2023年, 第40卷, 第7期　
刊出日期：2023-07-01

  

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封面与目次
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  第40卷第7期封面与目次

  长江科学院院报. 2023, 40(7): 0-0.

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河湖保护与治理
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  量质结合的举水新洲段生态流量

  章运超, 柴朝晖, 王家生, 朱孔贤, 闵凤阳

  长江科学院院报. 2023, 40(7): 1-7. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20220483

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  研究满足水质和水量需求的生态流量对于河湖水环境治理保护很有必要。以水质性缺水的河流举水新洲段为例,基于实测河道断面数据和污染源调查结果,运用MIKE11软件建立了河道水量水质模型,并根据实测资料对模型进行了率定。利用率定后的模型,以COD、NH₃-N、TN、TP作为主要污染物指标,通过试算法计算了现状排污条件下,各月份中控制断面水质达标的生态流量,同时运用Tennant法和流量频率曲线法计算了满足河流生态系统基本水量需求的生态流量。对3类方法计算结果综合比较讨论,得出了统筹水质水量的举水新洲段各月份生态流量。
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  黄河内蒙古段造床流量变化及其影响因素

  王克志, 刘晓民, 张红武, 张晓华

  长江科学院院报. 2023, 40(7): 8-15. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20220317

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  造床流量是反映河床冲淤的表征指标,也是河道整治的主要参数。基于1960—2019年实测数据,运用改进马卡维耶夫法、平滩水位法、地貌功法,计算并分析了石嘴山、巴彦高勒、三湖河口、头道拐水文站造床流量。结果表明:时间上,1960—1989年、2010—2019年造床流量为2 100～3 540 m³/s,中水河槽冲刷,1990—2009年造床流量为740～1 300 m³/s,河槽淤积萎缩严重;空间上,造床流量呈现上站大于下站的特点;造床流量受来水量影响较大,在汛期水量低于105亿m³的情况下,可以通过刘家峡、龙羊峡、海勃湾水库三库联调适当增大汛期来水量,强化黄河内蒙古段造床作用。研究结果显示改进马卡维耶夫法物理意义明确,计算结果相对合理,可为冲积性河流造床流量确定及黄河内蒙古段河道治理提供参考。
水资源
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  长江干流跨省横向生态补偿机制框架探讨

  尹正杰, 庄超, 陈进

  长江科学院院报. 2023, 40(7): 16-21. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20221394

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  长江是中华民族的母亲河,推动建立长江流域横向生态保护补偿机制,对于理顺流域生态保护地区与受益地区的利益关系,促进流域高水平生态保护和高质量发展具有重大意义。以长江干流为对象,提出了基于水质水量的长江干流跨省横向生态补偿框架,探讨了横向生态补偿的补偿要素、补偿标准、补偿资金分摊、监测考核指标和保障体系,并采用2018年数据初步开展了长江干流跨省横向生态补偿案例研究。研究结果表明长江干流横向生态补偿的主要出资省(自治区、市)为江苏、上海、安徽,获得补偿的省(自治区、市)为四川、青海、云南、西藏、江西,体现了长江干流下游受益省份对上游保护省份的补偿关系。研究认为长江干流应建立一个全流域层面多省份同时参与的横向生态补偿机制,初期可以水质水量为补偿要素,未来可逐步拓展补偿要素范围,提高补偿考核标准,完善生态补偿保障体系。
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  大面积种植桉树人工林对流域径流影响的模拟研究

  黄锋华, 黄本胜, 洪昌红, 邱静

  长江科学院院报. 2023, 40(7): 22-26. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20220214

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  桉树因生长速度快、适应能力强、经济效益高等特点,广泛种植于我国南方湿润地区。大面积种植桉树人工林对水资源量和洪水的影响已成为学者关注的焦点问题之一。以广东省流溪河水库流域为例,采用具有物理机制的分布式水文模型,应用情景分析方法,模拟不同桉树人工林种植下垫面条件对流域径流的影响。结果表明:相对一般树种(天然混交林等),大面积种植桉树人工林将减少流域年水资源量,桉树人工林面积每增加1万hm²,年水资源量减少约2 200万m³;大面积种植桉树人工林对场次洪水影响较小,不同桉树种植条件下的洪水过程线比较相近,洪峰流量变化相对较大;每种植1万hm²桉树人工林,洪峰流量可增加约10 m³/s。总体来看,大面积种植桉树人工林加剧了水资源量流失,提高了洪峰流量,从而增加了水旱灾害防御的风险。
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  济南长清岩溶地下水位与降水量、黄河水位的相关性

