2023年, 第40卷, 第4期　
刊出日期：2023-04-01

  

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  长江科学院院报. 2023, 40(4): 0-0.

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专家特约稿
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  2022年长江流域干旱特征分析与新时期抗旱减灾应对模式探讨

  许继军, 袁喆

  长江科学院院报. 2023, 40(4): 1-8. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20221419

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  受大气环流异常影响,2022年长江流域夏季高温伏旱持续时间长、影响范围广、致灾程度大。分析了近15 a来长江流域历年干旱灾害事件和本次干旱特征,以及长江流域抗旱减灾体系建设现状以及在2022年干旱应对中的成效。在此基础上,提出了新时期下抗旱减灾的总体应对思路:①以优化国土空间布局为切入点,从源头上规避干旱灾害风险;②以空间上的立体调蓄与时间上的峰蓄枯补为路径,实现干旱灾害的过程防控;③以优化水利工程运行调度方式为手段,实现防汛抗旱统筹调控;并针对旱情评估与预测、旱灾风险研判和旱灾风险应对共3个方面的关键环节,提出了抗旱减灾方面的科技需求。
河湖保护与治理
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  基于云模型的平原河流生态系统健康评价

  方国华, 张文慧, 郭枫, 唐雅君

  长江科学院院报. 2023, 40(4): 9-16. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20211303

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  河流生态系统健康评价是河流生态系统治理的基础。为评估平原河网地区河流生态系统健康状况,结合平原河网地区河流的特性,从河流水文、河流形态、河岸带、水体理化、河流生物和社会服务功能6个方面,构建平原河流生态系统健康评价指标体系;确立健康、亚健康、不健康、病态、重度病态5个评价等级;采用改进的序关系分析法确定各指标权重,建立基于云模型的平原河网地区河流生态系统健康评价模型。以典型平原河网地区河流——水阳江(高淳段)为研究对象,评价其河流生态系统健康状况。将改进的序关系法-云模型结果与模糊层次分析法评价模型结果进行对比。结果表明:改进后的方法可降低评价过程中的主观性,充分体现模糊性和随机性,评价结果合理,符合实际。
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  三峡工程运用后荆江与洞庭湖关系变化研究进展

  柴泽清, 郭小虎, 朱勇辉

  长江科学院院报. 2023, 40(4): 17-23,30. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20220382

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  荆江与洞庭湖之间存在复杂的江湖水沙交换关系,水沙变化引起江湖冲淤变化,进而影响长江中游地区的防洪安全与水资源利用等。三峡工程运用后坝下游水沙条件发生较大改变,江湖关系进一步调整。从江湖水沙关系变化、荆江特别是分流口门附近河道冲淤演变、三口分流洪道冲淤演变、洞庭湖区冲淤变化及城陵矶水位变化等方面,系统梳理了三峡工程运用后荆江与洞庭湖关系变化研究进展,得到以下结论:荆江三口分流量略有减少,分沙量大幅下降,藕池口河势调整较剧烈,进流条件有所恶化,洞庭湖由淤积转为微冲,湖区水位下降,城陵矶—汉口河段冲刷,城陵矶水位下降等,江湖水沙驱动机制仍存在一定不足,在荆江洪水位变化及洞庭湖未来演变趋势方面仍存在争议;指出了目前研究中存在的不足,如缺乏定量分析和系统性与完整性研究,并提出了下一步研究需重点关注的问题。
水资源
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  汉江流域蓝绿水资源变化特征及其主要影响因素分析

  宋慧玲, 陈述, 敖源鸿

  长江科学院院报. 2023, 40(4): 24-30. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20211395

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  汉江流域作为南水北调中线工程重要水源涵养地,统筹调控水资源量有助于推动汉江流域水资源保护和汉江经济带发展。基于SWAT模型,采用Mann-Kendall(M-K)检验等数理统计方法,模拟分析汉江流域1985—2019年降水量、气温、蓝绿水资源变化及其对气候变异和土地利用变化的响应。结果表明:近35 a来,汉江流域多年平均绿水资源量约为多年平均蓝水资源量的1.74倍。全流域蓝水资源和绿水资源均呈现出不显著的增加趋势;在空间上,蓝绿水资源总体分布特征均呈现出由西部、北部向东南逐渐增加的趋势。流域内蓝绿水资源量变化同时受气候及土地利用的影响,气候变化是主要因素,土地利用变化的影响则较小。
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  基于RBF-SWAT的气候变化下汉江上游流域径流预测及特征分析

