    长江科学院院报. 2015, 32(11): 52-54.
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    楚雄州青山嘴水库工程为了优化大坝工程设计,改善大坝心墙填筑料的施工条件,降低工程造价,拟采用全强风化砂泥岩作心墙防渗土料使用,但砂岩及强风化料的掺入比例过高会影响土料的防渗效果。为了确定合适的砂岩及强风化料掺合比例,了解和掌握全强风化砂泥岩混合料的性能,把砂岩和强风化料按不同比例掺配组合进行试验研究,通过试验确定了全强风化砂泥岩混合料可以作心墙防渗土料使用,以强风化料所占比例小于60%,砂岩所占比例小于25%为宜,并总结了用砂泥岩风化料作心墙防渗土料使用应注意的技术问题。
  • 胡伟,闵弘,陈健,盛谦
    长江科学院院报. 2015, 32(11): 55-61.
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    土石混合体通常是构成库区边坡、滑坡及坝基的主要岩土体材料,其物理力学性质要较一般的土体或岩体更复杂,是目前岩土力学及地质工程界共同面临的难题。通过制备一定含石量的土石混合体试样进行无侧限条件下单轴压缩试验,研究了碎石对土石混合体单轴压缩强度及变形破坏模式的影响;结合数值模拟方法,进一步分析碎石分布对土石混合体整体强度的影响机制。研究成果表明土石混合体的单轴抗压强度及变形破坏特征受含石量及碎石分布的控制,随着含石量的增加,单轴抗压强度降低,破坏模式由单裂纹开裂变为多裂纹开裂破坏,同时裂纹贯通时间有所增加。
  • 马庆华, 邵勇, 朱进军
    长江科学院院报. 2015, 32(11): 62-65.
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    为了得到承台-倾斜桩体系在水平荷载条件下的工作性状,首先拟合现场实测数据得到土层及桩体的合理参数,然后采用数值模拟手段分析了不同倾斜程度及倾斜方向下体系的变形、受力特征。计算结果表明,3种倾斜方向及倾斜程度在0%~12%时体系水平向承载力均未减小,即水平位移均小于未倾斜时。从弯矩分布特征来看,桩顶均受到正弯矩,且弯矩值最大,桩身下部受到负弯矩,反弯点位于桩顶以下8~9 m处。桩体倾斜程度对体系中倾斜桩与竖直桩的弯矩分担产生影响。
  • 蔡强,石胜伟,韩新强,李乾坤
    长江科学院院报. 2015, 32(11): 66-70.
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    通过开展2种距径比下微型组合抗滑桩加固碎石土滑坡室内物理模型试验,分析微型组合抗滑桩的受力变形特点,研究距径比对微型组合抗滑桩整体抗滑性能的影响。试验结果表明①微型组合抗滑桩结构受力变形可分为3个阶段(无变形阶段—阶段—性破坏阶段);②桩顶位移超过总桩长的3.6%,微型组合抗滑桩就进入塑性破坏阶段;③桩顶连系梁有效约束了桩体位移,使得微型组合抗滑桩各排桩在位于滑面以上约l2/8处(l2为自由段长度)出现反弯点,且滑面以上l2/5、以下l1/10(l1为嵌固段长度)范围内的桩身弯矩较大,且最大弯矩位于滑面以上l2/20处;④距径比较小(即7.5)时,微型组合抗滑桩对桩间土体的“楔紧”作用较强,抗滑桩能承受更大的滑坡推力作用。
  • 曹洋兵,晏鄂川,吕飞飞,季惠彬
    长江科学院院报. 2015, 32(11): 71-77.
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    科学合理地选择建设场地是油气能源的水封式地下储存建设中面对的首要问题,其中场地的地质适宜性评价极为关键。通过总结参与的数个地下水封洞库工程实践经验,并分析其它洞库成功经验和失败教训,从储能原理出发提出预选场地的地质适宜性定量评价模型。在建模过程中,首先阐述了场地地质适宜性评价目标和评价指标选取原则;其次从区域稳定性条件、岩体稳定性条件和水压力密封条件3方面建立起含9项二级指标的评价体系;再基于评分法对二级指标进行评分赋值,基于模糊层次分析法得出一级指标权重;最后结合乘积式和加权求和式构建评价模型,并通过Visual Basic平台编程实现。以山东黄岛地下水封石油洞库为例,对评价模型进行应用和检验,结果表明评价模型中的指标可从预可行性研究阶段获取,可行性和可靠性较高,可为相关工程提供依据和参考。
  • 岳粹洲,郑永来
    长江科学院院报. 2015, 32(11): 78-81.