  齐欢

  长江科学院院报. 2023, 40(7): 27-31. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20220176

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  为查明济南长清岩溶地下水位与降水量、黄河水位的相关性,选取2007—2019年长清—孝里铺水文地质单元4个岩溶地下水位监测井动态长期监测数据、同期降水量和黄河水位资料,采用小波相干和多元小波相干的方法对数据进行分析。结果表明:①岩溶地下水位动态存在显著的连续或间断的1 a、0.5 a高频主振荡周期。②岩溶地下水位与降水量的平均小波相干值(AWC)平均值为0.47,显著相干性百分比面积(PASC)平均值为20.64%;地下水位与黄河水位的AWC平均值为0.42,PASC平均值为13.00%,降水量对地下水位的影响程度大于黄河水位。③孝里镇广里村、归德镇—文昌街道一带岩溶地下水位与降水量、黄河水位的多元小波相干值(MWC)均较AWC至少增加了5%,说明该地区岩溶地下水位受到降水量和黄河水位的共同影响。该研究成果对于进一步认识济南沿黄地区“大气降水-地表水-地下水”转化关系和保泉供水具有重要意义。
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  CMIP6对三峡库区万州段降水和气温的模拟能力评估

  李佳文, 周育琳, 魏兴, 范祖金

  长江科学院院报. 2023, 40(7): 32-40. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20221072

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  为了准确预估三峡库区未来的水文气象变化趋势,为库区水资源的合理分配提供科学依据,借助12种CMIP6全球气候模式数据和多模式集合MME,采用平均值分析法、Mann-Kendall突变检验法、泰勒图分析法和TS评分法,分别从季节月平均气温和降水、突变年份和综合模拟能力评估全球气候模式在万州段的适应性。结果表明:①在降水模拟结果方面,三峡工程蓄水前模式ACCESS-CM2的模拟效果较好,蓄水后MME对降水的模拟效果较好;②在气温模拟结果方面,三峡工程蓄水前MME的模拟效果较好,蓄水后模式ACCESS-CM2的模拟效果较好;③综合来看,模式ACCESS-CM2对蓄水前后气温和降水的模拟效果最好。
水环境与水生态
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  平寨水库水体氢氧同位素及水化学特征

  谢江婷, 周忠发, 王翠, 孔杰, 李永柳, 温朝程

  长江科学院院报. 2023, 40(7): 41-49. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20220235

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  为探究平寨水库上游河流对库区水体的影响,以平寨水库及上游三岔河流域为研究对象,于2020年1月和7月分别在入库河流和库区采集了水样,运用数理统计、Durov图、相关分析、空间插值等方法对水样的水化学指标及氢氧同位素进行分析,初步探讨了其时空分布特征及成因。研究结果表明:①库区水体水化学特征极大程度上受到补给河流的影响,水库水体水化学类型与流域水体一致,以HCO^-₃-Ca²⁺型为主,枯水期水体离子质量浓度高于丰水期;②水体δD与δ¹⁸O存在明显的线性关系,氢氧同位素呈现夏高冬低的变化特征;水体接收降水补给的同时受到岩溶地下水影响,形成了与降水不同的季节变化特征;③库区及流域水体氢氧同位素大体上沿大气降水线分布,水体拟合方程斜率和截距小于全球及区域大气降水线,表明水体以降水补给为主,但经过了强烈的蒸发分馏作用;④枯水期下游及库区水体受降水影响显著,上游水体受蒸发影响,丰水期流域及库区水体氢氧同位素与离子质量浓度显著相关,水体受到蒸发作用影响明显。
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  耦合改进输出系数法-SWAT模型的丹江口水库流域非点源污染模拟