  王立, 翟文亮, 张爵宏, 曹慧群, 唐见

  长江科学院院报. 2023, 40(4): 31-36. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20211281

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  为研究气候变化下汉江上游流域的径流响应,基于RBF神经网络降尺度模型,利用2020—2099年CanESM2模式下RCP8.5(高温室气体排放)和RCP2.6(低温室气体排放)两种气候情景,生成未来气温与降水数据;耦合SWAT水文模型,模拟分析流域2020—2099年径流变化对不同气候情景的响应特征。结果表明,汉江上游年径流量均呈不明显增加趋势,RCP8.5情景下的径流增加趋势比RCP2.6情景稍小,径流量年内分配与基准期大致相同,两种情景下汛期径流量稍有减小,可能是降尺度模型生成的降水量极大值偏小导致的。研究结果可为汉江流域水文气象综合管理提供一定的科学依据。
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  中国可降水量时空分布及其变化趋势分析

  黄双庆, 唐超礼, 黄友锐

  长江科学院院报. 2023, 40(4): 37-43. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20211241

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  为了探究2003—2021年中国可降水量时空分布及其变化趋势特点,采用美国国家航空航天局地球观测系统卫星Aqua上AIRS探测仪反演的AIRS3STM中可降水量数据,通过线性拟合、Mann-Kendall检验和经验正交函数分析法,分析其时空变化影响因素。结果表明:①中国日间、夜间年际可降水量呈上升趋势,日间上升速率为0.044 (kg/m²)/a,夜间上升速率为0.062 (kg/m²)/a,并得出日间、夜间突变点发生时间分别是2014年和2008年。②中国日间、夜间四季变化均为上升趋势,夏季变化速率最大,春季、冬季变化速率较低,仅日间夏季和夜间的夏、秋和冬季通过了α=0.05的显著性检验。③中国日间可降水量和地表温度空间分布与纬度呈负相关,纬度越低,可降水量、地表温度越高,华南地区可降水量较高,西北地区偏低,利用EOF分析法选取部分典型区域也验证了以上规律。④可降水量与地表温度呈正相关,地表温度越高,其上升趋势越明显。研究成果对中国的气候、地形分布以及自然灾害预警均有一定参考意义。
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  变化环境下气候因素对赣江径流的影响

  韩会明, 孙军红, 简鸿福, 朱龙辉, 胡闽

  长江科学院院报. 2023, 40(4): 44-50. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20211383

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  为探究变化环境下赣江流域水文极端事件季节性变化的新特征,基于赣江流域1960—2018年气象水文数据,引入Copula函数和条件概率分布建立径流与气候因素之间的概率依存关系,分析季节性径流与气候因素之间的相关性和敏感性,以及不同气候情景下水文极端事件发生的概率特征及变化。结果表明:赣江流域春季径流和降水量均呈减少趋势,其他季节呈增多趋势;对数正态分布、威布尔分布、伽玛分布和广义极值分布对气象水文要素拟合效果良好,气象要素与径流的最优Copula函数以Frank-Copula函数为主;径流与降水量、相对湿度和水汽压呈正相关,与潜在蒸散量、日照时长呈负相关,且春夏冬对降水量最敏感,秋季对日照时长最敏感;降水量从中值降至低值时,径流特枯事件发生概率平均增多16.6%,由中值增至高值时,洪水发生概率平均增多13.6%。
水环境与水生态
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  船载自动巡测模式在长江水质监测中的应用

  李名扬, 张智源, 王晓晨, 谢卫民, 翟婉盈, 谭凌智, 周伟, 刘旻璇

  长江科学院院报. 2023, 40(4): 51-58,65. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20211381

