2022年, 第39卷, 第3期　
刊出日期：2022-03-01

  

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  长江科学院院报. 2022, 39(3): 0-0.

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专家特约稿
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  中非视角下的生态环境保护与治理

  徐永新, 祁继红

  长江科学院院报. 2022, 39(3): 1-7. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20210263

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  利用大数据展示了过去500 a非洲具有代表性的国家和中国在水资源应用方面的不同,并着重对中国水资源环境保护问题进行了宏观探讨。改革开放40多年来中国的城市化进程迅速,中国对生态环境的重视程度在逐渐加强。近年来中国在生态环境保护方面加大了力度,采取了一系列污染水体治理措施,研究了一系列污染水体治理方法,比如常见的外源截污、内源控制、水质净化、生态修复以及活水循环。这些方法是具有建设性的,但是在某些情况下缺乏地域性与针对性,这样很可能会蜕变成放之四海而皆准的教条主义,甚至会出现严重的病症。以重庆四山三谷的“清水绿岸”和“两江四岸”为例,阐述了水环境生态保护需要针对水资源质量进行管理,而不仅仅是单一的水质等级达标。在水环境治理与生态修复中需要针对不同级别流域制定不同的水资源质量目标并进行综合管理。
河湖保护与治理
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  熊家洲新汊道对七弓岭弯道水动力调整的影响

  刘亦伦, 李志威, 谭岚, 陈帮, 王赞成, 姜英豪

  长江科学院院报. 2022, 39(3): 8-12. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20201200

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  下荆江尾闾的熊家洲河段自1950年斜槽裁弯形成新生汊道分流,使得下游七弓岭弯道水动力发生调整,进而加剧河道崩岸,影响河势稳定。采用水文资料和地形数据,基于MIKE21软件建立熊家洲弯道上下游河段(监利—螺山)的二维水动力数值模型,设置不同来流量和新汊道尺寸,模拟新汊道条件改变对七弓岭弯道水动力调整的影响。研究表明:汊道展宽至分流明显后,主流水动力轴线沿七弓岭弯道的凸岸偏转;当汊道尺寸较大时,汊道出流近似垂直于七弓岭弯道颈口上游河岸,加剧颈口上游未守护河段的崩岸,这为原型观测所证实。
水资源
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  基于水量平衡的长江上游地区气象水文要素时空变化特征分析

  刘玉婷, 许继军, 姚立强, 田甜, 袁喆

  长江科学院院报. 2022, 39(3): 13-20. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20201282

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  基于1980—2019年长江上游地区的逐月气温、降水数据,采用一元线性回归、F趋势检验、水量平衡分析、质心识别等方法,揭示了长江上游地区近40 a来气象水文要素的时空分布特征和变化规律。研究结果表明:①长江上游地区年均气温、年均降水量和年均蒸发量的空间分布均呈现由东南向西北逐渐降低的趋势,年均土壤蓄水变化量有着较大的空间差异。②1980—2019年期间长江上游地区气温上升的趋势较为明显,变化率为0.39 ℃/(10 a);年降水量整体变化不大,增加的区域主要位于金沙江石鼓以上;整个长江上游地区年均蒸发量变化率为6.08 mm/(10 a),其中,金沙江石鼓以上、金沙江石鼓以下、嘉陵江流域和岷沱江流域增加趋势明显;年均土壤蓄水变化量整体有略微下降,变化率为-6.144 mm/(10 a)。③长江上游地区气温质心经度、纬度变化的倾斜率分别为-0.03°/(10 a)和0.01°/(10 a),蒸发质心经纬度变化的倾斜率分别为-0.04°/(10 a)和0.02°/(10 a);降水质心和土壤蓄水变化量质心的经度倾斜率分别为-0.06°/(10 a)和-0.01°/(10 a)。各气象水文要素空间质心均呈现出向西北方向移动的趋势,说明从空间分布上来看,西北地区的气温、降水、蒸发和土壤蓄水变化量均有所增加。
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  基于月水量平衡模型的年径流模拟方法设计及应用

