2023年, 第40卷, 第8期　
刊出日期：2023-08-01

  

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封面与目次
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  第40卷第8期封面与目次

  长江科学院院报. 2023, 40(8): 0-0.

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河湖保护与治理
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  三峡建库后长江中游非均匀悬移质挟沙力变化

  陈栋, 李凌云, 郭小虎

  长江科学院院报. 2023, 40(8): 1-9. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20220680

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  水流挟沙力变化是研究水库下游悬沙输移及河道演变的核心问题之一。以长江中游沙市—汉口沙质河段为研究对象,引入韩其为非均匀悬移质不平衡输沙中水量百分数、挟沙能力级配等概念,阐释了三峡建库前后非均匀悬移质挟沙力变化及其影响因素。建库后,沙市、监利站各流量级下床沙转为挟沙力的水量百分数均明显增加,螺山、汉口站分别超过临界流量30 000 m³/s和35 000 m³/s时,床沙转为挟沙力的水量百分数有所增加;沙市—城陵矶河段水流挟沙力减小程度大于城陵矶—汉口河段,其中沙市—城陵矶河段＜0.125 mm粒径组挟沙力大幅减小,城陵矶—汉口河段＜0.25 mm粒径组挟沙力减小。沙市—城陵矶河段水流挟沙力减小主要受挟沙力平均沉速ω^*变化影响,城陵矶—汉口河段水流挟沙力减小受挟沙力平均沉速ω^*和挟沙力判数U³/h的共同影响,其中螺山、汉口站分别不超过临界流量30 000 m³/s和35 000 m³/s时,挟沙力判数U³/h的贡献率较大。
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  河流挟沙浓度对沉管基槽内回淤厚度的影响

  冯先导, 韩鹏鹏, 仇正中, 王聪

  长江科学院院报. 2023, 40(8): 10-15. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20220383

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  在内河中修建沉管基槽后,水流经过基槽时,泥沙会在基槽内部形成淤积。为研究基槽内回淤厚度分布规律,依托襄阳沉管隧道项目,采用观测分析与数值模拟相结合的方法,得到短期沉管基槽内不同位置回淤厚度,探析沉管下放前后对回淤厚度的影响。研究表明:在基槽垂线方向上,泥沙浓度随着水深增加而增加;水流经过基槽时,流速减弱造成挟沙能力下降,回淤主要集中在基槽前坡和基槽内,在基槽后坡回淤厚度较小。在安装沉管后,基槽过流面积减小,在沉管底部回淤厚度比顶部回淤厚度要大。研究成果揭示了河流中挟沙水流在基槽内回淤厚度分布规律,可为相似工程提供借鉴。
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  汾河二坝—义棠段液压坝群对河道冲淤变化影响的数值研究

  张小雅, 任春平, 杨帆

  长江科学院院报. 2023, 40(8): 16-23. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20220501

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  在中小河流中连续修建多座液压坝,会对河道水动力及泥沙冲淤过程产生较大影响,液压坝群不同的运行方案导致河道冲淤变化特性也有所不同。针对此问题,基于Delft3D FM软件,选取了4场典型洪水过程,对汾河二坝—义棠段进行二维水沙数值模拟,在设定的4种液压坝群运行方案下,研究了液压坝群对河道冲淤变化特性的影响,为液压坝群在汾河中游的调度提供参考。研究结果表明:对于4场洪水情况下方案1—方案4,在模拟时段末,14^#坝的坝前水深分别约为0.5~1.4、1.3~2.8、0.6~1.8、0.5~1.6 m,坝后局部流速最大分别约为1.5~2.5、2.0~6.0、2.0~3.0、2.0~2.5 m/s;从河道冲淤变化统计来看,泥沙冲淤范围分别约为-0.5~1.4、-0.3~1.9、-0.5~1.6、-0.5~1.5 m;河道泥沙淤积总量变化范围分别约为(4.9~242.3)万、(5.3~323.5)万、(5.0~252.5)万、(4.95~245.1)万m³。所得结论如下:液压坝全部运行时对水动力场和床面高程变化影响最大;4场洪水情况下,液压坝全部运行时泥沙淤积量约为无坝运行时的1.08~1.36倍。
水资源
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  近30年澜沧江上游径流演变特征分析

  李红刚, 张攀全, 管镇

  长江科学院院报. 2023, 40(8): 24-29. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20220548

