2022年, 第39卷, 第10期　
刊出日期：2022-10-01

  

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  长江科学院院报. 2022, 39(10): 0-0.

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专家特约稿
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  膨胀土裂隙、强度及其与边坡稳定的关系

  龚壁卫

  长江科学院院报. 2022, 39(10): 1-7. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20220271

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  以南水北调中线工程、鄂北调水、引江济淮等大型调水工程中的膨胀土问题为研究对象,从膨胀土裂隙性、强度特性和破坏特征等方面,论述了膨胀土边坡稳定的影响因素、边坡破坏机理和强度特性。研究表明,膨胀土的裂隙为胀缩裂隙和非胀缩裂隙两类,非胀缩裂隙是地层中的“原生裂隙”,胀缩裂隙是干湿循环引起的“次生裂隙”。降雨和强度衰减是大多数膨胀土边坡浅层滑动的主要因素,而非胀缩裂隙面的倾向、倾角及强度是控制膨胀土边坡整体稳定的主要因素。膨胀土边坡的失稳,可归纳为“膨胀变形引起的浅层滑动”和“裂隙强度控制的整体滑动”两种破坏模式,膨胀土的边坡稳定分析也应充分考虑膨胀变形和裂隙分布状态的影响;膨胀土的强度指标不能简单地用土体的“综合强度”,而应根据实际地层情况,分别以土块强度和裂隙面强度进行描述。在此基础上,应针对不同的破坏机理进行膨胀土边坡的处治。
水资源
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  基于改进模型的辽东湾东岸营口海域海底地下水排泄量计算

  郭巧娜, 李孟军, 赵岳, 窦智, 周志芳

  长江科学院院报. 2022, 39(10): 8-15. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20210629

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  海底地下水排泄(SGD)是全球水循环的重要组成部分,也是向海洋输送营养盐等各类化学物质的必要途径之一。以辽东湾东部营口海域为研究对象,以天然镭同位素(²²⁴Ra、²²⁸Ra)作为示踪剂,建立镭质量平衡模型并加以改进,进而探讨再循环海水(RSGD)对研究区内水体刷新时间、SGD及携带氮磷营养盐通量的影响程度。结果表明:利用镭质量平衡模型计算水体刷新时间为9 d,改进后的镭质量平衡模型计算出的水体刷新时间为14.35~18.11 d;传统模型下SGD通量为(3.01~3.51)×10⁸ m³/d。改进模型评估的SGD通量为(3.55~4.39)×10⁸ m³/d,改进模型评估的水体刷新时间与SGD均明显高于初始模型,其中水体刷新时间增加了59.44%~101.22%;SGD通量增加了17.94%~25.07%。在此基础上,地下水向海输入的氮、磷营养盐通量在考虑RSGD的情况下分别为1.73×10⁸、1.52×10⁹ mol/d。研究结果证明了RSGD对SGD和营养盐通量存在较大影响,为营口海域生态环境评估提供了基础数据。
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  气候变化对可可西里盐湖流域湖泊水量变化的影响分析

  李琳, 谭德宝, 文雄飞, 王莹, 刘希胜, 王岗

  长江科学院院报. 2022, 39(10): 16-23. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20210731

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  湖泊是气候变化的敏感指示器。为了研究气候变化对湖泊水量的影响,以盐湖流域为研究区,应用统计方法对1989—2018年降雨、气温、蒸发进行线性趋势和突变分析,采用多源卫星遥感技术对湖泊面积等水文要素进行监测,分析湖泊面积与气象要素、湖泊面积与湖泊水量之间的相关性。利用VIC模型模拟径流并结合计算的冰川水量得到盐湖径流组成,定量探讨气象要素对湖泊水量变化的影响,综合分析2011年前后气象要素影响流域湖泊水量的差异。结合统计分析与水文模型定量计算可知:年降雨量、年平均气温显著升高,年蒸发量呈下降趋势,且与湖泊面积有较好的相关性。湖泊面积与湖泊水量间相关性较高,可间接体现气象要素对湖泊水量变化的影响。2011年前卓乃湖和盐湖水量变化主要受降雨量影响,库赛湖和海丁诺尔湖水量变化主要受气温影响;2011—2014年4个湖泊水量变化主要受降雨量影响;2015—2018年4个湖泊水量变化中降雨增加量、冻土释水和地下水补给增加量、冰川融水量对湖泊扩张的贡献约为34.48%、57.66%、7.86%,气温变化成为影响湖泊水量变化的主要因素,降雨量影响次之。
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  基于青藏高原冰芯记录的长江源区径流重建