  李帅, 杜涛

  长江科学院院报. 2022, 39(3): 21-26. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20201134

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  为了实现长时段径流的准确模拟,基于abcd、TWBM、VWBM和DWBM四个月水量平衡模型的结构框架,设计了一组年径流模拟方法。其基本思路为:以L(L为12的约数)个月的累积实测降水量和潜在蒸散发量作为模型输入,通过模型模拟首先得到相应时长的累积模拟径流量,然后每个时长12/L顺次分段相加得到相应模拟年径流量。设计的年径流模拟方法在200个MOPEX流域上的应用结果表明:基于4个模型的年径流模拟方法在绝大多数流域上均能获得较为满意的模拟精度,其中以abcd模型效果最优;随着累积时段L的增加,基于4个模型的年径流模拟精度均呈现出下降趋势,但DWBM模型表现最为稳定。研究成果可为探讨较大尺度上的水文过程和规律提供一种新思路。
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  湖北省水生态足迹时空动态分析

  贾诗琪, 张鑫, 彭辉, 黄亚杰

  长江科学院院报. 2022, 39(3): 27-32. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20201092

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  随着人口增长和经济发展,自然环境面临的压力显著增加,与人类生存息息相关的水首当其冲,对水这种人类赖以生存的自然资源进行评价具有重要意义。搜集了湖北省2005—2018年的水文和社会经济发展资料,利用生态足迹法,分析湖北省水资源生态足迹、生态承载力、生态盈余/赤字、水资源负载指数和万元GDP生态足迹的年际变化,探讨了丰、平、枯水3个典型年湖北省水生态足迹的空间分布特征。结果显示:湖北省2005—2018年水资源生态足迹逐年增大,而水资源生态承载力不呈显著增大或减小趋势,年际变化较大,湖北省在2005—2018年间均为生态盈余,水资源负载指数年际变化较大,万元GDP生态足迹呈逐年下降趋势;从空间分布上看,武汉、襄阳、孝感水资源负载指数较大,而恩施、咸宁、神农架水资源负载指数较小。这说明湖北省水资源总体上较为丰富,足以维持该地区可持续性发展,但水资源地区分布不均匀,对于工业型城市而言用水压力仍然较大。
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  基于尺度特征融合的随机森林日供水量预测模型

  白云, 陈国强

  长江科学院院报. 2022, 39(3): 33-37. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20201191

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  针对日供水量时间序列的非平稳性和耦合特征的复杂性,引入小波分解技术和随机森林回归模型,构建了基于尺度特征融合的随机森林模型(SF-RF)。首先,使用离散小波变换将单一尺度的原始时间序列分解为低、高频尺度的特征序列,提取耦合特征的多尺度信息;然后,使用随机森林回归模型拟合不同尺度特征;最后,线性融合各尺度的拟合结果获得总预测值。其中频率最高的尺度特征不参与预测。与单一RF模型、前馈神经网络(FFNN)和融合模型SF-FFNN相比,SF-RF模型具有最高的相关系数0.913和最低的标准均方差0.056,具有最高的预测精度,可用于城市日供水量预测。
水环境与水生态
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  长江流域水体硅含量分布特征及影响因素研究综述

  俞洋, 汤显强, 王丹阳, 黎睿

  长江科学院院报. 2022, 39(3): 38-46. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20201288

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  随着“长江大保护”的推进,长江流域水体中浮游生物的生长状态成为日益热门的话题。硅作为六大生源要素之一,是影响浮游生物生长繁殖的要素之一,对流域生态系统的结构和稳定起到至关重要的作用。首先介绍了河流中硅的形态分类,讨论了对不同形态硅的研究意义。随后综述了国内外研究成果,对长江流域硅含量的时空分布特征进行整理分析,探讨可能影响河流、水库及河口硅含量分布的因素,对比分析了长江与国内外其他河流硅含量差异的原因,展望了长江流域硅含量当前研究的不足及未来研究方向。研究成果可为硅元素对长江流域浮游生物生长的影响等相应研究提供思路与建议。
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  除氮菌剂强化碳纤维的挂膜与脱氮效果

