长江科学院院报

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封面与目次

长江科学院院报. 2023, 40(2): 0-0.

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高延性水泥基复合材料在水工结构中的应用构想

李家正

长江科学院院报. 2023, 40(2): 1-6. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20220228

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高延性纤维增强水泥基复合材料(ECC) 最早由美国密歇根大学Li教授于20世纪90年代设计提出,近年来在工业与民用建筑建领域中得到了较为广泛的应用。长江科学院提出了适用于水工建筑的水泥基复合材料(HECC)概念。根据不同水工结构功能要求,HECC应具有按需设计的拌和物性能和成型方法、中等强度、低弹性模量、按需设计的延伸率、较强的热稳定性、高耐久性、可控的裂缝宽度以及较为宽泛的原材料选择。在此基础上,提出了HECC在堆石坝新型坝基廊道、面板堆石坝新型防渗面板、堆石坝新型心墙结构、拱坝基础约束区抗震防裂结构等水工结构中的应用构想。同时,展望了HECC未来拟研究的方向。研究成果对于提高水工结构的安全性、经济性和耐久性有参考价值。

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长江荆江段二元结构河岸土体力学性能及崩塌试验

刘昭希, 王军, 周银军, 陈思含, 金中武, 陈鹏

长江科学院院报. 2023, 40(2): 7-13. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20210968

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通过连续3 a对荆江崩岸情况进行现场调查、室内土工试验和概化模型试验,分析荆江崩岸特点及规律、河岸上部黏性土的物理及力学性能以及二元结构河岸崩塌过程的特点和影响因素。结果表明:荆江段崩岸分布规律主要表现为下荆江多于上荆江,左岸多于右岸;二元结构河岸崩塌过程可概括为坡脚受冲刷变陡,岸顶裂缝形成发育,岸坡渐进侵蚀,河岸失稳导致崩塌,岸坡形态趋于稳定,进入下一次河岸崩塌循环;黏性土含水率对水位变化的响应速度快于对浸泡时长的响应速度;黏性土的起动切应力为0.531 N/m²,影响黏聚力值的临界含水率约为16%,受纵向水流及土体含水率的影响,岸坡在枯水期稳定性较高,在涨水期会产生局部崩岸,洪水期和退水期时坡脚冲刷和崩岸强烈。

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砂质河道桥墩局部冲刷计算经验公式改进和验证

陈羿名, 李怡, 渠庚, 栾华龙, 尹大聪

长江科学院院报. 2023, 40(2): 14-18. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20211044

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桥墩局部冲刷深度是桥梁设计的重要参数,但随着造桥技术的发展,桥墩局部冲刷计算的经验公式在计算尺寸较大的桥墩局部冲深时误差偏大。为解决此问题,在前人的研究基础上,根据统一量纲的原则建立了砂质河道桥墩局部冲刷深度经验公式,并考虑基台露出床面对冲刷的影响,对公式进行修正。将文中提出的公式与中美计算规范进行比较,结果表明:所提出的公式具有考虑因素较全面、量纲统一、适用于大型桥墩局部冲刷深度计算的优点;计算精度相比另外3种公式有较明显的提高,能更好地预测桥墩局部冲刷深度。研究成果可为桥墩布设、施工与防护等提供技术支撑。

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长江经济带用水结构演变及驱动力分析

包鑫如, 张行南, 张文婷, 徐杨, 张增信

长江科学院院报. 2023, 40(2): 19-26. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20211048