  邵骏, 欧阳硕, 郭卫, 卜慧, 韩勇

  长江科学院院报. 2022, 39(10): 24-30. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20220354

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  近几十年来长江源区河川径流条件发生了较大变化,研究全球变暖背景下长江源区径流变化特征对于认识气候变化引起的水文效应具有重要的现实意义。利用沱沱河水文站和气象站1960—2019年实测水文气象数据,分析径流演变规律及其与降水、气温、蒸发等气象因素间的关系。采用青藏高原5根冰芯δ¹⁸O记录与冰芯积累量,分析了不同冰芯间δ¹⁸O记录、冰芯积累量之间的关系,以及冰芯记录与沱沱河径流之间的相关性。在此基础上重建沱沱河水文站1900—1960年10 a滑动平均径流系列,并初步分析100多年来沱沱河径流的丰枯变化规律。研究结果表明,沱沱河水文站年径流在2002年前后发生显著增加的趋势,长江源区气温急剧上升导致的冰川和积雪融水增多是长江源区流量急剧增加的重要原因之一。重建沱沱河1900年以来径流系列表明,长江源区经历了多次的丰枯交替变化,径流变化规律与青藏高原3次气候突变时间点基本吻合。研究结果对揭示气候变化条件下长江源区河川径流演变规律及其水文响应提供了参考。
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  梯级水电站对黑河出山口径流及洪水过程的影响

  任小虎, 朱咏, 郑洋, 王启优

  长江科学院院报. 2022, 39(10): 31-37. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20220113

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  基于莺落峡水文站的月年径流量、年最大洪峰流量、洪水过程及黑河上游流域降水等资料,运用双累积曲线法、Mann-Kendall趋势检验法(简称MK检验法)、基尼系数法等方法,分析梯级水电站对黑河出山口莺落峡水文站径流及洪水过程的影响。结果表明:黑河上游梯级水电站的建设运行对年径流量变化影响不大,对径流年内分配及洪水过程有一定影响;电站联合调度运行后,坝前库区蓄放水改变了天然径流过程,对径流年内分配产生显著影响,年内分配均匀度在2001年发生转折,2017—2020年呈显著增加趋势;人为升降闸门高度,致使水位直上、直下,洪水过程拉长,峰值变大,呈陡涨直落形态,涨落率和变化频次增加。研究成果可为加强流域水电站科学调度、水生态文明建设及水能水资源可持续开发利用提供理论依据。
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  基于GLDAS-NOAH的长江流域蓝绿水资源时空变化特征

  史孟琦, 袁喆, 史晓亮, 李艺, 陈菲

  长江科学院院报. 2022, 39(10): 38-44. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20210526

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  基于GLDAS-Noah水文模型,模拟长江流域蓝绿水资源量,并揭示其时空变化特征。结果表明:2000—2019年长江流域多年平均蓝水资源和绿水资源分别为420.24 mm和686.95 mm,绿水资源约是蓝水资源的1.62倍。近20 a来长江流域蓝水资源、绿水资源和绿水系数呈不显著增加趋势,2000—2019年蓝水资源与绿水资源变化速率分别为3.26 mm/a 和2.27 mm/a。从年内分配上看,蓝绿水资源在7—8月份较多,占全年的29%~32%;在1 —2月份较少,占全年的5%~6%。从空间分布来看,蓝水资源呈现东南高西北低的分布格局,绿水资源呈现东高西低的分布格局,而绿水系数呈现西北高东南低的分布格局。科学全面评价蓝绿水资源可以为优化水资源利用模式、提高水资源利用效率提供科学依据。
水环境与水生态
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  升钟湖夏季水和沉积物中磷形态分布特征

  宋琳, 陈超, 冯晓玉, 杨钻云, 张拓, 徐飞, 张富斌

  长江科学院院报. 2022, 39(10): 45-53. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20210659