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  澜沧江作为亚洲最重要的跨国水系,是“亚洲水塔”的重要组成部分。分析澜沧江上游河川径流的演变规律与变化趋势,对澜沧江水资源利用与区域绿色能源发展具有重要的战略意义。基于乌弄龙断面径流资料与上游气温、降水资料,采用线性倾向估计、Mann-Kendall 趋势检验和Pearson相关系数等方法对近30 a澜沧江上游径流演变特征进行分析。结果表明,自有径流资料以来,澜沧江上游径流在年代际尺度上变化不大,但在季节上表现为冬季径流增加,夏季径流减少的特点,其中8月份径流在20世纪70年代初存在突变,并以4.8%/(10 a)的显著趋势下降,折合水量2.0亿m³/(10 a),且近30 a下降速率还在进一步加快,上游中部地区降水量减少与径流减少的趋势一致。研究还发现,近30 a以来,随着春季气温升高,上游径流对5月份气温的响应有所减弱,而4月份两者的关系变得密切。在全球变暖的大背景下,澜沧江上游融雪(冰)期逐渐提前,需要引起高度重视,并采取积极应对措施。
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  三峡工程运行对鄱阳湖区灌溉供水安全的影响

  王冬, 谢帅, 许继军, 王永强

  长江科学院院报. 2023, 40(8): 30-38. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20221509

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  三峡工程建设运行后,长江中下游的水文情势发生了显著改变,进而影响了灌溉供水。为分析三峡工程运行对鄱阳湖区灌溉供水安全的影响,从供水水量和水位满足程度的角度,分别分析了三峡工程运行前后的水文水资源以及灌溉供水安全形势变化的情况。三峡工程运行后,鄱阳湖区水量整体减小,其中蓄水期9—10月份的湖区水量减少最为显著,湖区水位整体降幅达1.1~2.5 m;虽然湖区的总水量仍能满足灌溉以及供水的需求,但灌溉及供水水位满足程度显著下降,缺水量增多,灌溉供水水位平均满足程度由83.6%下降至42.7%,缺水量由7 032万m³增大至18 611.25万m³,城乡供水的平均水位满足程度由99.1%下降至87.5%,缺水量由78万m³增大至9 385万m³。通过三峡水库提前或延后蓄水,可提升供水能力约0.2%、0.3%,一定程度上缓解蓄水对9—10月份湖区灌溉供水的影响。
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  表层水温红外原型观测实验及准确性评价

  王加红, 王子伟, 秦鑫, 赖红, 罗含敏, 陆颖

  长江科学院院报. 2023, 40(8): 39-43. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20220294

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  河流、湖泊、水库等内陆水体水温对水生生物的生长及周边生态环境具有重要意义,发展水温原型观测是进行理论研究和工程应用的基础。现有内陆水体表层水温测量,主要依靠温度计人工目视观测或水文测站仪器自动观测,2种方法在面对高频次或无固定测站水域观测时,存在仪器设备运行维护困难、监测数据不连续诸多限制。为提高水温测量的稳定可靠性,并减少水位波动对自动观测的不利影响,实验设计了新型红外水温观测系统,并对其进行比测验证及数值修正。原型观测结果显示,修正后的红外水温监测数值超过85%的相对误差≤5%,80%以上绝对温差≤1 ℃,红外水温系统性能稳定,可靠度高,可用于内陆水体表层水温观测。
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  中国气候分区ET₀未来演变趋势预测及归因分析

  郑荣伟, 张越, 王庆明, 桂云鹏

  长江科学院院报. 2023, 40(8): 44-50. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20220174

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  潜在蒸散发(ET₀)是反映流域水文-气象过程演变的一项关键指标,了解ET₀变化特征及其驱动要素的定量影响,对应对未来气候变化下的水循环变异具有重要意义。基于5种气候模拟预测集合数据,通过Peman-Monteith公式预测中国2030—2060年ET₀的时空变化趋势,并利用偏微分方法定量分析了驱动ET₀变化的各要素贡献。结果表明:在RCP4.5和RCP8.5情景下,未来中国5大气候分区ET₀都呈现增加趋势,增加速率分别为1.32 mm/a和1.96 mm/a,亚热带气候区ET₀增速最快,而高原山地气候区增速最小,5个气候区在RCP8.5情景下ET₀增速都比RCP4.5情景下大。年内4个季节ET₀都呈现增加趋势,在RCP4.5情景下秋季ET₀增速最快(0.56 mm/a),在RCP8.5情景下夏季ET₀增速最快(0.63 mm/a)。未来ET₀变化主要受日最高气温、日最低气温以及实际水汽压的影响,其中日最高气温是未来ET₀变化的主导气象要素,实际水汽压次之,在年内4个季节ET₀变化的驱动要素分析中也发现了类似规律。研究成果可为中国未来水资源优化配置和农业灌溉管理提供参考依据。
水环境与水生态
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  小型水库水质劣化特征及长效治理对策

  王振华, 李青云, 龙萌, 胡艳平, 郝越

  长江科学院院报. 2023, 40(8): 51-56. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20220278