  龙萌, 王振华, 李青云, 李冠亚, 陈浩, 胡艳平, 朱引

  长江科学院院报. 2022, 39(3): 47-53. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20201080

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  碳纤维作为生物膜载体具有一定脱氮能力,但存在自然挂膜周期较长、挂膜初期水质净化能力较差等问题。为提高碳纤维的挂膜与脱氮效果,采用除氮菌剂人工强化碳纤维挂膜,探究除氮菌剂对碳纤维固载微生物膜的强化作用,并查明挂膜成熟后碳纤维的脱氮性能。结果表明,除氮菌剂可显著强化碳纤维的挂膜效果,强化挂膜组碳纤维上的微生物量和微生物碳源代谢活性较自然挂膜组显著提高,其中,强化挂膜组碳纤维上的微生物量峰值是自然挂膜组的10.3倍,微生物碳源代谢活性是自然挂膜组的3.5倍。强化挂膜碳纤维的脱氮效果显著提高,与自然挂膜碳纤维组相比,强化挂膜碳纤维组的总氮和氨氮削减率分别提高了8.0和14.1个百分点。研究成果可为应用人工强化挂膜碳纤维治理富营养化水体提供科学依据与技术支撑。
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  新疆奎屯河流域地下水砷超标原因分析

  宿彦鹏, 李巧, 陶洪飞, 何雨江, 栗现文, 马合木江·艾合买提

  长江科学院院报. 2022, 39(3): 54-59. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20201188

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  新疆奎屯河流域是我国大陆第一个地方性砷中毒的区域,然而在人类活动与自然条件下,对该区地下水砷超标的原因未得到清楚的解释。通过2017年在研究区采集地表水、地下水样品51组,分析了主、微量元素组分;2019年在典型的高砷区钻井2个孔,采集沉积物样品44组,分析了粒径、化学成分。结果表明,研究区地下水砷浓度范围为10~887 μg/L,平均为55.8μg/L,沉积物中砷最高为28.41 mg/kg,砷超标(As≥10 μg/L)较为严重。周边山区分布的菱铁矿、砷酸钙、砷酸锰等矿物,为该区地下水砷含量超标提供了物质来源;强烈的蒸发浓缩作用与岩石风化作用使得地下水中的砷浓度进一步升高;高pH值、低Eh的地下水化学环境,造成砷酸盐从矿物表面解吸附聚集在地下水中;沉积物中Fe、Mn氧化物矿物和黏土矿物的还原过程使与之共存的砷被释放,也是该区地下水中砷超标的原因。
水土保持与生态修复
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  地表水力特性对植被过滤带中胶体迁移的影响

  孙小璐, 庾从蓉, 孙钰峰

  长江科学院院报. 2022, 39(3): 60-66. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20201250

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  地表坡面流通过植被过滤带(VFS)时,植物的茎与枝会把水流的动能转化为湍流的动能,改变地表水的水力特性,进而影响胶体颗粒物的迁移。为了探讨不同水力特性的地表坡面流对胶体在VFS中的迁移和去除机制产生的影响,进而为利用VFS去除胶体污染物的工程设计提供理论依据,通过室内试验,观测不同雷诺数地表坡面中胶体在VFS的迁移过程,同时耦合水量平衡方程与胶体运移方程,构建数值模型模拟胶体在VFS中的迁移。结果表明:随雷诺数增加,绕流状态逐渐复杂、规律性降低,胶体沉积吸附过程加强。同一水力特性条件下,处于不利吸附状态的胶体沿程粒径增大、表面电势减小,使扩散能力和沉积吸附能力减弱。但随雷诺数增加,VFS对胶体的去除效率降低,是由于在土壤饱和状态下流速的增加,胶体向土壤扩散过程减少。
工程安全与灾害防治
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  考虑黏弹性滞后效应的拱坝位移监控组合模型

  徐丛, 王少伟, 刘毅, 隋旭鹏

  长江科学院院报. 2022, 39(3): 67-72. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20201229