  翟文亮, 唐见, 汪成刚, 李晓萌, 赵科锋

  长江科学院院报. 2023, 40(7): 50-58. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20220184

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  为更精准评估南水北调中线工程通水后丹江口水库流域非点源污染特征,改善SWAT模型非点源模拟精度,耦合“产生-流失-入河”三阶段改进输出系数法-SWAT模型,对流域多类型的非点源污染入河过程进行综合模拟研究。结果表明:①应用改进输出系数法从产生、流失到入河,分3个阶段分别估算了畜禽养殖、农村生活和水产养殖污染的TP、TN等污染物指标的负荷量。②耦合SWAT水文模型,全面模拟分析丹江口水库流域2019年非点源污染负荷时空分布特征。将畜禽养殖、农村生活、水产养殖污染以县区为单元进行概化,以点源的形式加入SWAT模型;以汉江上游、丹江、老鹳河流域为参证流域,对模型水文参数率定验证,模拟结果可以满足模型精度要求。丹江口水库流域2019年TN、TP流失量分别为27.56万、1.86万t,TN、TP入河量分别为3.31万、0.24万t,其中种植业的贡献率最大,分别为72.45%、64.97%;从空间上看,汉滨区、旬阳县、郧阳区、洋县、西乡县等5县区的TN、TP入河量较大,商州区、凤县、张湾区、太白县、略阳县、留坝县等6县区的TN入河量较小;从时间上看,5月份贡献率最大,10月份贡献率最小。研究结果可为丹江口水库流域非点源污染综合管控提供一定的科学依据。
水土保持与生态修复
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  基于近20年《中国水土保持公报》的水土流失治理分析

  王一峰, 屈丽琴, 李建明, 李力

  长江科学院院报. 2023, 40(7): 59-65. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20220681

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  水土保持是生态文明建设的重要组成部分,也是反映经济社会发展与生态环境质量动态平衡的重要综合指标。基于近20 a的《中国水土保持公报》,分析了水土流失现状,总结了水土保持工作进展,深入探究了水土流失动态变化成因及水土保持阶段性成效,研究成果对评价水土保持工作成效具有重要理论意义。研究结果表明:①与20世纪80年代末相比,2020年全国水土流失面积下降了26.6%,相较于20世纪初下降了24.4%;②2011年以前水土流失以中度及以上强度为主,2018年以后轻度流失面积占比超过60%;③水土流失综合治理是水土流失面积降低的主要原因;近20 a来,11条主要江河年总输沙量下降了72.4%,年输沙量与累计水土流失治理面积呈显著的负相关关系(R²=0.90)。现阶段我国水土流失治理由“面”向“点”纵深推进,水土保持工作迈入高质量发展。研究成果可为我国水土保持工作评价及水土保持高质量发展提供定量数据和理论基础。
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  基于MOD17A3的京津冀地区植被净初级生产力时空演变

  郭豪, 袁金国, 王景芝, 王晓昕, 李艳翠, 刘博涵

  长江科学院院报. 2023, 40(7): 66-72. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20220164

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  为研究京津冀植被NPP的时空变化,选用MOD17A3数据,采用一元线性回归分析对京津冀地区2000—2019年植被NPP在20 a间的时空演变进行分析,并对NPP与气候因子的相关关系进行分析。结果表明:京津冀地区植被NPP主要集中在200~400 gC/(m²·a),2000—2019年京津冀植被NPP平均值和最大值在稳定的基础上缓慢上升,其中NPP最大值和平均值的峰值都出现在2016年,分别为908.40 gC/(m²·a)和385.10 gC/(m²·a);2000—2019年京津冀植被NPP增长的区域占整个研究区域的97.12%,NPP降低的区域多出现在城市周围;2000—2019年京津冀地区4种植被覆盖类型按NPP均值从小到大排列依次为:农田、灌丛、草地、森林;从稳定性上看,2000—2019年京津冀NPP的稳定性表现为高低波动并存,并以较低波动为主;京津冀地区NPP与年均气温呈低度相关性,与年降水呈高度相关性。研究成果可为京津冀地区的生态文明建设、生态环境修复及治理保护提供参考依据。
水灾害
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  暴雨型山洪灾害链监测预警研究与展望