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  结合现场调查和文献资料分析,梳理了我国小型水库特点及其污染来源,分析了水质劣化特征,提出了“全面治污-系统修复-综合管护”相衔接的总体治理思路,针对肥水养殖源、面源径流源、底泥内源以及水体污染存量的特点,提出了分类定向施策原则,同时考虑水库库滨带、坝前区、支流及库湾区内的污染特异性,探讨了分区精准治污对策,并提出在截源减负基础上实施水生生物修复调控和采取综合管护措施的相关建议。研究成果可为实现小型水库水质长效达标维持和支撑广大农村地区供水健康管理提供科学依据。
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  基于改进果蝇算法的LSTM在水质预测中的应用

  郭利进, 许瑞伟

  长江科学院院报. 2023, 40(8): 57-63. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20220242

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  水质环境的实时变化和内部耦合导致难以实现水质高效准确的预测。为挖掘水质时间序列中的更多信息,同时提高预测模型的精度,提出一种溶解氧组合预测模型。首先将水质数据去耦合,进行时间序列分解,然后将分解后趋势分量、周期分量和余项分量输入到长短时神经网络模型(LSTM)中进行预测,再针对LSTM网络初始化参数对预测性能的影响提出基于高斯函数的果蝇算法进行优化,最后将各分量的预测值重构为溶解氧浓度的预测值。以海河某3个河流断面的水质数据进行仿真检验,结果表明混合模型对3个站点溶解氧浓度预测效果好,误差小,泛化性强。
水土保持与生态修复
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  基于生态无砂混凝土护岸的植物抗冲刷性能

  张志华, 杨晶, 汪倩, 黄金权, 邓灵敏, 许文盛

  长江科学院院报. 2023, 40(8): 64-69. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20220878

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  生态无砂混凝土因透水透气性强、可联通水陆域生态环境等优点,已被广泛应用于河道人工生态护岸工程。然而,生态无砂混凝土在满足河道岸坡稳定的同时,在其上生长的植物还需满足一定的抗冲刷能力。为揭示生态无砂混凝土植物壅水机理及降低水流流速效果,探究基于生态无砂混凝土护岸的植物抗冲刷性能,概化设计了室内冲刷试验,通过控制不同流速,分析生态无砂混凝土上生长的不同植物对水位及流速的影响。研究结果表明:受植物高度和易倒伏程度影响,狗牙根植草壅水效果优于马尼拉草皮;受植物密度对水流紊动强度的影响,马尼拉草皮降低水流流速效果优于狗牙根植草;同一断面处,距离植物层越近的区域,植物降低水流流速效果越明显,流速降低率最高达75.24%;马尼拉及狗牙根可承受的水流流速为5 m/s。研究成果可为江河岸坡生态无砂混凝土施工工艺完善及植物选配提供参考。
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  东寨港湾区土地利用变化对生态系统服务功能的影响

  王宇, 叶长青, 朱丽蓉, 李昂, 梁栩, 邹艺

  长江科学院院报. 2023, 40(8): 70-76. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20220950

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  定量评估土地利用变化对生态系统服务功能的影响是当前研究的热点和难点。构建海南岛东寨港湾区InVEST模型,分析1990—2018年4期湾区土地利用时空变化特征及对生态系统服务功能的影响差异。研究表明:①1990—2018年湾区土地利用发生较大变化,草地、耕地和林地面积分别减少17%、5%和9%;而建设用地和水域面积显著增加了179%和59%。 ②29年来产水服务功能增强,其中1990年、2000年、2010年、2018年产水总量分别为14.01×10⁸、22.17×10⁸、27.01×10⁸、16.42×10⁸ m³,空间呈北部增强,中部偏东地区减弱的格局差异;水质净化功能呈现总氮减弱总磷增强,总氮输出量分别为587.8、589.3、590.2、591.9 t,总磷输出量分别为51.78、51.54、50.32、50.04 t,空间呈北部明显衰减;生境质量功能总体衰减,北部明显衰减,西部及西北部略有衰减趋势。③北部和西部建设用地扩张和林地面积减少会增强产水功能,但削弱了水质净化和生境质量服务功能。应注意优化土地利用格局,控制北部沿海建设用地规模,注重林地保护,维持湾区陆地生态系统服务功能。
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  贵州省北盘江流域喀斯特石漠化变化特征及治理成效分析

  王小凤, 杨广斌

  长江科学院院报. 2023, 40(8): 77-83. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20220173

