2019年, 第36卷, 第10期　
刊出日期：2019-10-01

  

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  长江科学院院报. 2019, 36(10): 0-0.

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专辑特约稿
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  论堤防管涌的危急性及其分类的意义

  张家发, 丁金华, 张伟, 吴庆华, 王金龙

  长江科学院院报. 2019, 36(10): 1-10. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20191106

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  通过回顾荆江大堤的管涌实例和已经围绕管涌开展的模型模拟研究工作,得到了一系列启示;建立了管涌危急性和致溃型管涌概念,并分别展开了讨论,认为管涌危急性概念的提出有利于开展各影响因素对管涌规律作用的定量研究;对管涌危急性具有特殊影响的因素包括洪水过程、堤内水位、管涌位置、管涌附近及其扩展路径上的地层结构条件和土体性质、渗流控制措施等;根据危急性对管涌进行分类,是管涌分类施策的重要基础,也是提高管涌险情处置针对性与科学性的重要途径。一般情况下,可以将堤身管涌,以及管涌扩展过程没有收敛迹象、短期内可能扩展至堤身附近的堤基管涌划归为致溃型管涌,需要立即采取抢险处置措施遏止其进一步演化,或者立即启动应对决堤的预案。
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  欧美国家堤防防洪若干特点及与我国的比较

  邬爱清, 周华敏, 吴庆华

  长江科学院院报. 2019, 36(10): 11-18. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20191016

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  我国是世界上洪水灾害最严重的国家之一。堤防工程是抵御洪水灾害的重要措施,对促进人类与自然和谐发展具有重要的战略意义。系统阐述了欧美主要国家与中国的堤防工程及其防洪基本情况,重点从堤防概况及其防洪效益、堤防安全标准与堤防工程建设投资、法律规范与堤防管理、堤防工程日常养护与应急抢险等工程与非工程措施的角度,分析总结欧美国家堤防防洪具有安全标准高、法律管理体系完善、洪水风险转移措施多元化等特点。结合我国堤防防洪实际情况,建议我国应从堤防安全标准、堤防险情演化机理、法规管理、预警与应急抢险技术水平等方面开展深入研究,以提升防汛减灾综合实力。
堤防工程信息化管理
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  顾及水面比降的河道水面三维可视化方法

  徐志敏, 张力, 马瑞, 范青松, 邵炜璇

  长江科学院院报. 2019, 36(10): 19-22. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20190862

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  水面三维可视化是实现数字流域逼真展示的重要技术手段,现有水面三维可视化技术普遍未考虑天然河道水面比降的特性,难以适用于大尺度、流域级的河道水位过程三维可视化。提出了一种顾及水面比降的河道水面三维可视化方法,首先对河道水面边界多边形进行边界点增密与多边形三角化,然后基于河道水位过程数据对多边形边界点的高程进行插值与调整,最后基于调整后的三角网进行水面绘制。试验以三峡库区水位过程数据为基础进行了河道水面三维可视化,结果表明该方法能够有效表达天然河道的水位渐变过程。
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  基于雷达卫星时序分析技术的荆江沿岸堤防形变研究

  张健, 潘斌, 陈文龙, 张煜, 罗天文

  长江科学院院报. 2019, 36(10): 23-27. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20190871

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  收集了2018—2019年度的32景雷达卫星影像,采用PS-InSAR技术对荆江大堤石首至监利段堤防的沉降进行监测,获取了2018年4月至2019年4月间该区段堤防的平均沉降速率,分析了其形变趋势及物理机制。结果表明,该段堤防存在不均匀沉降,但在一年中形变的趋势会随时间变化。利用雷达卫星时序分析技术可实现荆江堤防的沉降情况高效大范围监测,表明该技术在长江堤防形变监测上具有很大的应用潜力。
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  岸线动态变化立体监测及管理信息系统研究

  曹波, 陈文龙, 魏思奇

  长江科学院院报. 2019, 36(10): 28-33. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20190873