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  水质的人工监测与固定自动站监测断面数量有限、断面间距大,而水质自动巡测能够实现“高密度、多因子”的自由巡测,是研究水体污染物传输和分布规律一种新的技术方式,但目前该技术有待进一步在实践中运用与验证。利用“中国环监008”监测船,搭载自动监测设备,在长江干流(重庆至武汉区段)和三峡库区主要支流开展了水质巡测,掌握了长江重庆至武汉段水质状况和沿江污染物空间分布特征,证明了部分污染物分布特征与区域生产生活产生的污染负荷之间的相关性。通过质量控制及比对监测,评估了水质巡测技术的可行性和有效性。研究成果为开展长江大尺度、快速、动态、连续自动监测,摸清区域性水质问题,排查长江水环境风险提供技术支撑。
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  怒江真核浮游生物的海拔分布格局及其环境影响因素

  黄杰, 邓玥, 李天翠, 胡明明, 刘威, 王雨春, 王英才, 胡愈炘

  长江科学院院报. 2023, 40(4): 59-65. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20211320

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  为研究怒江真核浮游生物群落的多样性,于2020年11月在怒江干流约2 000 km的区域布设了35个样点进行样品采集,基于18S rRNA分子标记进行宏条形码分析,探究了真核浮游生物群落的空间分布差异及其对环境因子的响应。测序共得到1 320个操作分类单元(OTU),涵盖了真核浮游生物群落共34门302属。β多样性显示怒江的真核浮游生物群落能够随海拔梯度的变化明显分为高海拔(4 000 m以上)、中海拔(1 000~4 000 m)和低海拔(1 000 m以下)3个分组,组间差异大于组内差异。不同海拔真核浮游生物的α多样性显示,表征物种丰富度的Chao1指数、表征群落均匀度的Pielou指数、表征群落整体多样性的Shannon-Wiener指数和Simpson指数均随着海拔的升高呈降低趋势,说明海拔的升高会影响真核浮游生物的多样性。在不同海拔的群落组成差异上,纤毛虫门和绿藻门的物种相对丰度随着海拔的降低而升高,主要富集于低海拔区域;硅藻门物种是相对丰度最高的物种,主要富集于中海拔区域;节肢动物门的物种相对丰度随着海拔的降低而降低,主要富集于高海拔区域。环境影响因素上,怒江pH值和电导率随纬度的降低而降低,水温、溶解氧、流速和浊度随纬度的降低而升高,海拔、水温和流速是显著影响怒江真核浮游生物群落分布的环境因子。
水灾害
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  贵州省正安县“2020·6·12”山洪灾害成因分析与启示

  卢阳, 黄科翰, 胡月, 张乾柱

  长江科学院院报. 2023, 40(4): 66-72. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20211344

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  2020年6月12日凌晨,贵州省正安县白花河流域突降大暴雨至特大暴雨,致碧峰集镇所在地发生特大山洪灾害。为探寻此次山洪灾害成因,在资料收集和现场勘测基础上,分析了灾情、雨情和水情,还原了山洪动态淹没过程,并利用基于二维浅水方程开发的洪水演进模型软件对洪水演进过程进行了模拟和验证,得出以下主要结论:①特殊的地形地貌和独特的地理位置为灾害发生提供了基础条件;②短历时超强降雨叠加较高的前期累积降雨量是诱发灾害关键因素;③河道现状防洪能力不足与洪峰流量过大的矛盾使得灾害发生成为必然;④非常住人口与流动人口较多,妇女和儿童自救能力差,部分群众避险意识不强,极大增加了灾害损失。在此基础上,提出了科学规划顶层设计、完善山洪灾害群测群防体系、细化防洪减灾动态管理等启示和建议。研究成果对防洪减灾、洪水风险分析和灾情评估等山洪灾害防治工作具有一定的借鉴和指导意义。
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  基于水工消能原理的溃口水流降速方法

  程永辉, 陈航, 熊勇

  长江科学院院报. 2023, 40(4): 73-78. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20211173