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为了探究长江经济带用水结构演变特点,根据长江经济带11个省(市)2003—2020年用水量变化,采用信息熵和均衡度的理论方法,分析其用水结构特征及演变趋势,并结合主成分分析法进行了驱动力分析。结果表明:在时间尺度上,长江经济带用水总量总体呈上升趋势,其中农业、工业用水比例下降,生活、生态用水比例增加;用水结构信息熵、均衡度均呈上升趋势,用水系统均衡性增强。在空间尺度上,长江经济带下游用水系统均衡性最高,其次是上游、中游。随着农业结构的调整,预计长江流域耕地面积可能会减少,农业用水量不会有大幅上升,其占比将继续减少。预计工业用水量可能会减少,占比依然下降;生活用水量会继续提高。用水结构演变的主要驱动力有工业生产总值、GDP、节水灌溉面积、万元GDP用水量4个因子,其贡献率占96.844%。研究结果对长江水资源与生态保护具有重要参考价值。

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基于TerraClimate数据集的1960—2019年中国干湿气候变化特征

肖潇, 邱新法, 徐金勤

长江科学院院报. 2023, 40(2): 27-33. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20211079

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考虑地理地形和下垫面等因素的影响,选用高空间分辨率TerraClimate数据集分析中国干湿气候变化特征具有重要意义。以该数据集1960—2019年的降水和蒸散月度数据为基础,基于降水量和湿润指数对中国各干湿区范围、干湿气候界线以气候变化趋势进行了分析。结果表明:前后30 a相比,基于两种指标划分的干旱区和湿润区面积负增长,半干旱区和半湿润区面积正增长;各区分界线主要在黑龙江、内蒙古中部和东北部、淮河以及黑龙江等地按年代波动;近60 a来,我国的降水量和湿润指数变化趋势不显著,均在西部和东南部趋于增大,气候变湿,在中部和东北部趋于减小,气候变干。与利用气象站点观测资料的研究结果进行对比评价,TerraClimate数据集能够很好反映中国区域的干湿状况及其变化特征,且降水数据的适用性更为突出。

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基于改进破产规则和验证惩罚机制的流域初始水权两阶段优化分配方法

张慧, 王晶, 方德斌, 王永强

长江科学院院报. 2023, 40(2): 34-43. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20211007

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初始水权分配中,流域管理者与区域用水户之间存在不对称信息和不同的用水目标,往往导致水资源无法合理分配与高效利用。为提高初始水权分配与利用效率,从流域管理者角度,结合区域及行业用户需求、区域影响因子和行业影响因子,提出基于破产理论的初始水权优化分配框架,得到初始优化方案,进而依据奖惩规则制定监管机制,形成两阶段优化分配方法。将该方法应用于典型流域初始水权分配,并对机制实施与效果调研,结果表明,这一模型不仅可以提高水资源分配效率,还可以有效约束超额用水户行为,不断优化水资源配置效果与提高水资源的利用效率,从而支撑水资源初始水权的合理分配与有效监管。研究成果有利于流域管理者合理分配及利用水资源。

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“双碳”情景下抚河流域径流变化特征

王媛, 苏布达, 王艳君, 占明锦, 杨晨辉, 姜彤

长江科学院院报. 2023, 40(2): 44-51. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20211201

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根据中国提出的碳达峰、碳中和目标,将SSPs-RCPs分为“双碳”情景(SSP1-1.9、SSP1-2.6、SSP2-4.5、SSP4-3.4、SSP4-6.0)和高碳情景(SSP3-7.0、SSP5-8.5)。采用SWAT水文模型,分析21世纪近期(2021—2040年)、中期(2041—2060年)和末期(2081—2100年)抚河流域径流变化趋势,以期为“双碳”目标下的流域水资源管理提供建议。研究表明:①1961—2019年,抚河流域实测年平均气温以0.18 ℃/(10 a)的速率显著上升;年降水以-32.8 mm/(10 a)速率显著下降。②“双碳”情景下,相较基准期(1995—2014年),近期、中期、末期抚河流域年均气温增幅依次加大;年降水量呈波动上升趋势。同期年平均流量呈上升趋势;9月份至次年2月份平均流量增加,3—7月份平均流量呈下降趋势;日流量的丰水极值下降,枯水极值则有所增加,水文极端事件发生可能性降低。③与“双碳”情景对比,高碳情景下年均气温增幅更大;近期和末期年降水增幅明显;年平均流量整体增幅大于“双碳”情景,5—10月份平均流量增幅明显;丰水极值也呈增加趋势。