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  岸线动态变化立体监测及管理信息系统建设依据国家和行业有关规程,结合岸线管理的实际情况,研发一套岸线监测及管理软件。该系统分为3个部分:基于C/S构架的岸线遥感影像管理与动态监测系统(天上看)、基于C/S构架的岸线综合监控与执法管理系统(网上管)、基于移动端开发的岸线移动巡查执法系统(地上查)。在对地观测技术和互联网技术的推动下,该系统采用遥感监测技术,由卫星、无人机等对地立体观测手段采集多期影像,通过叠加分析,发现地表变化位置信息及有关要素后形成专题数据,综合反映出整个监测区域的土地利用状况、堤防毁损、违法占地、侵占水利设施等情况,提供给相关监管部门辅助执法,实现岸线的动态监测与管理。
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  堤防工程数据标准化研究

  罗登昌, 韩旭, 于起超, 马丹璇

  长江科学院院报. 2019, 36(10): 34-38. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20190877

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  为了实现堤防工程信息化,促使堤防工程数据高效的收集、有序的存储、快速准确的分析与利用,需确定堤防工程数据标准,明确不同类型数据标准化方案。从堤防工程涉及的工程、水文气象、人文经济、地理、地质、物探、险情及监测数据8个方面出发,调查了国内外数据标准化研究现状,并在此基础上提出堤防数据标准化包含的3部分内容:结构化数据标准化、非结构化数据标准化、数据入库与清洗。结果表明:通过数据分类、数据编码及表设计3个步骤的操作,可对结构化数据进行标准化;利用Java Script对象表示法(Java Script Object Notation,JSON)描述文档的关键信息,将带有文档属性的JSON连同文档一起存入数据库,可实现非结构化数据标准化;通过统一接入和动态配置的数据接入和清洗方法,提高了堤防工程数据标准化过程的效率。研究成果可为进一步提高堤防工程数据标准化程度提供参考。
堤防险情演化机制
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  堤防管涌险情研究进展

  吴庆华, 张伟, 邬爱清, 周华敏, 崔皓东

  长江科学院院报. 2019, 36(10): 39-44. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20191007

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  目前,管涌险情的研究主要集中于管涌险情演化机理、物理模型试验与数值模拟方法、汛期与非汛期应急抢险技术等方面。管涌险情发生受临界水力条件与地层岩性结构等因素控制,但尚未系统考虑力学、河流动力学以及管涌发展过程中的连续与非连续扩展,且研究模型存在尺度效应。汛期管涌抢险仍以传统方法、人海战术为主,抢险效率明显不高;非汛期管涌险情控制主要以减压井和防渗墙等措施为主。可拆换式减压井成功解决了传统减压井淤堵问题,显著提升了运行效率;垂直防渗墙的防渗控制效果显著,但工程造价高,且缺乏全生命周期监测与评估,对运行效果难以掌握。从水土耦合角度开展管涌险情致溃机理研究,研发便携式、装备式抢险材料与设备是当前堤防管涌险情急需研究解决的科学难题与方向。
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  堤防管涌险情主要影响因素的敏感性分析

  宁丹麦, 罗玉龙, 詹美礼, 盛金昌

  长江科学院院报. 2019, 36(10): 45-48. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20190870

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  针对管涌破坏模式,建立了双层地基堤防概化模型,选取了堤内外水位差、警戒水位持续天数、弱透水覆盖层厚度及强弱透水层渗透系数比值4个主要评估指标,开展了大量敏感性分析,确定了各评估指标对管涌发生影响的客观权重。研究表明:堤内外水位差和弱透水覆盖层厚度(<2 m)2个评估指标对管涌发生的影响权重相对比较大;同时,对于警戒水位持续天数、弱透水覆盖层厚度及强弱透水层渗透系数比值3个评估指标,需要分区间确定客观权重,不同区间,各指标的客观权重不同。研究成果为后续建立堤防安全评估方法提供了依据。
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  渗透系数空间变异性对堤基渗透稳定影响的数值模拟

  李少龙, 崔皓东

  长江科学院院报. 2019, 36(10): 49-52. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20190769