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  位移监控模型需要对拱坝变形性态兼具良好的解释和预测能力。水压-滞后-周期性温度-时效四因子HHST(Hydraulic,Hysteretic,Seasonal and Time)模型能够合理地解释锦屏一级拱坝的黏弹性滞后变形性态。为进一步提升该模型的预测精度,使用支持向量机(SVM)建立有限元计算所得拱坝黏弹性滞后位移与其因果因子之间的隐式关系,再将其融入到HHST模型中,进而基于多元线性回归建立拱坝位移的组合监控模型。以锦屏一级拱坝为例,减少输入因子数的组合模型的预测精度明显高于直接以HHST模型中18个因子作为输入的单一模型;SVM对滞后水压位移分量的预测精度明显高于基于约束最小二乘法的线性回归模型,采用2种滞后水压分量所建组合模型对拱坝变形性态具有相近的解释能力,而采用SVM滞后水压分量建立的组合模型可有效地提高拱坝位移的预测精度,多测点均方误差(MSE)平均降低21.67%,决定系数R²整体提高0.07%。
水力学
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  波浪驱动下箱式浮体运动响应及受力的数值研究

  陈善群, 张龙珠, 廖斌

  长江科学院院报. 2022, 39(3): 73-79. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20201234

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  为揭示波浪驱动下箱式浮体运动响应及受波浪力的影响机制,采用Smoothed Particle Hydrodynamics(SPH)方法对不同Keulegan-Carpenter(KC)数工况下单个浮体的运动响应及所受波浪力、不同浮体间距δ工况下2个浮体的运动响应进行了系统研究。结果表明:KC数越大,单个浮体的运动响应越剧烈,所受波浪力越大。随着δ的增加,上游浮体(浮体I)的纵向位移逐渐接近于单个浮体工况,垂向运动以及俯仰转动受δ的影响较小;下游浮体(浮体Ⅱ)的纵向位移呈现明显的增加趋势,俯仰转动有逐渐减弱趋势,而垂向运动受δ的影响较小。
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  基于循环神经网络的水库水位预测方法

  纪国良, 周曼, 刘涛, 胡腾腾, 丁勇

  长江科学院院报. 2022, 39(3): 80-85. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20201266

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  大型水库重要站点的水位预测是水库防洪中的重要问题,目前主要采用水动力学方法计算。但是由于该方法对输入边界条件的准确性要求较高,而实时调度情况下又很难完全满足此条件,因此容易造成较大的水位计算误差。对此,提出了循环神经网络模型,从水库运行的历史数据中挖掘知识,学习入库流量和坝前水位到目标站点水位的映射关系,不需要使用地形资料等数据以避免系统性误差的影响,既可以降低模型对输入边界准确性的要求,又可以在一定程度上提升水位预测精度。以三峡水库长寿站水位计算为例,使用2009—2019年数据训练、验证和测试模型,试验结果显示长寿站水位在接近三峡水库土地征用线时,计算误差在±0.4 m以内,精度优于水动力学模型,可满足实时调度对水位精度的要求。
岩土工程
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  考虑通氧环境的预应力锚杆腐蚀损伤时变特征

  王小伟, 朱杰兵, 阮怀宁, 程伟健, LIJia-bin

  长江科学院院报. 2022, 39(3): 86-91. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20201168

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  预应力锚杆因出色的维稳能力及巨大的经济效益,在岩土锚固工程中扮演着重要角色。然而,预应力锚杆的长期性能常因周围恶劣岩土环境的腐蚀而不断退化。为了探究预应力锚杆在模拟岩土环境中的锈蚀机制,通过开展室内加速腐蚀试验,基于电化学阻抗谱及电化学极化曲线分析了处于弱酸、通氧条件下的预应力锚杆腐蚀损伤时变行为,以及该环境下预应力锚杆锚固力与腐蚀速率的关系。结果发现,试验过程中预应力锚杆均未出现明显钝化,浸泡前期处于未通氧环境下预应力锚杆的电化学阻抗谱为一半径很大的容抗弧,预应力锚杆腐蚀不明显,锈蚀受电荷传递控制,中后期阻抗逐渐减小;低通氧速率下预应力锚杆腐蚀由电荷传递与扩散过程联合控制;高通氧速率下预应力锚杆腐蚀受扩散控制作用随通氧速率增大稍有提前。预应力锚杆的耐蚀性随通氧速率增大并非一直降低,本次试验中锚固力损失与腐蚀速率相关性较小。
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  考虑时效损伤的岩石分数阶蠕变本构模型