  唐文坚, 范仲杰, 董林垚, 刘纪根, 张平仓, 李同录, 童官军, 杜俊, 王林

  长江科学院院报. 2023, 40(7): 73-79. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20220469

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  暴雨型山洪及其链生过程是山区常见的致灾隐患,因其点多面广、成因复杂,加之相关过程常表现显著的突发性、局地性与隐蔽性等特点,增加了灾害早期识别与监测预警的难度。目前,山洪灾害链转化机理与监测预警研究是防灾减灾领域具有综合交叉特色的国际前沿与热点问题。为此,通过梳理暴雨型山洪灾害链国内外研究现状与趋势,分析了相关研究中亟需突破的关键科学与技术问题,并针对性提出了研究方向和研究展望。其中亟待突破的关键科学与技术问题有:如何揭示暴雨-洪水-滑坡(崩塌)-泥石流的同源链生转化机理,如何建立灾害链精准监测与稳定传输技术,如何构建灾害链预警指标体系与动态预警平台。建议研究方向为:暴雨型山洪灾害链致灾因子辨识研究,暴雨型山洪灾害链关键要素监测预警技术研发,山区小流域山洪灾害链监测预警平台研发,暴雨型山洪灾害链监测预警技术集成与示范。研究展望包括:突出多科学交叉、多手段融合,以“致灾因子辨识-关键技术研发-软件平台构建-集成应用示范”为研究主线,最终在灾害链驱动演化机理、精准监测与动态预警技术等方面取得突破和创新,预期成果可为提升山洪灾害链防御能力、推动生态可持续和流域高质量发展提供科技支撑。
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  重庆市山洪灾害时空演变特征及影响因素分析

  张乾柱, 卢阳, 严同金, 谢谦, 赵姹, 胡月

  长江科学院院报. 2023, 40(7): 80-87. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20220249

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  基于2013—2015年和2016—2019年2个阶段历史山洪灾害调查成果,分析了重庆市境内有历史记录的831次山洪灾害时空分布特征,利用ArcGis中的重力模型、标准差椭圆模型研究山洪灾害空间变化规律,并通过地理探测器模型开展了驱动因素分析。分析和研究结果表明:①从山洪灾害频次历年分布来看,重庆市历史山洪灾害大体分为3个阶段:受历史山洪灾害文献记录所限,1926—1977年和1977—2006年期间分别为灾害发生的低频期和低频波动期;随着极端暴雨事件和社会经济快速发展,2006—2017年期间为灾害发生的高频波动期,同时小波分析显示灾害频次呈3.7 a的周期变化。②从山洪灾害造成的死亡、失踪人员来看,2000年以后,尽管灾害频次不断上升,但因灾死亡、失踪人数趋于平稳,体现了山洪灾害防治措施发挥了效益。③5月份重庆地区灾害重心在渝东南彭水、武隆一带,6月份灾害重心向北迁移,进入7月份以后,灾害重心向渝西地区迁移,随后8—9月份,灾害逐渐转向渝东北。④地理探测器模型分析显示,河网密度和高程因子对山洪灾害解释程度较好,各因子两两叠加后,解释力均呈非线性增强。重庆市历史山洪灾害规律的研究成果有助于认清重庆市山洪灾害时空演变格局及驱动因素,可为山洪灾害防治工作提供技术支撑与理论指导。
农业水利
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  基于天地协同与深度学习的灌区地下水位模拟

  陈文龙, 杨云丽, 张煜, 胡祖康

  长江科学院院报. 2023, 40(7): 88-95. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20220061