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  溃口险情具有发生难以预测、 发展速度极快、 抢险难度很大的特点。 目前溃口抢险的方法主要是采用机械化作业加抛投物料。 在溃口发展期, 口门处水头差大、 流速快、 物料极易被冲走, 因此往往是在水流流速减缓后进行堵口。 这不但降低了抢险的时效性, 而且使堤内经受长时间洪水涌入造成了较大的经济损失。 针对较高速水流条件下堵口的难题, 从降低水流流速的角度出发, 基于水工消能原理, 发明了一种水流降速结构物, 对其降速的基本原理进行了分析, 并通过模型试验和数值模拟方法研究并验证了其降速效果和受力性能, 最后提出了溃口水流的降速方法。 研究成果可降低较高流速下溃口抢险的难度, 使得较高流速下溃口封堵成为可能。
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  暴雨山洪监测技术研究进展与发展趋势

  许文涛, 唐文坚, 王协康, 董林垚, 丁文峰, 郭宜薇, 张平仓

  长江科学院院报. 2023, 40(4): 79-87. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20211299

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  山区局地降雨是诱发暴雨山洪的最主要因素,加强山区小流域雨量监测,分析致灾临界雨量指标值并及时发布有效预警信息,是降低山洪灾害损失的有效非工程手段。目前针对暴雨山洪灾害研究主要集中在短时临近预报预警领域,对山洪监测技术适用性研究不足,山洪暴发的时空尺度具有特异性,传统监测站网无法满足山区暴雨高强度短历时的监测需求,当前构建跨尺度山洪监测体系仍具有一定难度。针对山洪监测技术中雨量监测研究现状,评述了国内外雨量计、测雨雷达、卫星遥感、微波链路测雨及降雨融合技术研究进展。暴雨山洪监测技术虽然在不断发展,但单一监测传输手段及信息源将无法满足复杂山区环境的山洪监测要求,通过构建山洪立体监测技术体系,可为山洪过程模拟、洪灾风险评估及山洪预报预警提供实时雨量监测数据和技术支撑。
水力学
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  竖缝式鱼道180°转弯段隔板布置与水力特性

  柳松涛, 石小涛, 孙双科, 李广宁, 陈里, 张立胜, 谭均军, 杨文俊

  长江科学院院报. 2023, 40(4): 88-94. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20211254

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  受枢纽布置与地形条件限制,很多鱼道工程都需要设置180°转弯段。前人研究发现180°转弯段容易出现较大的回流区并影响上溯效率,为改善转弯段水流结构,目前常用的做法是沿转弯段边墙增设垂向导板。与以往研究不同,本研究提出了一种在转弯段内增设顺水流方向导鱼隔板的布置方案。采用数值模拟对转弯段水流流场进行计算研究,结果表明隔板布置可以使主流区基本居中,回流区减小,回流区长宽比增加,转弯段内形成不同流速量值的流区,是一种可供借鉴的优化布置方式。
岩土工程
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  深厚覆盖层上土工膜防渗堆石坝渗流场影响因素分析

  岑威钧, 赵昱豪, 李邓军, 刘力增

  长江科学院院报. 2023, 40(4): 95-99,106. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20211233

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  随着筑坝技术的发展,深厚覆盖层逐渐成为土石坝常选坝基方案,其中坝基渗流控制是需要解决的关键问题之一。采用有限元法,对深厚覆盖层上土工膜防渗堆石坝渗流场进行计算分析,重点研究悬挂式防渗墙深度、覆盖层深度和渗透性对坝基渗流特性的影响。结果表明:防渗墙深度、覆盖层深度和渗透性均显著影响坝基渗流特性;防渗墙深度变化或覆盖层深度变化下,大坝渗流量和相对防渗深度关系曲线基本重合,均呈现先线性缓慢减小后急剧下降的特点,防渗墙和覆盖层深度共同决定坝基渗控效果;采用悬挂式防渗设计时,为保证大坝渗流量控制率达到75%,相对防渗深度与覆盖层渗透系数之间呈强对数线性关系。研究成果可用于待建类似工程防渗墙深度的初拟或已建类似工程坝基覆盖层防渗效果的评价。
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  黄土钻孔剪切特性影响因素分析