  苏艳军

  长江科学院院报. 2022, 39(3): 92-97. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20201302

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  为准确描述岩石蠕变变形破坏全过程,引入连续损伤和分数阶微积分理论建立全面、简练的蠕变本构模型。首先基于弹性模量随时间衰减规律,根据能量损伤的方式定义损伤变量,构建考虑时效损伤的弹性体,并验证该损伤演化方式的可行性。采用Riemann-Liouville型分数阶微积分算子理论,构建具有非线性特征的分数阶软体元件,利用该软体元件作为分数阶黏滞体描述岩石黏弹性应变,在该软体元件的基础上进行损伤演化,得到考虑时效损伤的分数阶黏塑性体。联合分数阶黏滞体、考虑时效损伤的弹性体和分数阶黏塑性体,建立一个新的考虑时效损伤的分数阶蠕变本构模型。给出参数解析方法,利用泥质板岩蠕变数据验证模型合理性和优越性。分析损伤发展过程,判断模型参数敏感度,并通过红砂岩、千枚岩单轴压缩各向异性蠕变特性试验研究蠕变试验数据验证模型适用性。研究成果为岩石蠕变全过程辨识及岩体工程长期稳定性研究提供一定参考。
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  局部动荷载作用下土拱效应的离散元分析

  李格烨, 徐超, 沈盼盼, 张兴亚, 罗敏敏

  长江科学院院报. 2022, 39(3): 98-103. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20201042

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  在实际工程中,土拱效应不可避免地受到动荷载的影响。基于Trapdoor模型试验,建立了相应的离散元分析模型,通过比较模型试验结果与数值模拟结果,从应力和变形2个方面验证了数值模型的可靠性,并在此基础上研究了内摩擦角、荷载幅值和荷载频率对土拱效应的影响。为定量衡量土拱效应的退化程度,定义了土拱退化参数α。结果表明,在局部动荷载作用下,土拱会发生退化:随着内摩擦角的增大,土拱退化参数 α逐渐减小,表明土拱效应的退化程度降低;随着荷载幅值和频率的增加,土拱退化参数 α逐渐增大,意味着土拱效应的退化程度增加。
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  软土变形指标与初始孔隙率的相关性分析

  李雪梅, 杨敏, 李卫超, 上官士青, 万嘉成

  长江科学院院报. 2022, 39(3): 104-110. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20201268

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  根据上海地区不同土层软土的一维和等向固结试验,得到一维固结下压缩指数C_c和回弹指数C_s与修正剑桥模型参数λ和κ之间的关系。鉴于室内试验耗时过长,而通过土样的基本物理指标(天然含水率w_n、孔隙比e₀、液限w_L和塑性指数I_p)来推算压缩指数和回弹指数是一个快捷有效的方式,对比发现土的变形指标与基本物理指标间存在一定的相关性。结果表明:C_c/n₀与C_c,C′_s/n₀与三轴试验各向同性固结下得到的C′_s之间存在较好的线性关系,并给出了对应的关系式。由此,上海地区软土的变形指标可通过初始孔隙率来估算。在已有试验数据的基础上,总结分析我国沿海多个地区(广州、天津、深圳、温州、福州等)压缩指数试验数据,发现沿海地区软土压缩指数与初始孔隙率之间均存在较好的线性关系,并给出了对应的关系式。
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  引江济淮凤凰颈泵站基坑降水方案优化

  张国龙, 范越, 张伟, 汪啸, 王金龙

  长江科学院院报. 2022, 39(3): 111-117. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20211394