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水库水温研究进展及趋势

靖争, 张爵宏, 曹慧群, 陈浩, 汤显强, 罗慧萍

长江科学院院报. 2023, 40(2): 52-59. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20211026

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水库水温时空分布的变化对库区及下游河道环境及水生生态系统等产生重大影响,水库水温研究对库区及下游河道生态环境保护具有重要意义。回顾了国内外水库水温研究历程,介绍了主要的水库水温结构判别方法和水库水温研究方法,重点论述了水库水温机理性模型与智能算法模型的最新动态及前沿进展,总结归纳了水库水温分层特性、生态环境影响及其改善措施的最新研究成果,提出了未来重点研究方向:梯级水库影响下流域河-库系统水热传递规律、基于非静压的水库水流水温耦合计算、面向下游水温改善的水库分层取水生态调度。

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电场对高含水率淤泥中Cd²⁺迁移及去除的影响

刘叶, 汪存石, 吴绍凯, 沈文韬, 徐剑波, 白王军, 祝建中

长江科学院院报. 2023, 40(2): 60-66. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20210960

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为验证淤泥电动修复技术去除重金属污染的有效性,以淤泥典型重金属污染物Cd²⁺为对象,结合低压直流淤泥扰动模拟装置,研究了电场作用下淤泥土的吸附特性及重金属离子扩散迁移规律。结果表明电场作用下淤泥土对Cd²⁺的饱和吸附量从0.438 mg/g提升至0.498 mg/g。淤泥土的XRD表征证实了矿物晶体的变化导致Zeta电位下降使得吸附能力提升。30 V电压下液相中的Cd²⁺向固相及电极网的迁移量增加,其中阴极电极网中Cd原子含量由0.05%提升至0.19%,主要原因是液相中Cd²⁺发生了电絮凝。此外,扰动条件下可以加速Cd²⁺吸附及电化学反应过程。

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河北省夏玉米水足迹时空演变特征及影响因子分析

曹永强, 杨雪婷, 周姝含

长江科学院院报. 2023, 40(2): 67-74. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20210993

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为研究和分析河北省夏玉米水足迹变化规律,提高农业中水资源利用效率,基于水足迹理论和方法,选取河北省2002—2018年17个气象站点气象数据和相关农业数据,对河北省夏玉米水足迹时空演变规律和影响水足迹变化的因素进行研究。结果表明:研究期间,河北省夏玉米生产水足迹呈波动式下降,年平均值为759.03 m³/t;通过对比河北省夏玉米绿水足迹和蓝水足迹在枯水年2002年、平水年2003年和丰水年2013年空间演变特征,总体表现为研究年份绿水足迹值整体水平相当,蓝水足迹值差异较大;对选取的13个影响因子进行相关性分析后,得出蒸散量、有效灌溉面积与夏玉米生产水足迹呈显著正相关关系;夏玉米总产值与其呈显著负相关关系。研究成果对河北省农业水资源合理高效利用,优化夏玉米地域分布有参考价值。

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岩性对砂石加工高浓度废水动态辐流沉降特性的影响

郭辉, 於思瀚, 陈雯, 黄明海, 陈端

长江科学院院报. 2023, 40(2): 75-80. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20210868

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为探明岩性对水电工程砂石加工高浓度废水辐流池动态沉降特性的影响,以白鹤滩水电站砂石加工系统废水处理工程辐流池为例,基于动态沉降试验模型律,建立废水动态辐流沉降大比尺物理模型试验,分析以玄武岩和灰岩为料源的砂石骨料加工废水动态辐流沉降规律。试验表明:采用PAM和PAC联合投加可改善废水沉降浓缩效果,出水悬浮物去除率高于99%;玄武岩废水工况下,辐流池中部流速较高,固体颗粒呈现沿水深线性沉降浓缩的去除模式;灰岩废水工况下,辐流池底部流速较高,固体颗粒呈现先沿水深快速沉降,后在底层逐渐浓缩的去除模式;相较于灰岩废水,玄武岩废水自然沉降性能较差,辐流沉淀过程中对排泥速率控制的要求更高。研究成果可为水电工程绿色施工提供技术支撑。