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  为了探究天地协同与深度学习的联合效果,利用灌区地面和遥感的天地协同序列观测数据,以降水、土壤湿度、地下水位历史观测量、哨兵-2遥感观测值作为地下水位的模拟因子,采用基于多层GRU网络的深度学习模型建立地面和遥感观测因子与地下水位的内在联系,进行灌区地下水位模拟的研究,并在南北方两处灌区研究区进行地下水位模拟试验和结果分析。试验结果表明,基于天地协同与深度学习的灌区地下水位模拟模型具有自行建立外界环境因素和灌区地下水位内在关系的能力,明显优于仅有地下水位观测值作为模拟因子的对比模型,具有较好的地下水位模拟效果,以及在不同地理环境下的模型适用性。该模型具有一定的应用潜力,能够为灌区的农作物种植和水资源管理提供决策信息支持。
岩土工程
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  循环高温淬火后花岗岩三点弯曲试验研究

  张帆, 吕敦波

  长江科学院院报. 2023, 40(7): 96-103. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20220153

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  高温作用对地下热储层岩石的力学性质具有重要的影响。为研究高温对花岗岩Ⅰ型断裂韧度的影响,对400 ℃循环高温淬火(1、3、5、7次)后的半圆弯曲花岗岩试样进行三点弯曲试验。分析了循环高温淬火后花岗岩试样的破坏特征、荷载-位移曲线和断裂韧度随淬火次数的变化规律。结果表明,随着热循环次数的增加,花岗岩的质量和密度逐渐减小,峰值荷载不断降低,断裂面粗糙度逐渐增加,断裂韧度明显下降。研究结果可为地热能开发以及地下岩体工程的安全性和稳定性提供理论依据。
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  Pasternak冻土地基梯形渠道冻胀变形与内力计算

  肖旻, 王正中, 吴浪, 杨晓松, 崔浩, 葛建锐

  长江科学院院报. 2023, 40(7): 104-109. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20220158

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  为克服现有Winkler模型未考虑渠基冻土连续性的不足,引入Pasternak剪切层描述独立土弹簧间的相互作用,进而提出Pasternak冻土地基上梯形渠道冻胀力学分析方法。对基土均匀冻胀且无顶盖板约束的梯形渠道导出接触面法向应力、衬砌板冻胀位移及截面内力分布的解析式。以甘肃省某梯形渠道为例,应用本文模型和Winkler模型计算各衬砌板冻胀位移分布及接触面法向应力分布,并结合观测值进行了对比。结果表明:本文模型计算结果与观测值符合良好,且相比Winkler模型计算结果更接近观测值,能更加准确地反映衬砌冻胀位移分布规律,表明模型合理性。该模型能较好地体现法向冻胀力随衬砌冻胀变形的释放与衰减;法向冻胀力作用于坡板中下部且呈非线性、差异分布;中上部有脱开、翘起趋势而受法向冻结力作用;底板则只受法向冻胀力作用。研究结果可为梯形渠道抗冻胀设计提供参考。
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  无界域问题的数值流形法

  王方义, 郑宏

  长江科学院院报. 2023, 40(7): 110-117. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20220114

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  数值流形法自被提出以来,在结构分析、渗流分析、裂纹扩展等多个方面都取得了众多应用。但这些问题的计算区域大多是有限区域,即所谓的内问题。对于地下和地表结构、波传导等一系列问题,需要考虑场变量在远场的行为,该类问题被称为无界域问题或外问题。基于数值流形法,构造了适用于无界域问题的有限元覆盖及其权函数,根据所求场变量在无穷处的渐进性质来构造局部逼近,以此反映解在趋于无限时的行为。不同于有限单元法中无限单元的形函数,本方法中权函数仅需满足单位分解,局部逼近反映场变量在片上的局部性质,这使得对场变量的逼近更加合理。经算例验证,结果表明:该方法构造方式合理,能够使用较少的计算单元,获得准确的计算结果。
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  考虑等效裂隙面的含软弱夹层边坡降雨渗流模型

  钟卓希, 盛建龙, 胡斌, 李京, 王庭元

  长江科学院院报. 2023, 40(7): 118-124. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20220019