  于永堂, 朱建民, 郑建国, 徐文涛, 张龙, 黄晓维

  长江科学院院报. 2023, 40(4): 100-106. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20211247

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  为指导钻孔剪切试验在黄土地区的应用,利用改进的Iowa钻孔剪切仪研究了典型西安Q₃黄土的钻孔剪切特性,探讨法向应力范围、加载剪切方式、剪切速率等因素对试验结果的影响规律。试验结果显示:当法向应力控制在初始应力和临塑应力范围内,抗剪强度与法向应力之间能较好地符合摩尔-库伦破坏准则;当法向应力小于初始应力时,试验求得的黏聚力偏小甚至为负值,内摩擦角偏大;当法向应力超过临塑应力后,试验得到的黏聚力偏大,内摩擦角偏小;分别加载剪切法与分级加载剪切法测得的抗剪强度参数相差不大;当首级法向应力固结10 min、分级法向应力固结5 min时,法向位移速率均＜0.005 mm/min,该值可作为固结变形稳定的判定依据;当剪切速率为1.7～2.3 r/s时,抗剪强度指标的测试结果相差较小。上述钻孔剪切特性影响因素的试验结果可作为试验操控和数据处理的参考依据。
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  地震作用下压力型锚索锚固段受力状态理论分析

  叶红, 陶廷权, 李艳

  长江科学院院报. 2023, 40(4): 107-112,118. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20211270

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  为更加精确地研究地震作用下压力型锚索的锚固机理,根据Mindlin基本解,结合单自由度体系的有阻尼强迫振动特点,推导了压力型锚索锚固段注浆体受到的压应力表达式和锚固段较软岩体与注浆体之间剪应力表达式。通过算例分析了简谐荷载的幅值、简谐荷载的圆频率以及低阻尼体系的阻尼比等因素对压力型锚索加固效果的影响。研究结果表明:简谐荷载的幅值和圆频率对压力型锚索加固效果影响较大,低阻尼体系的阻尼比对压力型锚索加固效果影响较小;简谐荷载的幅值与注浆体受到的应力呈线性关系;简谐荷载的圆频率与压力型锚索体系的有阻尼自振圆频率越接近,注浆体受到的应力越大。研究成果可为压力型锚索加固岩土体的抗震设计提供一定的理论参考。
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  间歇式真空预压处理高含水率疏浚泥模型试验

  韩启元, 徐桂中, 李明东, 翁佳兴

  长江科学院院报. 2023, 40(4): 113-118. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20220272

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  为明确间歇式真空加载方式对真空预压处理高含水率疏浚泥加固效果的影响,对不同真空加载方式下的疏浚泥开展室内模型试验,研究了不同真空间歇时长下疏浚泥的处理效果,并探讨了间歇式真空引起疏浚泥处理效果改变的机理。结果表明:与传统恒定真空加载方式相比,采用间歇式真空可降低土颗粒的迁移,提高真空在土中的传递效率,从而改善真空预压处理后疏浚泥的加固效果。对本研究所用疏浚泥,采用间歇6 h的真空加载方式处理效果最佳。相比传统真空预压方式,疏浚泥的累计出水量提升26.8%,十字板剪切强度提高36.7%,土体含水率降低18.9%,间歇式真空预压法处理高含水率疏浚泥效果更佳。
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  基于声发射和DIC特征的层状复合岩石力学损伤试验及模型研究

  杨振, 亓宪寅, 冯梦瑶, 王胜伟, 付鹏

  长江科学院院报. 2023, 40(4): 119-126, 133. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20211191