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    在地震作用下,地下结构的地震响应影响因素复杂多变,地下结构的埋深就是其中之一。针对地下结构埋深对地下结构的地震动响应的影响,通过建立处于不同埋置深度的2种结构模型,运用FLAC软件进行数值模拟研究。研究表明,在地震作用下,同一位置的地震波,在保持入射波不变的情况下,当地下结构位于不同的埋置深度时,结构上相同位置的地震响应差别不明显。
  • 杜强,王 超,赵光明,贾瀚文
    长江科学院院报. 2015, 32(11): 82-86.
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    地下洞室埋深愈深,应变软化现象愈明显。为研究深部裂隙岩体开挖后巷道围岩的变形特征,基于应变软化模型,结合裂隙岩体损伤及演化本构方程,利用FLAC3D软件的二次开发功能,采用VC++编程语言,建立考虑应变软化效应的裂隙岩体损伤本构模型。以某矿井地下圆形巷道开挖为例,分别采用应变软化模型和自开发的本构模型对该算例进行数值模拟,巷道围岩的位移、塑性区和安全系数的对比结果表明,开发的本构模型能够较好地反映出岩体应变软化特性和裂隙对岩体的损伤作用,可对维护围岩体的稳定性提供参考。
  • 朱朋,卢书强,薛聪聪,游明亮
    长江科学院院报. 2015, 32(11): 87-92.
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    地下水对库岸边坡的稳定性影响重大,以库区某滑坡为例,通过对滑坡的变形特征和专业监测数据分析,结合三峡库区库水位调度方案及降雨条件,依据非饱和土渗流理论和极限平衡理论,运用有限元分析软件Geo-Studio,对该滑坡设置了8种工况,分析其在145~175 m库水位波动及降雨条件下的渗流及稳定性。计算结果表明滑坡体内地下水位随库水位升降而升降,降雨对滑体后部地下水位有一定影响;滑坡稳定性在库水位上升时减小,且上升速率越大,稳定性系数越小;库水位下降,稳定性系数先减小后增大;降雨条件下,稳定性系数有所减小。所得结果可为库岸边坡的稳定性分析提供一定参考。
  • 牛超颖,贾洪彪,马淑芝,王康
    长江科学院院报. 2015, 32(11): 93-98.
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    能量转化是物质物理过程的本质特征,分析岩石破坏过程中的能量变化规律及其与强度和整体破坏之间的联系,更有利于反映外荷载作用下岩石强度变化与整体破坏的本质特征。从能量耗散与能量释放的角度,基于前人研究成果及中间主应力效应,提出了岩石能量释放基于应力分配的一般形式,并结合最小主应力对能量强度准则进行了分析,提出了新的强度准则。研究表明运用能量原理研究中间主应力效应是可行的;在最小主应力一定时,能量释放分配系数与岩石极限强度成线性关系,且随着能量释放分配系数的提高,岩石极限强度逐渐降低;新的能量强度准则可以充分考虑中间主应力的影响,从而可以弥补岩石常规破坏判据的不足。
  • 水工结构与材料
  • 邝亚力,韩炜,景锋,邵晓妹,李珍,汪在芹
    长江科学院院报. 2015, 32(11): 99-101.
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    为了加强南水北调中线一期工程总干渠未实施防渗墙、土工膜加厚等加强措施的高填方渠段止水功能,需在渠坡和渠底衬砌板混凝土结构缝处涂抹聚脲材料进行止水。所用聚脲材料不仅要与混凝土粘接良好,还应能够适应结构缝伸缩应变。试验选取长江科学院长江工程技术公司研所发的CW680新型慢反应聚脲裂缝修补材料系统,在淅川六标段渠坡的结构缝(通缝)处进行试验,经过3个月的现场应用与试验,效果良好,能够满足该渠段输水的安全运行。
  • 张达,崔同欢,肖承京,陈亮,汪在芹
    长江科学院院报. 2015, 32(11): 102-104.