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  闸站基坑开挖过程中的降水问题重要且复杂。采用“大井法”和数值模拟2种方法,对引江济淮工程中凤凰颈泵站改造的基坑涌水量进行了计算。基于三维渗流模型对基坑降水方案作了优化研究,对比分析了降水井的空间布置和井深度变化对基坑降水效果的影响,并综合考虑了工程经济性和施工便捷性,最终得到了推荐的降水方案。通过对各降水方案的分析可知:在基坑降水满足降深要求的前提下,降水井空间分布越均匀,各井抽水量的差距越小,有利于统一的水泵配购;将降水井布置在基坑周边,避免在基坑内部布井,能够减小对施工的干扰,但会显著提高总抽水量;降水井深度越大,需要布置的降水井数目越少,基坑总抽水量越大。该研究为闸站基坑降水方案的优化提供了良好的思路和范例。
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  考虑孔隙演变的软土一维非线性固结有限差分分析

  吴思思, 罗文强

  长江科学院院报. 2022, 39(3): 118-124. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20201225

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  基于一种新的土体非线性压缩模型,建立了考虑瞬时荷载和变荷载的一维非线性固结方程。采用有限差分法获得了该固结方程的解,并通过与半解析解对比验证了差分法解的可靠性。基于该解,详细讨论了外荷载、土体初始压缩系数及压缩指数与渗透指数比值C_c/C_k对土体固结和沉降特性的影响。结果表明:C_c/C_k通过影响固结系数进而影响到土体固结速率,固结系数随C_c/C_k取值的减小而增大,因此土体固结速率随C_c/C_k取值的减小而增大;当土体初始压缩系数很小时,土体压缩性很小而接近弹性,此时可以忽略土体的非线性而直接采用Terzaghi固结解答计算;与李冰河所得固结解答相比,本文采用的非线性模型不需要考虑土体初始有效应力的影响,工程运用时相对更方便。
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  加卸荷条件下大理岩变形特征及能量演化

  王璐, 魏俞杰, 唐时美, 阚子威

  长江科学院院报. 2022, 39(3): 125-130. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20201303

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  为揭示深埋大理岩在不同应力路径下的变形特征和能量演化特征,基于大理岩的常规三轴试验和卸荷三轴试验,分析了大理岩变形破坏过程中变形和能量演化的围压效应和应力路径影响。结果表明:大理岩在加卸荷条件下均表现出显著的围压效应;卸荷条件下大理岩的损伤扩容应力阈值和峰值强度较加载条件下的低;加载应力路径下能量耗散阶段占比更大,卸荷应力路径下能量聚集阶段占比更大;加卸荷条件下损伤扩容点对应的总能量和弹性应变能与围压具有良好的线性关系;针对峰值应力对应的总能量、弹性应变能及耗散能,加载应力路径下其均与围压具有正线性关系,而卸荷应力路径下均与围压成指数关系。基于以上结论,提出了确定大理岩破坏点的定量方法,结合应力-应变关系曲线,有效地解决了高围压作用下大理岩破坏点难以确定的问题,为深埋洞室围岩的稳定性分析提供依据。
水工结构与材料
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  基于温度-应力耦合的冻土地区渠道衬砌防冻胀效果及适应性评价

  石娇, 张希栋, 甄志磊, 刘中华

  长江科学院院报. 2022, 39(3): 131-136. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20201269