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  为研究层状复合岩石的力学损伤特性,以深部致密储层砂岩及泥岩为研究对象,通过相似材料模型试验制备层状复合类岩石,开展单轴压缩试验并辅以声发射系统及数字图像修正(DIC)系统全过程监测,得到层状复合岩石的强度及弹性模量等物理力学参数。研究声发射振铃计数与岩石损伤演化过程对应规律,将单轴压缩下层状复合岩石损伤过程划分为初始损伤、损伤稳定发展及损伤加速三个阶段。以声发射内部损伤演化特征及DIC表面损伤演化特性为基础,建立了基于双损伤因子表征的层状复合岩石损伤本构模型。结果表明:3类岩石中,A类岩石的强度及弹性模量分别高于B类岩石21%和24%,AB类层状复合岩石的强度及弹性模量则低于B类岩石3%和4%。A类岩石以拉伸破坏为主,B类岩石多呈单斜面剪切破坏,AB类复合岩石主要沿胶结层理面或强度较弱部分产生拉伸-剪切滑移型破坏。三类岩石加载初期声发射活动较弱,在峰值应力时信号值达到最大。文中提出的模型合理地揭示了单轴压缩下层状复合岩石内部结构发展与外部裂纹萌发、扩展与贯通的损伤演化机理。
水工结构与材料
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  多因素耦合条件下锚索材料腐蚀演变规律

  廖灵敏, 肖伟, 王媛怡, 梁凯

  长江科学院院报. 2023, 40(4): 127-133. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20221145

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  基于实际工程预应力锚索面临的复杂多因素腐蚀环境,为了更真实全面地掌握其材料腐蚀耐久性及规律,开展了pH值、侵蚀性离子(Cl^-、SO₄^2-)、近真实荷载应力耦合作用下的锚索室内加速腐蚀试验。监测了运行中锚索钢绞线锚固荷载变化特性,采用材料微观表征和力学性能测试方法系统研究了锚索钢绞线表观腐蚀演化、产物结构特征以及单位长度质量损失、抗拉强度损失率等时变规律,并分析揭示了相应的腐蚀反应机理。研究表明,荷载应力对钢绞线腐蚀程度有一定加剧作用,与无应力状态下相比,高应力条件下钢绞线抗拉强度损失率显著增大。SO₄^2-与Cl^-同时存在比SO₄^2-或Cl^-单一存在更加速了钢绞线腐蚀,碱性溶液中腐蚀程度相对低于酸性溶液中的腐蚀程度。加速腐蚀试验1 a后钢绞线单位长度质量损失最高可达0.5 g/cm,抗拉强度损失率最高达到近50%。该研究可为评估预测真实服役环境中锚索腐蚀耐久性寿命提供科学依据和数据支撑。
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  掺粉煤灰混凝土绝热温升速率特征及模型研究

  权娟娟, 傅少君, 杨如东, 陈健, 张凯峰

  长江科学院院报. 2023, 40(4): 134-140. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20211097

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  绝热温升速率是影响混凝土绝热温升的关键因素,通过对3种初始温度、5个水胶比的35%掺量粉煤灰混凝土开展绝热温升室内模型试验,研究初始温度和水胶比对绝热温升及绝热温升速率曲线的影响规律,提出绝热温升速率加速期、减速期和衰速期三阶段的划分标准,建立考虑水胶比、初始温度的粉煤灰混凝土绝热温升速率三阶段模型,可以预测各个龄期的绝热温升速率,对大体积混凝土温控具有一定的参考价值。
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  PVC膜应力松弛特性

  谷晓雨, 张宪雷

  长江科学院院报. 2023, 40(4): 141-149. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20220422

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  荷载作用下高面膜堆石坝周边缝处坝体或坝肩的差异位移造成PVC膜处于大变形拉伸状态。为了探究差异位移稳定后PVC膜大变形状态下的力学特性,设计试验方案展开了PVC膜室内应力松弛特性试验,并监测了初始延伸率分别为50%、80%和125%状态下拉力值的变化;在试验数据分析成果的基础上,运用广义Maxwell和分数阶两种模型分别描述了PVC膜应力松弛规律,对比分析了模型的优劣。结果表明:分数阶模型可更精确地描述和预测高面膜堆石坝周边缝处PVC膜长期单向拉伸变形状态下的应力松弛性能,选用长时间序列应力松弛试验数据验证了模型预测应力松弛成果的准确性。应力松弛后试样断裂延伸率衰减较大,建议在设计施工时采取工程措施保证膜防渗结构的安全性。研究成果可在高面膜堆石坝周边缝处面膜结构设计方案时参考使用。
水利信息化
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  区块链技术在智慧水利体系建设中的应用展望