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  土性参数变异性较大是堤防工程风险管理面临的问题之一。在分析土体渗透系数空间变异性的基础上,通过随机数值模拟研究了堤防渗流场统计特征和堤基渗透稳定性。将土体渗透系数作为随机场,采用转动带法进行随机抽样模拟,通过蒙特卡罗方法分析渗流场分布,并计算堤基渗透失稳概率,结合堤防工程进行了计算分析。结果表明,渗透系数的空间变异性对渗流场有较大影响,随渗透系数和临界比降的变异性增大,容易造成局部渗流集中,堤基渗透失稳概率增大。
堤防工程安全运行与监测预警
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  国外堤防风险管理现状及对我国的启示

  刘高峰, 龚艳冰, 王慧敏, 赖小莹

  长江科学院院报. 2019, 36(10): 53-58. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20190997

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  为提高我国堤防风险管理水平和堤防防洪能力,介绍了荷兰、英国、法国、比利时、美国、日本和中国堤防风险管理现状,通过对比分析发现,国外堤防风险管理模式是政府与利益相关者共治,一般成立专门的水管理部门负责一切涉水事务,重视日常管理与维护,定期进行全面深入调查,注重堤坝数据库和网络信息化建设,趋向防灾社会化。借鉴国外经验,提出应从提高安全标准、转变防洪观念、加强立法、风险社会化、管理智慧化5个方面加强我国堤防风险管理,提升防洪能力。研究成果可供堤防管理者决策使用。
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  堤防工程风险分析理论方法综述

  杨端阳, 王超杰, 郭成超, 郝燕洁, 刘琪

  长江科学院院报. 2019, 36(10): 59-65. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20190881

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  堤防工程是我国防洪体系的重要组成部分,其安全评价具有重要意义。主要探讨堤防失效模式、安全风险分析方法及风险分析中不确定性研究现状,并对不确定性分析主要方法,如可靠性分析、模糊综合评价、灰色系统评价和人工神经网络等方法逐一加以阐述其在国内外的应用情况及方法的优缺点及适用性。由于堤防系统复杂,风险分析模型中不确定性因素较多,通过分析比较可见,基于人工神经网络的方法较之其他方法在堤防风险分析中具有较好的应用前景。最后指出了堤防工程风险分析方面还有众多尚需解决的问题。研究成果可供堤防风险研究和风险管理提供一定参考。
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  基于随机力学理论的堤防安全分析方法综述

  丁家怡, 蔡伟, 周建方

  长江科学院院报. 2019, 36(10): 66-72. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20190883

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  近年来,基于随机力学理论的堤防安全分析方法已经得到了深入的研究和广泛的应用,但是目前仍然缺少对该方法系统性的总结说明。为对基于随机力学理论的堤防安全分析方法的主要内容及工程应用进行综述,介绍了3种堤防典型失事模式,分析了堤防安全分析中应该考虑的风险因素,并系统整理了风险因素的不确定性和相关性;总结了基于随机力学理论的各种常用的堤防安全分析方法,详述了其在3种堤防典型失事模式中的应用及适用性,重点阐述了基于随机场理论与考虑风险因素互相关性的堤防安全分析方法研究。基于随机力学理论的堤防安全分析方法的主要发展方向是开展基于随机场的有限元法研究,及风险因素间互相关性研究。
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  堤防工程险情探测与识别技术研究现状

  郝燕洁, 张建强, 郭成超

  长江科学院院报. 2019, 36(10): 73-78. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20190874

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  针对堤防工程隐患特征及其破坏模式进行研究,通过大量搜集相关的基础理论及国内外参考文献,主要总结了管涌、溃坝等堤防典型隐患(险情)探测及险情识别技术的研究现状。对堤防工程隐患检测技术的常用方法如高密度电法、探地雷达成像技术、磁电法、瞬变电磁法、流场法等特点和适用性及其工程应用进行了分析,研究了基于专家经验法、事故树分析法、敏感性分析、神经网络、灰色理论以及人工智能等堤防典型险情识别技术相关理论及其工程实际应用。研究成果可对当前堤防工程隐患快速探测、险情识别存在的一些问题提供一些必要的理论基础,也可为未来将要开展的进一步研究提供参考。
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  堤防工程堤基渗流安全评价方法

  赵鑫, 马贵生, 万永良, 万志杰

  长江科学院院报. 2019, 36(10): 79-84. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20190880