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干湿循环节理砂岩单轴压缩声发射演化特征

王桂林, 杨证钦, 张亮, 孙帆

长江科学院院报. 2023, 40(2): 81-86. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20210929

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干湿循环对岩石造成不可逆的累积损伤,而岩石的变形破坏过程伴随着明显的声学特征。为探讨干湿循环后节理砂岩变形破裂机理,通过开展节理砂岩室内单轴压缩试验,采用声发射测试技术监测岩样损伤破坏的声学数据,研究历经0、1、5、10、15、20次干湿循环作用后的完整、单节理、双节理砂岩岩样在变形破裂过程中声发射参数的演化特征。结果表明:随着干湿循环次数的增加,砂岩岩样峰后塑性特征逐渐增强,声发射活动表现存在微弱、增强、陡增、剧烈4个阶段;随着干湿循环次数的增加,节理岩样声发射剧烈活动阶段的持续时间、累计振铃计数的降幅以及变形破坏过程中的声发射b值均呈逐步增大的趋势;各种干湿循环次数情况下完整岩样的声发射b值均大于节理岩样。研究成果可为干湿循环下节理岩体变形破坏机理研究提供有益的参考。

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基于深度学习的黄土干湿循环损伤分析

宋佳, 白杨, 王小林

长江科学院院报. 2023, 40(2): 87-94. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20210908

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为研究干湿循环条件下黄土的微观结构变化规律,以西安市黄土为例,先基于灰度共生矩阵提取黄土灰度图像纹理特征,计算土壤的微观裂纹和孔隙面积占比,然后通过深度学习时序回归预测模型建立起灰度纹理特征和微观裂纹与孔隙面积占比之间的联系,计算土壤干湿循环损伤因子判断土壤干湿循环损伤程度。研究表明:在2次干湿循环内,土壤团粒边缘结构破坏,微观裂纹和孔隙急剧增加;在5次干湿循环内,土壤结构纹理化走向逐渐明显,趋近于平行水分迁移方向;经历4次干湿循环后,土壤的干湿循环损伤破坏比例达到93.10%;经过6次干湿循环后,土壤的干湿循环损伤已不再增大,即土壤微观结构纹理化已经趋于稳定。

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基于CMFOA-SVM的边坡稳定性评价模型

陈光耀, 汪明武, 金菊良

长江科学院院报. 2023, 40(2): 95-101. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20210026

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边坡失稳往往会造成巨大的经济损失和人员伤亡,构建科学有效的边坡稳定性评价模型对于边坡灾害防治具有重要意义。针对边坡评价涉及多重不确定性,探讨了基于正态云模型、果蝇优化算法与支持向量机耦合的边坡稳定性评价模型,即利用正态云模型描述果蝇个体飞行方向和飞行距离的随机性与模糊性,以改进果蝇优化算法,进而应用基于正态云模型的果蝇算法(CMFOA)求解支持向量机(SVM)分类模型的最优参数组合,并结合实例应用及与GA-SVM、PSO-SVM和网格法-SVM对比分析,验证模型的可靠性。实例应用及对比结果表明,CMFOA-SVM模型应用于边坡稳定性评价有效可行,且评价准确率高,同时CMFOA算法的参数寻优效率高,也为其他分类问题提供了新的参考。

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基于PIV技术的冲刷条件下桩-土水平变形机制

杨晓峰, 李伟, 姚兆明

长江科学院院报. 2023, 40(2): 102-108. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20210980