  徐健, 徐坚, 魏思奇, 赵保成, 肖潇, 李国忠

  长江科学院院报. 2023, 40(4): 150-54,163. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20211200

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  当水利信息化进入大数据时代,遇到的最大难题,可能不是信息不足,而是信息的过载;可能不是信息的“触手可及”,而是信息的孤岛问题。区块链是一种去中心化的分布式账本,确认后的数据块一旦上链就很难篡改,上链后的数据块均带有时间戳,可以避免在非涉密数据管理过程中出现数据孤岛、数据质量低、数据泄露等情况。结合区块链技术去中心化、不可篡改、可追溯的特性,探究其在智慧水利体系建设中的应用前景,在水利数据安全与共享、水利业务应用、智慧水利综合管理平台3个层面阐述相关应用,并指出了区块链在水利应用中存在的风险和挑战。研究表明区块链技术为水利信息化、智能化带来新的突破,有助于打破行业数据共享壁垒,促进数据共建共享。
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  白鹤滩库区象鼻岭—野猪塘段地质灾害综合遥感识别

  吴明堂, 崔振华, 易小宇, 冯文凯, 尹保国, 薛正海, 韩靖楠

  长江科学院院报. 2023, 40(4): 155-163. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20211219

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  在蓄水前查清库岸地质灾害数量和位置是大型水库区地质灾害防治的重要工作之一,人工或单一技术手段的调查方式往往会遗漏许多地质灾害。采用合成孔径雷达干涉测量(Interferometry Synthetic Aperture Radar,InSAR)和无人机光学遥感技术对白鹤滩库区象鼻岭—野猪塘段崩滑库岸地质灾害进行了综合遥感识别工作。通过对识别结果的复核和综合分析,结果表明:①通过综合遥感技术识别地质灾害114处,其中无人机光学遥感和InSAR技术分别识别89处、39处,相比人工排查新增72处;②通过联合升降轨影像的方法有利于改善SAR数据的几何畸变效应,增加SAR可视性区域面积,提高地质灾害识别成果的有效性;③对于新近发生缓慢变形地质灾害可以通过InSAR技术识别,限于光学影像精度和时效性则难以通过光学遥感识别;④过去发生变形的地质灾害可从无人机光学遥感和InSAR识别其宏细观特征,对于SAR数据周期内出现可探测形变,亦可同时被InSAR技术识别;⑤对于面积较大的地质灾害,InSAR技术和光学遥感手段均能有效识别,限于数据精度,InSAR技术对于较小面积的地质灾害难以有效识别。利用InSAR与无人机光学遥感等技术开展地质灾害综合遥感识别,可以获得地质灾害的地表变形信息,了解地质灾害的特征要素信息,克服星载光学遥感解译的局限性,有效避免高山峡谷地区人工或单一技术方法地质灾害识别遗漏。
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  基于智能机器人的水下建筑物裂缝检测方法与应用

  刘巍, 葛海彬, 徐妍彦, 赵洪光, 金京善, 季昊巍

  长江科学院院报. 2023, 40(4): 164-169, 190. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20221383

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  针对水下建筑物裂缝检测问题,研发了一款新型智能水下机器人,此机器人具备恒温控制、低耗能驱动功能,可以在超低温深水环境下进行自主采集数据、导航与定位。基于机器人采集得到的图像数据,在图像预处理、深度卷积网络理论和裂缝特征数据标注的基础上,改进了原始的CNN模型,提出了特征金字塔融合卷积神经网络模型FPECNN,对不同类型的裂缝进行了提取。将FPECNN网络应用于莲花水电站大坝的裂缝检测工程中,计算结果表明FPECNN在检测率、召回率和F值上都处于较高的水平,达到了97.26%、98.04%和96.65%,耗时为3.12 s;FPECNN网络普适性与鲁棒性更佳,能够适应大多数的裂缝数据,生存能力更好,有利于解决常规CNN模型在水下建筑物检测中检测率低、效率低的问题。该智能机器人可将检测人员从高寒水下恶劣、繁重和危险的现场作业中解脱出来,同时解决水电站传统检测中因弃水造成的巨大经济损失问题,并能提高检测效率和精度。
长江源科学考察与研究专栏
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  长江源典型地区高寒草地退化对土壤分离的影响