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  为探究升钟湖水和沉积物中磷污染情况,于2019年8月(夏季),采集了升钟湖湖区15个样点的水样和沉积物样品,测定了升钟湖表层水、间隙水及沉积物的磷形态,并分析各种形态磷之间的相关性。结果表明:①升钟湖表层水总磷含量介于0.033～0.085 mg/L,各形态的磷含量由高到低依次为DTP(61.93%)、DOP(40.00%)、PP(38.07%)和DIP(21.93%);②间隙水的总磷含量介于3.49～7.57 mg/L,是水体磷的“源”,正磷酸盐仅占总磷的1.9%;③沉积物总磷含量介于299.04～1 138.69 mg/kg,Psenner法连续分级提取出表层沉积物共有5种形态的磷,各形态磷含量由高到低依次为残渣磷(Res-P:44.78%)、金属氧化物结合态磷+有机碎屑腐殖酸磷(NaOH-P:22.92%)、钙结合态磷(HCl-P:14.82%)、可还原态磷(BD-P:13.39%)和弱吸附态磷(NH₄Cl-P:4.09%),各形态磷含量均表现一定的空间分布差异,其中,总磷含量整体为西北部高于东南部;④相关性分析结果显示,沉积物中磷的释放主要通过BD-P、NaOH-P及NH₄Cl-P进行,间隙水正磷酸盐(PO^3-₄-P)与水体各形态的磷之间均无显著的相关性(P>0.05),升钟湖沉积物磷在夏季时释放潜力较低。研究成果对于管理升钟湖的政策实施及其资源的可持续利用可提供参考。
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  农村生活污水的水质特征与治理策略探讨——以厦门农村为例

  徐佩林, 朱木兰, 张志谦

  长江科学院院报. 2022, 39(10): 54-60. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20210696

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  2017年以来厦门及全国其他地方正在积极推进农村生活污水治理工作,探讨农村生活污水治理策略迫切且重要,而明确农村生活污水水质特征是探讨治理策略的前提。以厦门农村为研究对象,选取厦门岛外4个行政区的共12个采样点进行农村生活污水水质特征调查研究。结果表明厦门农村生活污水的各项水质指标COD、BOD₅、TN、NH₃-N、TP、pH值的变化范围分别为46~408 mg/L、4.9~188 mg/L、7.30~66.7 mg/L、1.50~49.1 mg/L、0.44~3.56 mg/L、6.82~8.51;BOD₅/COD、BOD₅/TN、BOD₅/TP三个指标的变化范围分别为0.22~0.68、0.7~12.1、14.7~86.4。其中,BOD₅/COD比值均＞0.2,一半采样点的BOD₅/TN＜4,个别采样点的BOD₅/TP比值＜20。研究基于该种水质特征,提出针对厦门周边的第二类农村,建议以农灌标准为处理目标。简单采用LID(Low Impact Development)型排水沟渠等生态措施进行生态处理后回灌于农田。该研究成果可为厦门及全国农村生活污水整治提供策略参考。
水灾害
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  考虑致灾后果的溃坝洪水风险评估与等级划分

  孟颖, 唐玲玲

  长江科学院院报. 2022, 39(10): 61-65. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20210631

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  针对溃坝洪水风险受环境-荷载-人多种因素影响的不确定性,将不同洪水要素(水深、流速)联合考虑,分析洪水致灾的危险性。运用HEC-RAS二维水动力学模型和地理信息系统(GIS)空间分析技术,模拟溃坝洪水演进过程,从洪水到达时间、淹没范围等维度分析承载体的暴露度。针对人口分布与地理位置特征,基于人体失稳试验数据的统计规律、建筑物损毁标准进行承灾体脆弱性分析,提出基于灾害系统理论的溃坝洪水风险分析方法和溃坝洪水风险等级划分标准。可用于评估水库大坝失事风险,划分溃坝淹没区人口风险等级,为水库大坝突发事件应急救助和人口转移提供技术支持。
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  弯曲河道型库岸滑坡涌浪传播及其与大坝的相互作用

  彭辉, 黄亚杰

  长江科学院院报. 2022, 39(10): 66-71. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20210638