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桩基通常深埋地下,岩土体内桩-土水平变形难以通过现场试验观测。为研究水平荷载作用下桩-土变形机制,考虑桩身抗弯刚度、土体密实度和冲刷坑尺寸等因素,基于粒子图像测速(PIV)技术在砂土中开展了一系列单桩水平加载模型试验,获得了桩侧土体位移、应变分布发展规律,并讨论了柔性桩和刚性桩的水平桩-土相互作用模式,及局部冲刷对水平桩-土相互作用的影响。结果表明:①水平荷载作用下桩侧土体的位移和剪应变均是沿着水平和深度方向逐渐发展变化,因此现有桩基水平受荷分析的应变楔模型中整个应变楔内土体应变均匀发展的假定需要修正;②桩身水平位移第一零点以上的桩前土体被动受压区和桩后土体主动施压区是主要的桩-土相互作用区,但对于刚性短桩第一零点以下的桩-土相互作用不可忽略;③桩侧冲刷坑底部以上冲刷土层对降低桩-土变形仍可起到一定的作用。

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模糊层次分析法在白云岩砂化等级划分中的应用

董家兴, 张晟玮, 程娟, 杨润学, 米健, 赵永川, 黄信萍, 沈桢洛

长江科学院院报. 2023, 40(2): 109-114. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20221009

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砂化白云岩地层在滇中引水工程玉溪段输水隧洞中广泛分布,该地层中修建的小扑、扯纳苴等隧洞常出现塌方、突水涌砂等地质灾害,严重影响施工安全。科学合理地划分白云岩砂化等级,对施工过程中的灾害防控具有重要意义。从3个方面选取12个能够准确描述白云岩砂化程度的指标,建立白云岩砂化等级划分层次结构模型,将白云岩划分为微砂化、弱砂化(下段和上段)、强烈砂化(下段和上段)、剧烈砂化4个等级,运用模糊层次分析法进行白云岩砂化等级划分。选取小扑2#主洞上游部分洞段建立模型并划分砂化等级。结果表明,该方法通过定性与定量相结合的方式实现了白云岩砂化等级划分,其划分结果与工程实际情况基本相符。

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不同温度条件下北山花岗岩巴西劈裂试验裂隙扩展过程

贺琦, 陈世万, 杨福波, 田云雷

长江科学院院报. 2023, 40(2): 115-123. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20210927

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对我国高放废物地质处置地下实验室场址的甘肃北山花岗岩分别进行不同温度下(25、60、90、120、200、300 ℃)的巴西劈裂试验,通过实时声发射监测、主断面分析以及颗粒流程序数值模拟,研究了岩样的裂隙扩展过程。结果表明:①120 ℃时温度对花岗岩存在显著强化效应,其他温度下花岗岩强度较常温下降低;②声发射数据显示中等温度(60~120 ℃)荷载下花岗岩产生的裂隙数量和尺度随着温度升高而增大,因此消耗更多的加载能量,使得花岗岩强度逐渐增大;③受长石、石英和云母的热力学性质差异影响,在室温至120 ℃范围,花岗岩断面裂隙随着温度升高更趋于沿着长石颗粒的边界扩展,120 ℃后非长石颗粒边界的裂隙占比开始上升;④基于花岗岩表面矿物实际分布建立了PFC^2D模型并进行模拟试验,可知温度能降低矿物颗粒间的粘结强度,使得岩石更易发生破裂。

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黄冈地区降雨型滑坡影响因素及与降雨量的关系

邹浩, 何霏, 白俊龙

长江科学院院报. 2023, 40(2): 124-130. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20210841