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  边坡渗流模型的合理构建是研究含软弱夹层边坡渗流特性和稳定性的关键。将软弱夹层与上部岩体的交接结构面等效为一定宽度的单裂隙面,基于渗流-应力耦合的饱和-非饱和渗流理论,建立含软弱夹层等效裂隙面边坡渗流模型。结果表明:该模型在降雨工况下对含软弱夹层边坡渗流特性的模拟结果与饱和-非饱和经典模型基本保持一致,并且坡脚处等效裂隙面渗透系数增长较快,更加符合边坡渗透系数增长的实际情况。对比饱和-非饱和经典模型下的稳定性系数变化曲线,发现等效裂隙面的导流作用对含软弱夹层边坡稳定性系数有着显著影响。该模型对实际工程中含软弱夹层边坡设计具有一定的依据和参考作用。
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  盐溶液对膨润土干燥收缩特性的影响

  李靖, 刘清秉, 郑鹏麟

  长江科学院院报. 2023, 40(7): 125-131. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20220160

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  在高放核废料处置库中,作为缓冲回填材料主料,膨润土一方面受到地下水中可溶盐的侵蚀作用,另一方面受核废料衰变产生的热能影响,会发生干燥收缩。以高庙子膨润土为研究对象,以NaCl、CaCl₂(浓度为0.5、1.0、2.0 mol/L)盐溶液侵蚀为研究条件,开展恒温干燥收缩试验,分析盐溶液对压实膨润土干燥收缩进程的影响。试验结果表明:盐溶液浓度越高,试样初始饱和含水率越低,残余含水率越高,样品水分蒸发速率越低,且Ca²⁺对水分蒸发的影响要大于Na⁺;干燥过程中,压实膨润土表面裂隙呈现出裂隙张开、裂隙维持、裂隙闭合及裂隙稳定4个阶段,盐溶液可以抑制土体开裂,浓度越高,样品表面裂隙率越小。盐溶液作用使膨润土的微结构从分散的黏粒形态向团聚结构转变,从而导致收缩应变减小、收缩各向异性弱化,随着盐溶液浓度和阳离子化合价增大,单位含水率降低诱发的体积收缩应变ε_vf增大。因此,研究盐溶液作用下膨润土干燥收缩特性,对于合理评估膨润土的工程服役性能具有重要意义。
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  碱激发下砒砂岩钢渣粉水泥复合土强度及微观机理

  王重阳, 李晓丽, 赵晓泽, 杨健

  长江科学院院报. 2023, 40(7): 132-138. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20220928

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  为减少砒砂岩区土壤水土流失,实现钢渣粉和砒砂岩在实际工程中的有效利用,通过无侧限抗压、X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜、超景深三维显微镜和压汞等试验,探究钢渣粉掺量、碱质量分数对砒砂岩钢渣粉水泥复合土宏观力学性能及细微观结构的影响。研究结果表明:在高温碱激发作用下,钢渣粉水化生成的凝胶和铝铁钙石对复合土的增强作用低于水泥对复合土的增强作用,导致钢渣粉替代水泥掺量增加,复合土的抗压强度降低;碱激发剂增加,可促进钢渣粉水化生成产物增多,更好地起到胶结土颗粒和填充内部孔隙的作用,使复合土表面结构更均匀,内部结构更密实,抗压强度提高,碱质量分数为2%时,效果最佳。研究成果可为砒砂钢渣粉水泥复合土在工程实际应用提供理论依据。
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  动力荷载下软硬互层岩体力学特征

  姚忠劭, 李龙起, 胡忠良, 徐雷, 黄杨, 何川

  长江科学院院报. 2023, 40(7): 139-145. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20220287

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  针对动力荷载下软硬互层岩体破坏问题,以汶川水磨沟滑坡层状岩体为研究对象,依据相似理论,制作软硬互层岩质试块,开展单轴压缩及变上下限等幅值循环荷载试验,研究其动力特性及破坏过程。结果表明:随岩层倾角的增大,其破坏模式为贯通层面的张拉破坏(0°~30°)、沿层面的剪切破坏(45°~75°)及沿层面的劈裂破坏(90°),而试样的强度及应变先增后减。对于相同倾角的试样,强度随加载频率及围压增大而增大。应变随加载频率增大而减小,随围压增大而增大。加载频率的增大会导致竖向拉张裂缝贯通、破裂程度降低。
工程安全与灾害防治
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  基于降雨量逐步逼近法的泥石流预警判据