  孙宝洋, 任斐鹏, 邵逸文, 刘纪根, 李昊, 师哲

  长江科学院院报. 2023, 40(4): 170-169. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20220341

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  长江源高寒草地存在不同程度的退化,导致局部水土流失仍呈增加的趋势。为研究高寒草地退化对土壤分离速率的影响,开展不同植被退化程度坡面径流冲刷试验。结果表明,植被完全退化坡面的高山草甸土平均分离速率(0.54 g/(cm²·min))显著大于重度和中度退化坡面(0.34和0.12 g/(cm²·min)),并远大于轻度退化的坡面(0.03 g/(cm²·min));完全退化坡面的淡寒钙土平均分离速率(4.29 g/(cm²·min))分别是寒钙土、草甸沼泽土和高山草甸土的3.25、7.27和7.94倍。不同退化程度的土壤分离速率随水流剪切力、径流功率与过水断面单位能量的增加,均呈较好的线性或幂函数关系,但与水流功率的拟合效果最好。在相同水流功率条件下,长江源土壤分离速率大于西南及黄土高原地区。本研究可为长江源区土壤侵蚀机理的研究和水土保持措施优化配置提供参考。
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  基于遥感与地面实测的青藏高原冻土流域土壤温湿度变化分析

  杨涵, 徐平, 常福宣, 洪晓峰, 袁喆, 何晓波

  长江科学院院报. 2023, 40(4): 177-184. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20220762

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  为研究青藏高原冻土流域土壤温湿度变化特征,在唐古拉冻土流域基于多源遥感(SMAP、ESA CCI)监测数据进行表层土壤温湿度的时空分布刻画,基于地面实测站点(唐古拉冻土气象站、DFIR冻土积雪气象站)数据进行不同深度土壤温湿度的动态分析,并进行遥感与地面站点表层土壤温湿度的对比研究。结果表明,唐古拉冻土流域海拔较低处土壤温度高于海拔较高处,流域东部土壤湿度高于西部;土壤温湿度变化随着埋深加深明显滞后,且冻结期土壤湿度呈现出明显的两段式下降趋势;SMAP土壤温湿度数据与地面站点监测数据相关性较好,相比ESA CCI数据,SMAP数据准确度更高。
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  长江源区基流分割方法对比及基流特征分析

  李光录, 樊立娟

  长江科学院院报. 2023, 40(4): 185-190. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20220328

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  基流是河川径流的主要补给来源,使用稳定、可靠的基流分割方法,分析基流特征值时间序列变化,对流域水资源规划和生态环境保护具有重要作用。为了探究长江源区基流特征值时间变化特性,采用长江源区直门达水文站1957—2020年的流量日值资料,分别使用滤波法、BFI法和 HYSEP法等基流分割方法,分析适合长江源区基流分割方法,并对基流指数、基流年内最大值、最小值、年平均值分别作时间序列分析。结果表明: 各种方法结果相差较大,计算各年代际基流指数,最大值和最小值分别为0.899和0.502。滤波法F4法方差较小、年际和年内变化较小,认为滤波法F4法是适合直门达水文站的基流分割方法。由滤波法F4法分析结果可知,直门达基流各指数均呈现增长趋势且未来呈现持续增长趋势,使用贝叶斯方法统计各指标表明长江源区直门达站基流指数BFI、年基流最大值、年基流最小值、基流年平均值分别在2002年、2004年、2017年、2004年发生显著性变异。长江源区暖湿化过程是基流变化持续增长的原因之一。同时,基流指数持续增大,说明长江源区基流占年径流量比重增加,也在一定程度上说明区域水源涵养能力不断增强。