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湖北省黄冈市属于低山丘陵地区, 多发生小规模滑坡灾害, 降雨是诱发滑坡灾害最主要的外因之一, 分析降雨型滑坡各影响因素对滑坡数量贡献率的大小及其与雨量之间的关系, 对黄冈地区的防灾减灾具有重要作用。利用2011—2020年黄冈市238个气象观测站雨量数据资料, 结合滑坡灾情数据, 分析了区内降雨型滑坡的区域性分布特点, 并根据月平均降雨量、工程岩组和坡度对降雨型滑坡数量的贡献率, 将区内降雨型滑坡划分为高易发区、中易发区和低易发区, 选择关键期日均降雨量与前期日均降雨量作为雨量阈值判定标准, 给出各个易发区在预报、预警和警报3种状态下所对应的降雨量参考值, 为区域滑坡灾害防治提供了基础数据和科学依据。

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含泥量及成型工艺对疏浚砂水泥基材料力学性能和耐久性的影响

诸裕良, 林明泽, 陈磊, 江朝华, 孙建伟

长江科学院院报. 2023, 40(2): 131-135. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20210971

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为探索极细疏浚砂资源化利用的有效途径,分别采用振动成型及半干法压制成型方法,以不同含泥量(6.5%~25.8%)的长江下游极细疏浚砂(细度模数0.1~0.3)为主要原料制备水泥基材料替代普通混凝土。研究表明:在振动成型方法下,含泥量的增加对该材料耐久性、力学性能均有不利影响,低含泥量(6.5%)水泥基材料28 d抗压强度和劈裂抗拉强度分别可达35.1 MPa和3.98 MPa,抗冲磨强度和质量损失率分别可达12.5 h/(kg/m²)和8.4%;半干法成型方法下,含泥量的增加对水泥基材料强度增长有利,高含泥量(25.8%)水泥基材料28 d抗压、劈裂抗拉强度分别可达37.0 MPa和4.4 MPa,较振动成型方法下分别提高36.5%和25.7%。此外,以振动成型或半干法成型工艺制备的疏浚砂水泥基材料强度可靠,与普通C30混凝土相比,成本可降低33.0%~40.5%,环境友好,具有显著的生态效益。研究成果对于高效、科学、资源化利用长江下游极细疏浚砂有参考价值。

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透水性红砂岩防渗帷幕丙烯酸盐化学灌浆试验研究

曾国华, 肖承京

长江科学院院报. 2023, 40(2): 136-140. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20221179

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碾盘山水利水电枢纽泄水闸坝段防渗墙下部岩体为泥质粉砂岩、粉砂岩、中粗砂岩、含砾中粗砂岩等(K₂P^3-1),为中等透水红砂岩,水泥灌浆吸浆量小,灌后透水率仍普遍大于10 Lu,处理效果不理想。为了解决该问题,根据以往工程经验,采用丙烯酸盐化学灌浆进行处理,开展经室内岩样有压、无压可灌性试验和现场化学灌浆试验。结果表明:CW520丙烯酸盐灌浆材料对帷幕红砂岩具有良好可灌性;控制丙烯酸盐灌浆材料的浆液胶凝时间为35~45 min,定量灌注量为80 kg/m时,既可达到工程设计防渗要求,又能有效控制灌浆量,节约工程投资。研究成果已成功应用于碾盘山水利水电枢纽主体工程防渗帷幕灌浆设计与施工。

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跨运河钢桁架梁拱组合体系通航渡槽力学性能

董福歧, 张福强, 付书林

长江科学院院报. 2023, 40(2): 141-146. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20210919

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依托引江济淮工程淠河总干渠渡槽工程,对110 m世界最大跨度钢渡槽,采用数值计算和现场试验相结合的方法,对跨运河钢桁架梁拱组合体系新型钢渡槽结构的力学性能进行评价。首先,通过现场充水试验,对承受超级可变水荷载的钢渡槽结构关键截面应变和变形进行重点监测,比较监测数据与数值计算结果,分析评价结构静力性能。其次,通过现场脉动试验测试不同水位下结构的自振频率,并与数值分析结果对比,分析评价结构动力性能。充水试验结果表明,淠河总干渠新型钢渡槽处于安全状态,承载力满足设计要求。研究成果可为类似工程提供技术参考。

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玄武岩-聚丙烯纤维增强混凝土力学性能、渗透性能和孔结构研究