  侯燕军, 田婉婷, 康永强

  长江科学院院报. 2023, 40(7): 146-151. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20220156

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  为获得泥石流地质灾害普适型监测预警设备准确的预警判据,提高单点地质灾害隐患点监测设备预警精度,减少误报率,提高基层地质灾害防范能力和应对能力,创新性地提出了降雨量逐步逼近法及其步骤。已经安装在泥石流沟中的雨量计测得的降雨量,对比分析不同降雨量条件下是否发生泥石流,逐步修正上一次设定的预警判据,最终达到或接近准确的预警值。其步骤首先收集实测或已有降雨量资料,再通过初始值和是否发生泥石流灾害逐步逼近,最后根据预警标准,确定不同预警级别的预警判据。以陇南市文县强坝干沟泥石流为例,采取该方法,确定了雨量计不同预警等级的预警判据,为甘肃省泥石流普适型设备监测预警提供参考指导,具有实际意义。
水工结构与材料
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  水工混凝土饱水过程水分分布及冻融劣化对比

  刘方, 蒋伟, 傅少君, 张国新

  长江科学院院报. 2023, 40(7): 152-157. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20220095

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  为研究水工混凝土吸水水分迁移及冻融劣化规律,对中低热水泥混凝土进行吸水及快速冻融试验, 同时采用核磁共振与工业CT(Computerized Tomography)进行过程监测,探讨分析水工混凝土在吸水过程中水分迁移、分布规律及冻融作用下内部孔隙结构的演化。结果表明,在吸水过程中,中低热水泥混凝土总体含水率持续增加,吸水48 h后基本达到饱和状态,低热水泥混凝土的吸水程度明显高于中热水泥混凝土;吸水时中热水泥混凝土中(0,0.1]μm的水分占比高于低热水泥混凝土,而其他较大尺寸水分占比均低于低热水泥混凝土;冻融期间低热水泥混凝土的总孔隙率和增幅均明显高于中热水泥混凝土;总体上中热水泥混凝土中>10 mm³的孔隙占比小于低热水泥混凝土,而其他较小范围孔隙占比大于低热水泥混凝土。
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  隧道二衬微膨胀注浆料试验研究及性能分析

  马立纲, 乔金丽, 孙永涛, 朱祥瑞, 张文彬, 薛桂香

  长江科学院院报. 2023, 40(7): 158-166. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20221070

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  隧道二衬拱顶脱空现象常引发衬砌失效破坏,进而对行车安全产生严重威胁。现有注浆材料无法充分适应带模注浆施工特点,限制了带模注浆应用效果,不利于其进一步推广。针对传统注浆材料高泌水、低结实率以及与二衬混凝土结合性较差等情况,开展了带模注浆微膨胀材料试验研究。以注浆工程中常用的配比为基础,探究在不同硫铝酸盐水泥(SAC)和普通硅酸盐水泥(OPC)之比和不同水胶比下,砂浆的最佳力学性能。在此基础上,调整各种外加剂的用量,使注浆材料具有良好的工作性能,同时研究引气剂掺量对力学性能和抗冻性能的影响规律。试验结果表明,当OPC∶SAC为91∶9和水胶比为0.30时,砂浆的早期强度和后期强度发展良好;当减水剂和增稠剂分别为胶凝材料的0.4%和0.34%时,材料具有较好的工作性能;并在具有良好抗冻性能的同时,其力学性能也没有过大削弱。最后将所研制注浆材料应用于带模注浆工程,验证其适用性和有效性。
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  掺碱调整pH值对萘系减水剂及混凝土性能的影响

  刘战鳌, 孙明伦, 王玮, 吕兴栋, 胡洪涛, 肖开涛, 李将伟, 张昺榴

  长江科学院院报. 2023, 40(7): 167-171. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20220178