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  中国北方冻土地区的灌区渠道多采用衬砌或者保温措施进行防渗抗冻胀,从而减少输水损失。依据近年来北方冻土地区常用的渠道衬砌形式,从取材和施工的难易程度等角度,对北方高寒地区新疆阿勒泰灌区农十师渠道3种抗冻胀措施的效果进行了研究,分别建立了混凝土、HAS固化剂固化粉煤灰和聚苯乙烯泡沫板(EPS)3种衬砌材料的本构模型。通过ABAQUS温度-应力耦合模拟,分析了3种抗冻胀措施的效果。分析结果表明:3种抗冻胀措施均能有效减少渠道冻胀变形,而HAS固化剂固化粉煤灰和铺设聚苯乙烯泡沫板削减冻胀变形效果更为显著;其中铺设聚苯板措施效果最佳,不仅使混凝土衬砌最大法向冻胀量削减了54%,法向冻胀力削减了74%,切向冻结力削减83%,而且使应力和位移分布更均匀,避免了应力集中现象的发生。3种防冻胀措施的效果为铺设聚苯板>HAS固化粉煤灰>混凝土衬砌。考虑到HAS固化粉煤灰可实现就地取材,从而得出HAS固化剂固化粉煤灰渠道衬砌适用于新疆等寒冷地区的结论。研究成果为寒冷地区渠道抗冻胀设计提供了有效参考。
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  基于三维数值流形法的位移边界处理方法

  杨石扣, 艾华东

  长江科学院院报. 2022, 39(3): 137-142. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20201243

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  针对三维数值流形法中罚函数法施加任意方向边界位移和多步加载误差累积问题,通过修正传统三维数值流形法控制方程中的位移边界部分,推导出含沿着某一方向施加边界位移条件和相应的分步加载情况的计算公式,以期扩大控制方程在位移边界处理上的适用范围和减少多步加载误差累积效应。选取2个典型算例进行数值模拟和对比分析,验证该方法的准确性。计算结果表明:文中方法的计算结果与解析解相吻合,修正公式适用于不同方向施加边界位移的情况,具有较强的适应性;考虑位移边界误差修正比不考虑误差修正的计算精度高;随分步加载步数的增多,不考虑位移边界误差修正的累积计算误差逐渐增大,考虑位移边界误差修正的则影响不大。
信息技术应用
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  WaSSI-C模型GIS可视化模拟系统的设计、实现与验证

  邱琴, 孙伟, 李建贵, 古丽米拉·克孜尔别克, 曹姗姗

  长江科学院院报. 2022, 39(3): 143-150. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20201210

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  为实现WaSSI-C(Water Supply Stress Index-C)模型地理信息系统(GIS)可视化模拟系统,为区域水碳资源分析和模拟决策提供模型工具,在解析WaSSI-C模型理论框架和运行机理的基础上,对模型计算过程进行模块化分解和结构化设计;采用C/S模式构建软件体系架构,基于时空数据模型设计E-R模型图,并应用Geodatabase空间数据库与SQLite关系型数据库联合管理模型参数和时空数据;在.Net开发环境下,基于ArcGIS Engine二次开发组件,使用C#语言进行混合编程,实现WaSSI-C模型GIS可视化模拟系统的功能,进而以焉耆盆地为试验对象进行应用验证。结果表明:系统同时支持文本和空间数据格式输入,能够在GIS可视化环境下自动化输出研究区月尺度蒸散、径流和总生态系统生产力等水碳耦合过程变量的模拟地图,系统模拟结果率定期R²和NS均值分别为0.83和0.81,验证期两指标均值分别为0.8和0.76,总体上显示出良好的模拟效果。系统具有简单易用、运算效率高、普适性强等特点,可为相关领域研究提供有力工具支撑,也可为生态学、水文学等专业领域模型可视化研究提供借鉴思路。
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  长江科学院网络安全建设探讨

  刘翔, 杨君, 王昶, 宋蒲斌

  长江科学院院报. 2022, 39(3): 151-154. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20210587

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  随着水利信息化的发展,长江科学院持续加强信息化建设,给水利科学研究和科研管理带来极大的便利;但信息化带来便捷的同时,安全问题也开始逐渐显现。深入分析网络中的各个薄弱环节,提高整体网络安全性,避免发生网络安全事件已成为工作的重点。基于长江科学院的实际网络及业务情况,围绕长江科学院网络安全建设的内容进行探讨,从网络边界、内部网络、内部态势感知3个方面详细分析了长江科学院在目前网络环境下面临的安全风险;并从边界防护、终端防护、服务器防护、态势感知4个方面提出应对策略,阐述了可实施的网络安全技术路线。