黄大观, 牛荻涛, 刘云贺, 苏丽, 夏倩

长江科学院院报. 2023, 40(2): 147-152. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20211046

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为了探究玄武岩-聚丙烯纤维增强混凝土的力学性能、渗透性能以及孔结构情况,开展了不同体积掺量下增强混凝土试验。结果表明:在体积掺量0~0.2%范围内,抗压强度随纤维掺量增加先增大后减小,玄武岩纤维、聚丙烯纤维掺量均为0.05%时抗压强度最大,提升幅度达到9.2%;劈拉强度随纤维的掺入均增大,且玄武岩纤维对劈拉强度的提高效应大于聚丙烯纤维;玄武岩纤维和聚丙烯纤维可有效降低混凝土的抗渗性,但是超过最佳纤维掺量时,对混凝土抗渗性产生不利影响。计算得到了玄武岩-聚丙烯纤维增强混凝土分形维数,分形维数与抗压强度呈现良好的正相关关系,而与电通量呈现良好的负相关关系。研究成果可供开展纤维增强混凝土试验的研究人员参考。

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基于CiteSpace的淡水环境微塑料研究现状及新兴趋势的可视化文献计量分析

曹玥祺, 林莉, 潘雄, 董磊

长江科学院院报. 2023, 40(2): 153-160. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20220298

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应用可视化软件CiteSpace将Web of Science核心合集及中国知网CNKI作为数据源,以2007年1月1日—2021年7月24日发表的有关淡水环境微塑料研究的文献为分析对象,通过分析淡水微塑料研究的相关文献关键词共现、关键词聚类、突显词分析、作者合作共现及机构合作共现等内容,对淡水微塑料相关的研究现状及新兴趋势进行分析。发文量分析表明,国内外近几年对淡水微塑料研究的热度持续升高,近两年涨幅较大,主要集中于中国、美国与德国等。通过关键词共现分析、聚类分析,发现国内外关于淡水微塑料的研究方向大体上相似,其中微塑料在淡水环境中的分布、淡水微塑料在沉积物中的分布与污染特征及微塑料对淡水环境的影响等都是国内外广泛关注的热点问题。通过关键词共现分析及突显词分析,发现淡水环境中微塑料的生态风险,如对淡水生物的影响是目前淡水微塑料研究的新兴趋势。除此之外,纳米塑料也是未来重点研究方向。

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融合GIS和BIM的流域环境保护三维数字化管理平台

孙文良

长江科学院院报. 2023, 40(2): 161-168. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20210958

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可视化

传统环境保护管理系统存在数据管理方式落后、多源缺乏动态关联、可视化效果欠佳等缺陷。以实现流域生态环保工作的数字化管控为目标导向,在系统分析流域环保信息化管理面临问题的基础上,提出了流域环保数字化管理平台的设计思路。通过数据分类存储、多源数据清洗、统一数据编码等技术实现了数据的融合管理和动态关联;在此基础上结合物联网数据采集、数值模拟模型和统计分析算法,实现环保数字化管理的各项功能需求;最后依托三维GIS和BIM融合技术实现了对流域环保的三维数字化展示。该平台在雅砻江流域进行了实际应用,实现了流域环保三维数字化管理,其中通过对锦屏一级水电站分层取水设施运行期间相关数据和运行面貌的实时监控及三维场景查询,显著提升了该设施的运行效果,并有效降低了流域生态环境保护风险。研究结果对于类似管理平台的设计和研究均具有借鉴意义。

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中国近60年干旱热浪演变趋势及并发特征分析

廖国清, 朱烨, 吴光东, 王文, 刘懿, 朱玲玲

长江科学院院报. 2023, 40(2): 169-176. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20220754