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  为解决金沙江干热河谷地区某大型水电工程拌和系统配制萘系减水剂溶液发生变质、导致混凝土凝结时间显著缩短的问题,研究了掺碱调整pH值对萘系减水剂溶液存放品质和混凝土性能的影响,并开展了混凝土生产性试验检验入仓浇筑效果。结果表明,掺碱调整pH值≥9.5可有效抑制萘系减水剂溶液发生变质,延长混凝土拌和物凝结时间,降低坍落度和含气量经时损失,且未对混凝土的力学性能和耐久性产生不利影响;混凝土入仓后和易性良好,仓面初凝时间由调整前的约7 h大幅延长至近13 h,使得现场具备三仓甚至四仓同浇的条件,提高了大坝混凝土的浇筑效率和浇筑质量,产生了较高的综合效益。
长江源科学考察与研究专栏
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  长江源区径流季节性变化及其与影响因素的多尺度相关分析

  邵骏, 吴琼, 钱晓燕, 卜慧

  长江科学院院报. 2023, 40(7): 172-178. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20220432

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  受气候变化影响,近20 a来长江源区径流条件发生了较大变化。以沱沱河为研究区域,采用沱沱河1960—2019年实测水文气象资料,分析了长江源区沱沱河季节性径流变化规律,以及季节性降水、气温的变化规律,采用交叉小波变换分析季节性径流与降水、气温之间的时频变化规律及其相关关系。研究结果表明:沱沱河春、夏、秋季径流均呈现出显著增加的趋势,其中春、夏、秋季径流突变点均集中在2006—2008年附近;各季节性降水增加的趋势并不显著,但季节性气温显著上升并延续至今;夏季径流与夏季降水之间的相关程度最为明显,其次为秋季和春季;气温对径流的影响是正相关的,但在不同时间尺度上存在不同的表征,其中以夏季气温和秋季气温对径流的影响最为显著。研究结果对揭示气候变化条件下长江源区季节性径流演变规律及其水文响应提供了参考。
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  基于GEE云平台的三江源湖泊面积提取及动态变化

  祁昌贤, 任燕, 彭海月, 魏加华, 王永强, 李琼

  长江科学院院报. 2023, 40(7): 179-185. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20220806

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  基于GEE(Google Earth Engine)遥感云计算平台和Landsat TM、ETM+和OLI卫星影像数据,采用修正归一化水体指数(MNDWI)、归一化植被指数(NDVI)和增强植被指数(EVI)等多个指数的综合水体识别算法,提取三江源区1990—2020年大于1 km²的湖泊面积,结合气象、冰川编目、冻土分布等数据分析了湖泊面积变化及其影响因素。结果表明:1990年以来,三江源区湖泊增加了46个,湖泊面积从10 811.8 km²增加到12 449.53 km²,增长了15%;其中,黄河源区湖泊面积增长了10%,长江源区湖泊面积增长了29%,长江源区较黄河源湖泊面积增幅更明显。平均气温升高和降水量增加是湖泊面积增加的主要因素;气温升高导致冰川退缩和冻土退化,使得冰川补给型湖泊和冻土区湖泊面积增加更快,这就是长江源区湖泊增长更为明显的主因,而黄河源湖泊面积增长与降水变化联系更为紧密。
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  长江源区旱涝急转事件演变特征

  王永峰, 樊立娟

  长江科学院院报. 2023, 40(7): 186-190. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20221407

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  根据长江源区直门达水文站1957—2021年径流资料,使用长、短期径流旱涝急转指数(LRDFAI和SRDFAI),分析长江源区旱涝急转事件发生变化情况,采用希尔伯特-黄变换方法,分析长江源区旱涝急转强度周期变化。结果表明:长江源区直门达水文站短期径流旱涝急转事件主要发生在3—9月份,“旱转涝”和“涝转旱”事件发生频次相当。发生频次在不同年代波动较大,总体上呈现“多-少-多-中-多-多”的趋势。短期旱涝急转事件中“旱转涝”事件强度呈现微弱的增长趋势,而“涝转旱”事件强度呈现微弱的递减趋势,分别存在7.1 a和12.3 a的主周期。共发生长期径流旱涝急转事件20次,“旱转涝”和“涝转旱”事件发生频次分别为8次和12次,存在8.3 a和14.2 a的周期。