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  库岸滑坡是一种常见地质灾害,如果无法及时预测而出现下滑,则滑坡入库后很可能诱发涌浪,危及河道交通或附近水利设施安全。以弯曲型河道滑坡入库诱发涌浪为研究对象,基于Flow-3D模拟弯曲河道型库岸滑坡涌浪传播过程及其与下游水利设施——大坝相互作用。为了检验水工物理模型试验的有效性和精度,在相关库岸滑坡涌浪研究基础上构建了三维滑坡涌浪数值模型。研究表明:三维数值模拟和水工物理模型试验结果吻合较好,主要体现在涌浪水面高度变化和传播过程。同时,分析不同水深和下滑坡角条件下大坝和滑坡涌浪相互作用过程,得出最危险的水深条件和入射角度,通过工程实例验证分析得出最大动水头小于涌浪高度水头且沿水深有一定程度的折减,则采用最大涌浪爬高水位静力方法计算分析坝体应力,其结果偏安全。
工程安全与灾害防治
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  大坝变形的XGBoost-LSTM变权组合预测模型及应用

  邓思源, 周兰庭, 王飞, 柳志坤

  长江科学院院报. 2022, 39(10): 72-79. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20210641

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  为了实现更高精度的大坝变形预报,提出了一种大坝变形的XGBoost-LSTM变权组合预测模型,即首先引入XGBoost模型和LSTM模型对大坝变形分别进行分析预测,然后采用变权组合方法将二者的分析预测结果进行有机融合,进而得到最终预测结果。以某混凝土重力坝为例,首先通过与随机森林、ELMAN以及逐步回归分析各模型的对比研究,论证了XGBoost与LSTM应用于大坝变形预测的优越性;进一步地,XGBoost与LSTM的变权组合预测效果相较于各单一模型取得了较大程度的提升,且相较于二者的等值赋权组合提升优势更加显著,变形预测结果与工程实际情况更加吻合,具有较好的适用性和可推广价值。
岩土工程
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  黄土地区非对称小净距隧道的合理错距研究

  邵珠山, 王孟辉

  长江科学院院报. 2022, 39(10): 80-87. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20210521

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  西安轨道交通工程修建于我国黄土地区,地铁停车线区间具有埋深浅、净距小、断面型式分布不对称等特点,开挖时为了避免左右线之间扰动过大,需要确定一个合理的掌子面错开距离。以西安地铁8号线工程的存车线区间为研究背景,通过FLAC^3D有限差分软件对不同方案下的开挖进行动态模拟,对模拟结果进行整理分析,并结合现场实际监测数据来验证模拟的正确性。研究发现:不同方案对围岩变形及应力的最终值几乎无影响,但需要控制变形速率与过程中的极值影响;隧道掌子面对已开挖土体的纵向影响范围约为3倍跨度,当掌子面错距为2~3倍的跨度时可以有效地控制围岩的变形速率,而当隧道错距较大时,开挖过程中围岩的最大剪应力显著增加,同时中间土柱部位产生了较大的相对位移差,不利于围岩稳定。基于研究结果,可以将掌子面的错距缩减至约30 m,以保证施工安全,提高施工效率。
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  第三系泥岩隧洞围岩大变形成因及应对措施

  池建军, 刘登学, 丁秀丽, 黄书岭

  长江科学院院报. 2022, 39(10): 88-96. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20211286

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  围岩大变形是软岩隧洞建设中危及隧洞施工及长期安全的重大工程灾害之一。结合第三系泥岩隧洞出现的显著围岩大变形及支护结构破坏等现象的工程现场调查,通过开展围岩监测、室内试验及数值模拟等工作,获得了第三系泥岩隧洞围岩大变形的主要成因和发生机理。研究表明:触发该隧洞围岩大变形的主要因素是低岩石强度条件下隧洞开挖卸荷引起的塑性变形以及地下水对围岩的软化作用,围岩挤压膨胀变形和不同岩层间的非一致变形共同主导了支护结构的破坏;围岩大变形的发生机理主要体现在第三系泥岩洞段横穿一条常年流水的冲沟,加之隧洞中部透水性良好的砂砾岩层,使得隧洞开挖后围岩含水率显著增加,第三系泥岩遇水泥化、软化,强度显著降低并呈现出一定的膨胀性,最终促使围岩产生显著的大变形。在此认识的基础上,提出了提高钢拱架型号、增强钢拱架之间的纵向连接、增设底拱外八字锁脚锚管、施加初期支护与二次衬砌之间的聚乙烯缓释消能层等应对措施,实施后的现场监测结果表明,所提出的控制措施有效解决了第三系泥岩洞段开挖过程中的软岩大变形难题。
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  循环荷载作用下建筑垃圾土动力性能