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可视化

利用中国气象站1961—2017年降水、气温等资料,构建周尺度标准化帕尔默干旱指数,采用相对阈值法识别热浪过程,分析干旱和热浪的时空演变规律和并发特征,结果表明:①干旱和热浪频发于夏季,二者站次比年序列均呈先减(1995年前)后增的变化趋势。②全国大部分地区热浪频次显著增加,东北、华北和云南东部的干旱频次显著增加。热浪频次突变年份主要为20世纪80—90年代,其空间分布与干旱较相似。③云南为复合型干旱热浪高发区,其次为东北、华北、广西和广东沿海,长江流域和新疆西北部的复合事件最少。④全国复合事件中约65%的热浪爆发于旱情开始及发展阶段,云南和长江中下游以南的热浪则出现在旱情恢复阶段。⑤除淮河流域和长江中下游外,复合型干旱热浪呈极显著增加趋势。研究成果可为应对极端天气气候事件和制定适应策略提供科学参考。

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新条件下长江镇扬世业洲段演变对河流功能的影响

渠庚, 卢金友, 马月华, 尹大聪, 雷文韬, 栾华龙, 李梦雨

长江科学院院报. 2023, 40(2): 177-185. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20221416

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可视化

随着社会经济的快速发展,包括三峡工程在内的强人类活动对长江下游河道自然演变造成了巨大影响,进而对下游河道的河流自然和社会功能产生影响。选取14个指标分别表征河道演变对防洪、通航、岸滩保护利用、水资源、水生态环境共5个功能的影响,构建长江下游河道演变对河流功能影响评价体系,采用专家打分法和层次分析法相结合的方式确定了指标权重,制定了各指标的量化与赋分标准,以长江下游世业洲汊道段进行实证研究。结果表明三峡工程蓄水后(2019年)大部分指标相比于蓄水前(2002年)都有不同程度变好,但也存在河岸稳定性、涉水工程群影响和水生物多样性降低等问题。构建的评价指标体系和评价结论对长江河道保护与治理具有一定的推广意义。

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乌江重庆段河道演变及其对航运的影响

卢阳, 王玉璇, 曹磊, 张乾柱, 赵东

长江科学院院报. 2023, 40(2): 186-191. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20221497

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可视化

为探究近年来乌江重庆段河道演变特征及其对航运的影响,在2016—2020年泥沙原型观测基础上,结合径流泥沙特性变化,分析了泥沙冲淤特征及河道演变规律,得出如下结论:①除主汛期外,三峡水位消落期及汛末是主要输沙期;②上游武隆峡谷段河道底床呈下降趋势、河口底床呈抬升趋势,河道坡降总体表现出减缓趋势;③相对于峡谷河段,宽阔河段的年泥沙冲淤变幅更为显著;④常年回水区河道走沙条件差,基本处于淤积状态;⑤变动回水区以上河道泥沙冲淤主要受河道形态控制。总体而言,从演变趋势来看,当前的来水来沙条件有利于减少河道泥沙淤积,重点险滩段冲淤发展态势较缓,河势整体稳定,河道演变对航运影响较小。研究成果可为乌江河道演变与治理相关研究提供借鉴。

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径流和潮流共同作用下的福姜沙河段分流分沙不平衡性

刘高峰

长江科学院院报. 2023, 40(2): 192-198. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20221431

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可视化

分流分沙比是研究分汊河段的一个重要指标。通过收集和分析2012—2019年长江口福姜沙河段实测水文资料,并采用了三维潮流泥沙数学模型ECOM-Sed对分流分沙进行计算研究。结果表明:上游径流增加或下游潮差减小均会导致福北水道的分流分沙不平衡度增加,航道的维护量和分流分沙不平衡度呈正相关性。福北水道仅有约30%的流量难以输移40%沙量,这种分流分沙比的不平衡性会导致福北水道航道严重淤积。根据研究成果,可在福姜沙目前的三座丁坝上实施加长或加高等工程措施,以降低福北水道的分流分沙不平衡性来减少福北航道的淤积量。

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2023年, 第40卷, 第2期　
刊出日期：2023-02-01

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