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  目前堤防工程安全评价方法是定性的,而堤防工程安全影响因素繁多,其影响因素既有定量又有非定量指标,且由于各指标存在不确定性和模糊性等特点,最终导致堤防的安全评价结果具有一定的不确定与随意性。为了建立定量化的堤防工程安全评价体系,以堤基工程渗流安全评价为例,分析了堤基渗透变形的主要表现形式,确定了堤基渗透破坏险情的安全主控因素,通过专家主观经验赋值法对各主控因素进行加权赋值,采用层次分析法建立了堤基渗流的安全评价模型,并利用具体的工程实例对所建立的模型进行验证。实例计算结果与工程实际相吻合,说明利用层次分析法建立定量化的堤防工程安全评价体系具有一定的准确性与可操作性。研究成果可推广至其他堤防工程中堤基渗流变形破坏的安全评估。
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  现代高时空分辨率崩岸应急监测技术研究进展与展望

  刘世振, 樊小涛, 冯国正, 任勇

  长江科学院院报. 2019, 36(10): 85-88. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20190886

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  由于崩岸具有隐蔽性、突发性强、危害性大等特点,及时开展崩岸应急监测可掌握险情发展动态,便于开展崩岸灾害应急处理及抢护准备工作。随着无人机、多波束、三维激光扫描、孔径雷达等技术的发展,提出了从船载水陆一体化崩岸高分辨率地形获取、无人机广域崩岸岸线巡查与险情监视、真实孔径雷达岸坡稳定性监测与预警的现代高时空分辨率崩岸应急监测技术体系,重点介绍该技术体系中各监测手段的系统构成、系统特点,总结其应用现状及前景。高时空分辨率崩岸应急监测技术体系的构建使得险工险段快速、精准的监测及深入感知险情的发展及演变成为了可能,从而逐渐为崩岸预警、险情处置及后续河道整治提供可靠的技术支撑。
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  基于正交试验和神经网络的堤防边坡抗滑稳定可靠度研究

  王小兵, 夏晓舟, 章青

  长江科学院院报. 2019, 36(10): 89-93. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20190868

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  对于功能函数不能显式表达的边坡类等复杂结构,不方便采用传统的可靠度理论计算其失效概率,因而采用BP神经网络模型代替边坡失效的隐式函数,通过神经网络强大的非线性拟合能力进而构造边坡抗滑稳定可靠度分析的功能函数,并结合蒙特卡洛方法计算边坡抗滑稳定的失效概率。采用正交试验选取网络训练所需的样本点,利用有限元强度折减法计算样本点的抗滑稳定安全系数。通过算例研究了以内摩擦角和黏聚力为随机变量的堤防边坡抗滑稳定的失效概率,验证了该方法操作的简便性与结果的合理性。
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  基于GNSS/INS紧耦合的水陆地形三维一体化崩岸监测技术

  冯国正, 刘世振, 李艳, 彭畅, 杨秀川, 陈细润, 龙洪

  长江科学院院报. 2019, 36(10): 94-99. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20190869

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  为解决崩岸地形监测中水陆地形分别测绘及水陆地形三维监测系统时空配准技术难题,提出利用GNSS(Global Navigation Satellite System)与INS(Inertial Navigation System)组合导航系统后处理的紧耦合数据,进行崩岸水陆地形三维监测数据时间匹配、空间归算。经误差分析,GNSS与INS紧耦合导航定位精度均<2 cm,经实例数据精度评定,陆域测点三维分量的误差<10 cm,水域测点测深的误差<15 cm,满足崩岸监测精度要求。基于GNSS/INS紧耦合水陆地形三维一体化崩岸监测系统可获得精准、高效、安全的崩岸监测数据,可广泛用于通航河段崩岸监测,为崩岸监测提供新的技术方案。
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  基于崩岸监测的多波束系统参数设计

  马耀昌, 刘世振, 樊小涛, 周威

  长江科学院院报. 2019, 36(10): 100-103. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20190903