  李丽华, 韩琦培, 李文涛, 周鑫隆, 田密, 秦浪灵, 盛宏志

  长江科学院院报. 2022, 39(10): 97-102. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20210523

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  国家基础设施建设不断推进,大量建筑垃圾随之产生。对建筑垃圾进行资源化利用,不仅经济环保,且可缓解环境压力。通过室内大型动三轴试验,对建筑垃圾土与砂土动力性能展开研究,包括动应力-动应变、时程曲线、动弹性模量、阻尼比和液化评估分析。试验结果表明:建筑垃圾土破坏动应力约为砂土的1.3倍,即建筑垃圾土的承载能力明显高于砂土。在循环荷载作用下,砂土超静孔隙水压力大约是建筑垃圾的2.5倍,因此建筑垃圾土发生液化可能性更小。建筑垃圾土动弹性模量远高于砂土,最高是砂土的1.3倍。建筑垃圾土动力性能均高于一般砂土,建筑垃圾土具有代替砂土用作道路工程填料的潜力。
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  内河交汇处沉管隧道基槽回淤厚度研究

  傅鹤林, 董子龙, 洪开荣, 安鹏涛, 林锐

  长江科学院院报. 2022, 39(10): 103-108. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20220596

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  基槽回淤对沉管隧道平顺度影响较大,对其防水性能产生威胁。为研究两河交汇处沉管隧道基槽的回淤特性,依托如意坊沉管隧道,构建数值计算模型,对比实际监测值以验证模型的适用性,进而揭示内河交汇处沉管隧道基槽回淤规律。研究结果表明:模型中河流流速与实际监测数据误差较小,验证了模型的适用性;内河交汇处基槽淤积厚度整体呈中间大两端小、上游大下游小的规律;回淤分布受空间影响较大,基槽底脚淤积显著,且坡顶淤积厚度显著小于坡底;回淤量随时间的延长其敏感性逐渐下降;基槽开挖后,回淤均值为10 cm,将影响沉管隧道的施作,现场须采取清淤措施进行处置。研究成果为两河交汇处沉管隧道基槽回淤分析与治理提供了指导。
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  根系与格栅复合加筋土的力学特性试验研究

  胡其志, 周勇, 马强, 陶高梁

  长江科学院院报. 2022, 39(10): 109-115. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20210643

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  在土工格栅加固的边坡上种植生态植物,可以形成有效的生态护坡。为研究植物根系与土工格栅形成复合加筋土的力学机制,依托广西贵隆高速生态护坡工程,进行了素土、根系加筋土、格栅加筋土、根系与格栅复合加筋土的三轴固结不排水试验,对比分析了3种加筋土的力学特性。结果表明:植物根系、土工格栅均能提高加筋土的强度,其中根系与格栅的复合加筋效果最好;相较于素土、根系加筋土、格栅加筋土,根系与格栅复合加筋土的黏聚力分别增加了265.0%、101.0%、33.2%;保持最佳的土工格栅布置形式不变,根系与格栅复合加筋土的黏聚力随着含根量的增加出现先增后减的变化趋势,当含根量为0.5%时,黏聚力达到最大。对加筋土的三轴试验曲线进行分析,发现3种加筋土的应力-应变关系均符合邓肯－张模型,并获得了加筋土的邓肯－张模型参数,进一步通过试验数据对模型参数进行了验证。
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  预成孔置换强夯法在软土地基中的试验研究

  赵永祥, 刘波, 高玉杰, 王智

  长江科学院院报. 2022, 39(10): 116-120. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20210665

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  强夯置换法是一种软土地基处理方法,存在置换墩不着底、工后沉降大、施工效率低等缺点。针对强夯置换法的上述缺点,提出了一种新型软土地基处理方法——预成孔置换强夯法。该方法通过将高能级强夯法与预先成孔填料相结合,达到提高地基承载力、减小工后沉降的目的。通过开展试验区(24 m×24 m)试验,在夯后进行平板载荷试验、重型动力触探试验及充水预压试验,验证了该方法的可行性,并最终将该技术成功应用于整个软土地基场地。试验结果表明:夯后动力触探击数提高了260%以上,复合地基承载力达到280 kPa,储罐基础沉降最大值、相邻测点沉降差均远小于规范要求。该方法的成功应用对于今后类似地基的处理具有一定的参考意义。
水工结构与材料
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  钢-聚乙烯醇混杂纤维对自密实混凝土梁抗剪性能的影响