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    针对西藏地区水工建筑物劣化问题,根据溢流坝段闸墩部位水流冲磨破坏特性及高海拔地区强紫外辐射的气候特点,采用2种不同性能的环氧砂浆对闸墩混凝土缺陷部位进行修补及抗冲磨防护,其中深度缺陷修补采用高黏度环氧砂浆补平,面层防护采用自主研发的CW高耐候改性环氧砂浆,该砂浆适用于强紫外辐照条件下高速过流区混凝土表面防护。经过蓄水后半年时间的水流冲磨及强辐射考验,表明改性环氧砂浆对闸墩混凝土抗冲磨及耐久性防护具有良好效果。
  • 饶美娟,邓灵敏,杨贺菲
    长江科学院院报. 2015, 32(11): 105-109.
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    废弃玻璃磨细成粉料后用作混凝土辅助胶凝材料,不仅可以控制ASR(alkali-silica reaction,碱-硅反应),而且还能激发其火山灰活性。采用砂浆棒快速法,将玻璃粉代替标准砂用作骨料,研究各种骨料替代率条件下的砂浆棒ASR膨胀率大小。掺量为50%时,14 d ASR膨胀率最大。将玻璃骨料与标准砂以1∶1比例成型试件,探讨各种玻璃粉细度、掺量、养护温度、龄期条件下对砂浆棒ASR反应的抑制效果,粉磨时间越长,砂浆棒膨胀率呈降低趋势,掺入粉磨1h玻璃粉在相同掺量下对砂浆棒膨胀率的抑制效果最明显。养护温度对砂浆棒早期膨胀率起主导作用。
  • 徐旺敏,张宇驰,刘伍根,刘世立
    长江科学院院报. 2015, 32(11): 110-114.
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    以信州水利枢纽泄洪闸闸墩为工程背景,通过基于泄流激励下闸墩动力特性测试,得到多个测点的振动信号。针对单个测点信号信噪比不高、频率成分不全的缺点,基于相关函数融合算法,将多个测点的振动信号融合为一个能够准确、全面反映结构整体振动特性的振动信号,实现多测点振动信号的数据融合。通过对融合前后信号频率识别结果对比表明基于相关函数的多测点融合算法具有其可行性,能够很好地挖掘出淹没在噪声中的结构有效频率,为识别结构的模态参数提供了重要依据。
  • 陈学强,彭刚,胡伟华,梁辉
    长江科学院院报. 2015, 32(11): 115-118.
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    为研究混凝土在循环荷载下的变形特性,进行了2种不同应变速率下(10-5/s,10-4/s)混凝土轴向循环加卸载试验,对混凝土残余塑性应变与卸载点应变的关系及其共同点应变与卸载点应变的关系进行深入分析,并采用改进的Weibull统计模型对循环加卸载曲线的包络线进行拟合。研究结果表明混凝土在循环加卸载作用下应力应变曲线的包络线与单调荷载作用下的应力应变全曲线基本一致;改进后的Weibull统计模型能较好地拟合包络线。
  • 信息技术应用
  • 周力峰, 刘文, 柏玉锋
    长江科学院院报. 2015, 32(11): 119-124.
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    为持续推进水利科研信息化进程,开展了水利科研云计算平台体系及其应用技术研究,明确了管理云、科研云、办公云、综合数据中心及智慧流域研究平台支撑这5项应用需求;采用主流的X86系统架构,运用虚拟化技术,实现资源池化的技术路线,完成云平台结构设计;在统计现有设备使用率和各项应用预期数据的基础上,计算得出平台资源池的规模并确定设备档次;汇总VMware等主流软件调研成果,比选确定了云操作系统。并就水利科研云平台的云运行模式、云存储模式、云安全问题开展技术研讨。按照设计,云平台基础设施已经建设并得到有效使用,有关应用工作也正在有序推进。
  • 徐智,李彪
    长江科学院院报. 2015, 32(11): 125-129.