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  随着多波束技术的快速发展,多波束技术在测深方面的应用也越来越广泛,同时对多波束技术的观测精度也提出了更高的要求。在对SONIC2024多波束的测深系统分辨率模型的基础上,对精细化崩岸监测进行了参数设计研究,分别得出了横向、纵向分辨率的分布规律,推导出了采样率、发射角、最大有效航行速度、扇面开角等参数关系及推荐值,分析了探测精度与水深和发射角的关系、扇面开角与横向分辨率的关系、SONIC2024测深系统纵向分辨率优于横向分辨率等结论。这些结论可作为多波束扫测前对关键参数进行技术设计的依据。最后总结得出了参数的设计流程,并在精细化崩岸监测中对这些参数设置提出了相关建议。
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  基于人工智能的堤防工程大数据安全管理平台及其实现

  饶小康, 马瑞, 张力, 义崇政

  长江科学院院报. 2019, 36(10): 104-110. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20190948

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  针对堤防工程综合安全监测体系,基于物联网技术,建立堤防工程海量数据资源的采集、汇集、交换与共享云平台;同时针对堤防工程质量、险情演化、致溃机理,基于大数据和人工智能技术,构建堤防工程大数据开放平台和人工智能计算平台,提供海量、多源、异构数据的融合、共享,实现风险识别、评估、预警模型的构建、运算。针对堤防工程安全防护、加固中填筑石料粒径级配要求,利用堤防工程物联网监测平台进行数据采集汇集,在堤防工程人工智能计算平台构建砂石爆破开采级配预测模型,解决多层非线性问题,进行爆破开采优化设计和石料粒径级配控制。实例证明,基于人工智能的堤防工程大数据安全管理平台可将堤防填筑石料开采级配平均相对误差率控制在21%以内,满足开采级配设计要求,控制石料块度,从而保障了堤防工程质量,实现了堤防工程的安全管理。研究成果可为堤防工程填筑石料开采设计提供技术参考,保障工程质量。
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  基于物联网与三维可视化技术的大坝安全管理平台及其实现

  马瑞, 董玲燕, 义崇政

  长江科学院院报. 2019, 36(10): 111-116. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20190978

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  针对大坝安全管理信息获取不够全面、数据可视不充分的问题,利用物联网技术构建了覆盖大坝空中、地表、内部、水下等全空间一体化的信息感知体系,研究了三维可视化技术在海量地形调度、大坝与地形镶嵌、安全信息在三维空间的表达等技术难点,设计了大坝安全管理平台,实现了大坝安全信息在真实地理空间的快速、高效、直观展示,为管理者提供了快速获取大坝安全性态的手段,提高了大坝安全管理水平,以三维地理信息可视技术构建流域空间参考,将不同的大坝进行统一管理,解决信息孤岛问题,推进数字、智慧化建设工作,补齐了智慧大坝安全管理在信息化领域的短板。
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  3DGIS支持下的洪水风险三维动态推演

  刘成堃, 马瑞, 义崇政

  长江科学院院报. 2019, 36(10): 117-121. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20190944

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  为提升MIKE FLOOD模型洪水风险展示中淹没区域细节的认知,动态反映发生溃口等险情时的洪水扩散过程,总结了洪水风险的现有表达手段,研究了洪水过程在3DGIS场景中的融合和表达方法,形成了一套可用于洪水风险三维动态推演的程序框架。以雄安新区内的主要河流南拒马河为例,基于MIKE11和MIKE21模型计算溃堤后的洪水过程,并以Open Scene Graph技术搭建三维GIS环境,在真实的三维地形地貌环境下进行洪水过程的动态推演分析。试验结果表明该方法相较于传统二维风险图方法具有细节表达和动态模拟上的优势,可以在宏观、中观和微观多个尺度对淹没过程进行模拟和表达,更加直观高效地反映洪水动态过程和淹没损失情况。
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  河道型水库洪水演进研究进展及存在的问题

  芦云峰

  长江科学院院报. 2019, 36(10): 122-126. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20190864