  李庆文, 曹行, 杨露, 王学志, 刘华新

  长江科学院院报. 2022, 39(10): 121-127. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20210726

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  通过设置不同的纤维体积掺量、混杂比和箍筋间距,对钢(SF)-聚乙烯醇(PVA)混杂纤维自密实混凝土梁的抗剪性能进行了试验研究。试验结果表明,在混凝土梁中掺加SF或PVA纤维能有效抑制梁裂缝的产生和扩展,并提高梁的抗剪承载力;箍筋间距为150 mm、体积掺加率为1%且SF-PVA纤维的混杂比为1∶1的试件开裂荷载值和抗剪承载力最大;在纤维混杂比和体积掺量相同的情况下,减小箍筋间距能明显提升梁的极限荷载值,但对梁开裂荷载值影响不大。并以SF体积掺量、PVA纤维体积掺量以及箍筋间距为输入层,极限剪力为输出层,建立了BP神经网络强度预测模型,并对极限剪力进行拟合,预测结果较准确。
信息技术应用
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  基于主波长水色参数的水库采砂遥感监测

  秦雁, 吉红香, 黄本胜, 陈亮雄, 周宇, 杨静学

  长江科学院院报. 2022, 39(10): 128-133. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20210545

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  利用遥感技术监测河道采砂行为,通常根据经验阈值划分水体悬浮物浓度高值区为采砂嫌疑区。针对分割阈值受大气纠正及悬浮物浓度反演模型精度限制难以自动客观确定的问题,提出了基于主波长水色参数自动识别异常浑浊水体的方法。采用Landsat8、Sentinel-2卫星图像数据,基于CIE-XYZ颜色系统,提取红、绿、蓝三波段遥感图像主波长水色参数,结合自然断点分类法将指示悬浮物浓度的主波长水色参数自动划分高、中、低3类,识别高值区为采砂嫌疑区。应用该方法研究浑浊水体时空分布,识别了2016—2017年广东鹤地水库九洲江、化州库湾水域的采砂现象,以及2019年11月—2020年4月广东枫树坝水库寻邬水水域的采砂现象。试验证明,方法具有抗大气干扰性强、自动性高、稳定可靠、适用于多源遥感图像的优势,可为传统人工巡查监管提供及时、有效的采砂嫌疑区时空分布信息,提升常态化采砂监管的能力。
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  基于四种水体指数的艾比湖水面提取及时空变化分析

  希丽娜依·多来提, 阿里木江·卡斯木, 如克亚·热合曼, 梁洪武

  长江科学院院报. 2022, 39(10): 134-140. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20210634

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  以Landsat5/7/8系列遥感影像为数据源,利用归一化差异水体指数(Normalized difference water index,NDWI)、改进的归一化差异水体指数(Modified normalized difference water index,MNDWI)、自动水体指数(Automated water extraction index,AWEI)、改进的自动水体指数(Modified automated water extraction index,MAWEI )提取艾比湖水体,建立混淆矩阵对4种水体指数提取结果进行对比分析,利用精度最高指数提取艾比湖面积并通过动态度分析湖泊面积变化趋势,同时对艾比湖面积变化的驱动因素进行分析。结果表明:MAWEI指数精度最高,精度达到95%以上,Kappa系数＞0.94。2000—2003年期间,艾比湖面积从768.93 km²增加至982.27 km²,湖泊面积增加27.74％、动态度为9.24％;2003—2014年期间,湖泊面积减至447.08 km²,湖泊面积缩减54.48％、动态度为-4.95％;2014—2018年期间,湖泊面积再次增加至852.77 km²,湖泊面积增加90.74%、动态度为22.68％;2018-2020年湖泊面积减至593.79 km²,湖泊面积缩减30.36％、动态度为-15.18％,总的来说近20 a艾比湖面积变化呈现先扩张再退缩的趋势。湖泊面积变化与年均降水量呈正相关,与蒸发量呈负相关,与博尔塔拉河和精河径流量呈正相关。水资源的减少及其周围人口、灌溉面积及生产值持续增长引起经济社会总用水量的激增,对湖泊面积变化产生一定的影响。研究成果对艾比湖生态环境保护有一定参考意义。
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  基于文献计量的汉江流域研究态势分析