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    为准确、快速提取大范围裸露地表土壤水分空间分布,以河套平原巴彦淖尔市杭锦后旗陕坝镇灌区土壤水分四极化精细模式雷达监测为例,研究基于RADARSAT-2数据土壤水分提取的技术与方法,选择AIEM模型作为研究区裸露地表土壤水分反演模型的基础,建立适合河套灌区裸露地表土壤水分微波散射的经验模型。应用经验模型对河套灌区地表水分进行反演研究并与实测数据进行相关性分析。结果表明极化组合VV-VH的相关程度高达0.931 1,经验模型能够满足土壤水分监测的需要,优于传统土壤水分分类方法,促进了极化微波遥感在土壤水分监测中的开拓应用。
  • 张雅莉, 马金珠, 张鹏, 顾春杰
    长江科学院院报. 2015, 32(11): 130-135.
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    为了对甘肃南部典型古滑坡的滑坡灾害空间分布及其特征进行微观分析,采用高分辨率快鸟影像(Quick Bird Image)及已有地质灾害调查资料和实测资料,并合理选用滑坡体、滑坡后壁、后缘、裂缝、冲沟、滑坡台阶、鼓丘等作为滑坡识别标志,从而判定甘肃省舟曲县大川乡泄流坡滑坡的具体位置、边界及规模等基础特征信息。提取滑坡地表细节情况,经与实地查勘情况对比,结果表明遥感图像初步解译的成果中泄流坡滑坡位置是准确的,滑坡识别所选用的典型解译标志也基本正确。基于上述方法,借鉴对泄流坡滑坡的解译经验,对舟曲县其他2个大型古滑坡即锁儿头滑坡和龙江新村滑坡进行了解译分析,其成果为研究区滑坡灾害防治及预测提供了理论依据。由此表明,针对研究区建立的这种高精度滑坡识别方法在实际工作应用中是可行的。
  • 仪器设备与测试技术
  • 蔡创,刘元东,许光祥,雷鹏华
    长江科学院院报. 2015, 32(11): 136-140.
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    针对因水电站黑起动等特殊运行工况引发的水位突变,使所在水域停泊的船舶易发生翻沉、搁浅等情况,开发并研制出了船载便携式水位突变预警仪。该预警仪以单片机为控制核心,由温度测试电路、超声波发射接收电路、数据显示电路及报警电路组成,可实时监测船舶干舷高度、横倾斜度及所在水域的水位变率。当船舶所在水域水位发生突变且船舶干舷高度、横倾斜度及水位变率中任一项或全部超过了安全限值,预警仪会自动发出警报,同时,将这3个值的变化情况及时反馈给船员,警示船员调整船舶姿态,从而能更好地保证停靠船舶在水位突变情况下的安全。相对于传统预警系统,该预警仪具有造价低、体积小、质量轻、安装简便等优点,可以广泛应用于水位突变预警及其所在水域行进或停泊船舶的安全监控。
  • 科技简报
  • 董耀华,骆雪
    长江科学院院报. 2015, 32(11): 141-148.
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    近3年(2012—2014年),长江科学院在外事交流中邀请了38位专家学者举办了22场次专家讲学报告会,整理了22场次专家讲学的基本信息,按年度简介了每场次专家讲学的主要内容,总结了讲学的总体效果;讲学效果总体上可概括为更新“治水治江”理念(如防洪堤超高“经济最优曲线”、“大河流”专业、“治河工程”与“环境保护”)、跟踪水利科学科技前沿(如分汊河流“最大水流输沙效率”、页岩气开发与水资源保护、水库湖泊温室气体排放数值模拟模型)、增强项目科技人员交流。
  • 读者·作者·编者
  • 陈 敏,刘运飞
    长江科学院院报. 2015, 32(11): 149-154.
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    由于中英文语言及思维之间存在差异,多数作者提供的英文摘要存在中式英文现象,真正文法正确且符合科技期刊英文摘要要求的还不多。以我国水利类中文科技期刊的英文摘要为例,从词汇和句子结构2方面详细分析了摘要中存在的中式英文问题,将其归纳为词语搭配不当、词汇冗余、名词肿胀、缺少句子衔接、语序不当,以及滥用被动语态等问题,并给出相应的修改建议,供科技期刊作者及英文编辑工作者参考。