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  河道型水库调度需要综合考虑入库洪水、人工调控和库区河道地形等因素对洪水演进传播过程的影响。通过分析总结河道型水库洪水波特征和动库容特性方面的研究成果,明确了河道型水库需要采用水文水动力模型耦合方法进行动库容调洪,但需要关注人工调控对坝址水位流量关系的干扰。随后分析总结了水库河道糙率特性方面的研究,指出水库洪水演进计算需要考虑水流流动型态对糙率的影响。进一步总结了近坝区水流特性的现有成果,指出近坝区水流三维流动特征显著,把坝前区域断面作为边界条件,计算时可能会引起系统性误差,明确了今后应该深入开展人工调控对近坝区断面过流能力的影响和糙率率定方面的研究,以提高洪水演进模型精度。
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  河岸稳定性评估指标体系初探

  邓彩云, 李凌云, 朱勇辉

  长江科学院院报. 2019, 36(10): 127-130. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20190781

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  河岸稳定性影响因素众多,各因素间的相互作用机理复杂,现阶段的已有研究深度尚难以满足定量计算河岸稳定性的需求。采用定性分析与定量计算相结合的方法,初步构建了河岸稳定性评估指标体系。在此过程中,分析河岸稳定性评估指标选取的基本原则,将河岸稳定性评估指标体系分为目标层、属性层和指标层3个层次,依据河岸稳定性现状、影响因素和变化过程对岸线现状、岸坡地质条件、护岸完备性条件、河势变化情况、近岸河床冲刷程度和近岸河床坡度情况等指标进行了分析,初步探讨了河岸稳定性评估结果可靠性问题。讨论分析结果表明:河岸稳定性评估体系是基于对多个动态可变因子的定量化尝试;评估的有效性依赖于近岸河床变化监测数据的可靠性和代表性;下一步研究可针对具体河段开展指标量化或优化计算方法探讨,以及河道岸坡稳定性评估体系的验证。
堤防隐患探测
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  长江堤防土电阻率测试及其与含水率和密实度的相关性研究

  李文忠, 肖国强, 孙卫民, 何晓民, 周华敏

  长江科学院院报. 2019, 36(10): 131-134. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20190928

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  为了探究长江堤防土的含水率、密实度与电阻率的关系,详细介绍了长江堤防洪湖段粉质壤土试样的含水率和密实度试验方法、电阻率试样盒的设计、电阻率的测试原理、电阻率测量过程和步骤;在测试成果分析的基础上,总结了粉质壤土试样含水率、密实度与电阻率的相关关系。结果表明:一定密实度下,含水率与电阻率为递减的幂函数关系;一定含水率下,密实度与电阻率呈负相关关系,密实度越大,电阻率越小;通过洪湖长江干堤探测实例可知堤基土现场测试和室内测试的电阻率值范围基本一致。室内试验成果将在提高反演解译质量、判定隐患体性质及物理状态方面均具有重要意义。
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  堤防隐患综合物探技术及应用

  周华敏, 肖国强, 周黎明, 张敏, 付代光

  长江科学院院报. 2019, 36(10): 135-140. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20190882

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  堤防隐患探测是保障堤防工程安全运行的重要工作,现有隐患物探方法种类多,各有优势和适用性,难以全面解决各种隐患探测问题。为了提高物探结果解译准确性,基于堤防隐患的导电性、介电特性等地球物理参数,总结当前常用的隐患物探方法及其适用性。通过室内土工试验,建立堤防土体电阻率、介电常数与含水率、密实度的相关关系。结合长江堤防工程实例,分析堤防隐患的物探方法选择、工作测线布置、地质解译及探测效果对比,证明综合物探法通过对堤防进行全方位多层次探测,能提高隐患探测精度,达到准确、高效、经济的目的。研究成果可为堤防隐患探测的准确解译提供试验和理论基础。
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  基于GIS的堤防隐患探测分析系统及其应用

  杨俊杰, 徐志敏, 马瑞, 马圣敏, 张力

  长江科学院院报. 2019, 36(10): 141-145. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20190878

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  为了解决堤防隐患探测过程中存在的测线布置工作效率低、二维图像解译结果无法有效表达隐患或异常等问题,基于三维地理信息服务平台建立了堤段三维模型及堤防周边的三维地形模型,并建设了堤防隐患工程地球物理探测数据库,研发了一套堤防隐患探测分析系统,并开发了地球物理多方法与平台的数据接口、数据库存储及物探成果四维可视化表达方法。结果表明:该模型可实现地球物理野外工作路线和观测系统的快速布置和设计;该模型和数据库可实现堤防时移探测成果的四维可视化表达、动态分析及管理。研究成果可供从事堤防隐患治理的管理人员及设计人员参考。
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  堤防隐患瞬变电磁三维正演模拟及分析