  袁洁, 李乾玺, 赵晏强

  长江科学院院报. 2022, 39(10): 141-146. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20210501

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  基于Web of Science(WOS)和中国知网(CNKI)文献数据库,采用文献计量学的原理方法,对2000—2020年间汉江流域相关研究的发文量、国际合作、主要作者、主要机构、期刊分布和关键词等进行了分析。结果表明:2000—2020年期间WOS和CNKI数据库收录汉江流域相关的论文分别有560篇和553篇,且基本保持稳定增长状态。WOS中相关论文涉及的国家有46个,其中我国的发文量占比86%,主要与美国、澳大利亚等国家合作。来自中国科学院武汉植物园的张全发研究员共发表43篇中外文论文,位列全球之首,且为WOS数据库中作者合作网络的中心。WOS数据库中论文发表在Journal of Hydroloy期刊的数量最多,占比4%以上;CNKI数据库中《长江流域与资源环境》发文量最多,占比7.7%。“气候变化”和“丹江口水库”是两个数据库中共同的高频关键词,表明汉江流域主要关注丹江口库区及气候变化对流域的影响。该研究成果可以为汉江流域未来的研究提供科学支撑。
导流水力学专栏
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  导流隧洞泄流能力预测偏差影响因素分析

  龚科, 李学海, 王世奎, 郑南, 任坤杰

  长江科学院院报. 2022, 39(10): 147-150. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20220549

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  为解决导流隧洞泄流能力影响因素及作用机制复杂引起的预测偏差较大问题,采用理论分析、数值模拟及模型试验相结合的研究方法,对导流隧洞泄流能力影响因素进行了识别和分类,剖析了各影响因素对泄流能力的作用机制及影响程度,提出了减小泄流能力预测偏差的方法。结果表明:导致泄流能力预测发生较大偏差的关键因素是糙率模拟偏差和模型水气两相因素缩尺效应引起的洞内明满流流态及流量区间偏差,使得模型洞内明满流转变为满流的分界点提前发生。为解决上述问题,首先需对试验得到的明满流区间范围进行修正,在有压流条件下,糙率模拟偏差可采用原模型糙率偏差值按所介绍的步骤予以修正。
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  侧壁角对梯形琴键堰泄流能力的影响

  袁柳, 吉庆丰

  长江科学院院报. 2022, 39(10): 151-157. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20210685

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  梯形琴键堰(T.P.K堰)是琴键堰(P.K堰)的进一步发展,具有泄流能力强、受地形限制影响小等优点。为了研究不同侧壁角对T.P.K堰泄流能力的影响,采用RNG k-ε湍流模型VOF法追踪自由表面,对5种不同侧壁角的堰型进行三维数值模拟。结果表明:α＜0°对T.P.K堰的泄流能力产生不利影响;随着侧壁角的增大,泄流能力得到了提升,当α=9°时,泄流量不再提高。利用数值模拟的优点,分别对T.P.K堰不同溢流前缘的泄流能力进行研究,并且揭示了侧壁角对泄流能力的内在影响机理。
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  水利水电工程施工导截流模型试验中的阻力相似问题

  訾进甲, 李学海, 陈亮, 董宝顺, 任坤杰

  长江科学院院报. 2022, 39(10): 158-162. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20220553

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  施工导截流模型阻力不相似会导致试验成果与实际存在较大偏差。采用理论分析及水力计算方法,剖析了长导流隧洞壁面沿程阻力相似的影响因素,揭示了截流模型试验中阻力危机现象,提出了解决阻力不相似问题的途径。研究表明:对于隧洞导流模型受模型比尺制约,模型水流往往处于紊流过渡区,洞壁阻力系数是模型雷诺数的函数,如忽视模型阻力相似问题,会导致模型泄流能力试验值和洞内流态与原型存在较大偏差,可采取加大流量法或通过系统试验拟合阻力系数与模型雷诺数的关系,再对模型试验泄流能力成果予以修正。对于截流模型,块体抗冲稳定相似需满足推阻力系数相似,模型雷诺数Re_m只有在3×10⁴~2×10⁵时,绕流阻力系数C_d才为常数,可通过合理选择模型比尺使模型水流进入自模拟区,避免阻力危机。