  周黎明, 陈志学, 周华敏, 付代光

  长江科学院院报. 2019, 36(10): 146-150. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20190885

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  瞬变电磁法具有定位准确、探测深度大、不受地形起伏影响等优点,已经成为一种重要的地球物理勘测方式。为研究瞬变电磁法在堤防隐患探测中的应用,采用有限单元法对多种堤防隐患进行瞬变电磁三维正演模拟计算,通过对比三维正演计算结果和野外实测数据反演结果可以发现瞬变电磁法对低阻体敏感,对不同形态的低阻异常体探测效果均较好,因此采用瞬变电磁法进行堤防隐患快速普查的研究思路是可行的。研究成果可为物探技术在堤防隐患探测中的应用提供参考。
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  堤防隐患探测中的探地雷达波场特征分析与应用

  张杨, 周黎明, 肖国强

  长江科学院院报. 2019, 36(10): 151-156. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20190889

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  堤防工程是我国防洪体系中的重要环节。针对堤防中潜在隐患缺陷体,根据不同缺陷体介质的电性特征,建立了相应的堤防隐患模型。依据时域有限差分(FDTD)算法和完全匹配层(PML)的吸收边界条件,构建相应的堤防隐患缺陷体地球物理模型,使用GprMax 2D软件结合自行开发的MatLab程序,获得探地雷达正演波形图。通过波场特征分析,可知不同形态、构造位置和电性参数的隐患缺陷体的探地雷达反射波幅值和形态是不同的。正演结果能准确反映隐患缺陷体的深度、水平位置等空间特征。结合长江四邑公堤堤防隐患探测项目的2个工程实例分析可知,雷达正演模拟与探测剖面结果和工程验证基本一致,表明探地雷达能够有效地探测堤防隐患,该正演方法切实可行。分析典型隐患模型的波场特征有助于指导后期解译工作,从而对缺陷体从定性到定量进行更精确的解译,确保堤防工程的安全运行,保障汛期人民的生命财产安全。
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  基于时移高密度电法的堤防隐患探测技术

  孙卫民, 孙大利, 李文忠, 齐彦福, 孙乃泉

  长江科学院院报. 2019, 36(10): 157-160. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20190887

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  为实现隐患险情的快速定位、预警,在对堤防隐患探测方法总结的基础上,介绍了时移探测技术的发展历程;从观测方法、数据采集与处理、反演成像、异常评判方法上对时移高密度电法的工作原理进行了阐述;通过构建数字模型对洞穴和渗漏2种常见堤防隐患开展三维正演数值模拟分析,研究了时移高密度电法在堤防隐患探测技术上的有效性;结合堤防工程实例对时移高密度电法动态探测技术开展了方法技术示范验证;针对堤防线路长和隐患具隐蔽性、突变性、持续性及低可探性,从观测系统、反演成像技术角度评估了时移探测技术在隐患险情灾变动态探测中的可能性。结果表明时移高密度电法在堤防隐患探测方面是可行的。
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  分布式高密度电法装置类型选择及工程勘查应用

  李文忠, 孙卫民

  长江科学院院报. 2019, 36(10): 161-164. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20190888

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  为实现勘测效果的最优化,从电极排列方式、数据采集、反演解译角度详细介绍了分布式高密度电法的工作原理、方法特点及应用现状。结合工程实例对温纳装置(α)、温纳偶极装置(β)、施伦贝格装置(α2)在岩溶、软夹层、高阻体探测、岩性界面划分及构造探测等方面的探测效果进行对比分析;系统总结和剖析了分布式高密度电法3种常用装置类型在地层探测,低、高阻体精细探测上的优缺点、精准性及适用性,指出应根据探测目的及探测精度,结合地层地质条件开展方法试验,在复杂地形条件下,优选至少2种以上的装置类型开展工作。研究成果对工程勘测中高密度电法装置类型的合理选择有一定的指导意义。
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  高密度电法在水库渗漏检测中的应用

  樊炳森, 郭成超

  长江科学院院报. 2019, 36(10): 165-168. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20190940

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  渗漏是水库的常见病害,但由于地质条件复杂,其位置及渗径较难被准确发现。目前高密度电法作为一种对低阻异常具有较高敏感性的无损检测方法,常被用于地质勘查中。为探究高密度电法在水库渗漏检测中的应用效果,以某水库渗漏为例,采用偶极-偶极方式对其渗漏进行检测,通过分析电阻率变化找到渗漏部位,并结合现场钻探结果进行对比分析。结果表明漏水点、溶洞存在位置、溶蚀裂隙较发育带都与此次高密度电法偶极-偶极式的检测方式的检测结果高度吻合,验证了高密度电法在水库渗漏检测中的有效性和可行性。
堤防险情处置
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  堤防溃口应急抢险技术研究综述

  熊勇, 程永辉, 陈航

  长江科学院院报. 2019, 36(10): 169-174. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20190780

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  我国江河堤防历史溃口频繁,堵口技术在无数次溃口抢险中逐渐发展,但目前堵口技术效率偏低,且过分依赖人力,机械化程度不高,亟须向现代化应急抢险技术转变。堤防溃口应急抢险相关研究和实践经验较多,总结可得以下结论:溃口过流量及流速可由口门形状及宽度、堤前后水深定量推算,其中,口门形状及宽度由水头差决定,受河道流量和堤身填料影响;不同流域的堵口抢险技术存在一定的差异,但核心思想均为逐步抛填,逐步降低流速;保证抛投物料抗冲稳定性是成功堵口的关键,抗冲结构体系是提高抛投物料抗冲稳定性的有效措施;轻便高效的现代化抢险装备是提高堵口抢险效率的重要途径。
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  新型高强经编复合土工织物拉伸特性测试方法

  丁金华, 张伟, 孙慧, 李钊

  长江科学院院报. 2019, 36(10): 175-179. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20190748

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  对一种由高模低缩涤纶长丝与丙纶短纤无纺土工织物采用经编工艺加工而成的高强经编复合土工织物进行了系列室内拉伸试验,分析了试样宽度、初始长度等因素对材料力学特性指标的影响,同时比较了宽条法和多肋法这2种不同计算方式得到的拉伸强度值的差异,为这种新材料的拉伸试验方法提供基础依据。试验成果表明:尽管复合织物具有类似土工格栅的加筋网格结构,但由于纵横向长丝与基层无纺织物依靠捆绑丝经编结合成整体,其拉伸强度的计算方法宜采用土工织物宽条法,而不能采用格栅肋条法计算。试样宽度越大,复合织物的拉伸强度越高,当试样宽度>100 mm时,强度基本趋于稳定。另外,试样初始长度的变化对拉伸强度影响不明显,长度增加,最大拉力仅略有降低,但延伸率明显减小,定应变5%对应的拉伸强度有较大提高。建议此类复合织物的拉伸试验宜采用200 mm宽条试样,且初始长度至少不低于300 mm。
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  分淮入沂整治工程典型堤段垂直防渗体防渗效果分析与评价

  冯迪, 王媛, 高山, 余昌蔚

  长江科学院院报. 2019, 36(10): 180-184. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20190863

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  随着堤防加固技术的进步,垂直防渗加固在众多堤防中得到广泛应用。但由于地质条件的复杂性及工程的隐蔽性,在垂直防渗工程完成后,其防渗效果难以检测与评价。依托分淮入沂整治工程,通过数值模拟方法分析了垂直防渗体的存在、防渗体铺设深度、防渗体完整性及防渗体缺陷位置等对堤防渗流场的影响,以溢出点水力梯度为评价指标,通过与土层允许水力梯度的比较来评价垂直防渗体的防渗效果。结果表明:堤岸经垂直防渗处理后在防渗体后的水头明显下降;防渗体进入堤防黏土层比防渗体未插入黏土层有更好的防渗效果;垂直防渗体存在缺陷时,会引起防渗体后浸润线明显抬升;在溢出点处所有工况的水力梯度都小于允许水力梯度,整个防渗工程防渗效果显著。