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  量化喀斯特区自2008年启动石漠化综合治理工程以来的成效,旨在为新一轮治理工作提供参考。基于贵州省北盘江流域2010年、2019年两期石漠化数据,通过计算转移矩阵,探讨该流域石漠化变化特征和治理成效。结果表明:①流域石漠化以轻度和中度为主,整体上呈北－中－东部重,西部轻,东南部少的空间格局。②2010—2019年间,石漠化面积减少1 071.89 km²,占域内喀斯特面积比例从41.14%降至33.20%;中、重度石漠化面积降幅较大,在北部、东部明显减少;石漠化变化类型分布以稳定型为主,改善型次之,退化型面积较少且分布零散。③从坡度看,石漠化集中分布在5°～25°范围,在25°～45°坡度范围减少幅度较大;从海拔看,中、重、极重度石漠化面积在各海拔梯度均减少。研究时段内,石漠化治理以植被恢复为主,多种治理模式并存,取得显著成效。
水力学
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  溢流坝壅水条件下的弯道水流特性

  潘云文, 刘欣, 杨克君

  长江科学院院报. 2023, 40(8): 84-91. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20220353

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  为探讨溢流坝壅水条件下的弯道水流特性,概化设计了一在出口处布设有溢流坝的连续弯道模型,利用声学多普勒流速仪(ADV)和数字波高仪测得模型特征断面的流速、水位数据。试验结果显示:弯段绝对水面横比降随相对坝高的增大而减小;弯段下半弯的水面纵比降为正,而从直线过渡段进口至下游邻近弯顶的水面纵比降为负,但其绝对水面纵比降均随相对坝高的增大而减小;连续弯道的直线过渡段也存在二次流且其旋转方向与上游弯段二次流的旋转方向相同;当相对坝高增大时,流道各断面的垂线平均纵向流速均不同程度的减小;当相对坝高增大时,各断面最大紊动能减小;纵向脉动对紊动能的贡献最大,横向脉动次之,垂向脉动最小;雷诺应力R_uv的正负能近似标示弯道直线过渡段进出口断面的横向水流运动,当雷诺应力R_uv为正时,流体将从左侧流向右侧;当雷诺应力R_uv为负时,流体将从右侧流向左侧。
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  肯尼亚某迷宫堰溢洪道水力特性

  闫彭彭

  长江科学院院报. 2023, 40(8): 92-96. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20220224

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  受泄洪要求、地质条件、用地规模、供电水平、运行管理等条件约束,肯尼亚某大坝供水项目溢洪道控制段设计拟由有闸控制的宽顶堰方案调整为无人值守的迷宫堰方案。为确保泄洪能力满足原设计要求,尽可能减少工程投资,并降低溢洪道方案的修改对大坝工程的影响,按现有工程经验初拟迷宫堰设计堰高、堰宽、展长等参数,采用Flow-3D软件模拟分析溢洪道泄流工况,根据数值模拟结果最终确定设计参数后,进行模型试验加以验证。数值模拟成果及模型试验结果表明:在堰上水头小于堰高时,迷宫堰综合流量系数随堰上水头的增加呈现先增后减的趋势;迷宫堰溢洪道泄流时无明显不良流态,且具有很高的过流能力,满足特殊要求下工程应用要求。
岩土工程
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  隧道穿越突出煤层预留安全岩柱失稳分析方法

  李永靖, 王松, 印建文, 文成章, 程耀辉

  长江科学院院报. 2023, 40(8): 97-104. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20220326

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  针对隧道穿越突出煤层掌子面前方预留安全岩柱极易发生失稳破坏,导致煤与瓦斯突出的重难点问题,基于突变理论分析,综合运用Polynomial分布函数和二分法,提出了一种判别隧道穿越突出煤层预留安全岩柱失稳的分析方法。根据总势能原理,建立岩柱失稳尖点突变模型,推导出岩柱失稳力学判据;结合围岩塑性屈服区体积突变判据,建立岩柱稳定性预测模型,得到岩柱稳定性判别式,并依托工程实例验证分析。结果表明:隧道穿越突出煤层预留安全岩柱稳定性与岩柱的弹性模量E、厚度L、垂直地应力N、开挖面等效高度H密切相关;基于屈服体积突变判据建立的岩柱稳定性预测模型和失稳力学判据合理可行;岩柱稳定性判别结果与现场施工情况一致,验证了所提出的预测方法与失稳判据的合理性及准确性,具有工程实用价值。
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  砂岩应变相关变形损伤本构理论及试验研究

  童立红, 伍冰妮, 吴琳琳, 徐长节

  长江科学院院报. 2023, 40(8): 105-111. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20220207

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  明确荷载作用下的岩石损伤演化特性是分析岩石破坏机理的关键。通过引入与应变相关的宏观模量数学模型,建立了砂岩应变相关变形本构模型;基于损伤力学理论,结合所建立的本构模型,进一步分析了砂岩损伤演化规律;最后,使用岩石三轴加载系统,开展了不同加载速率和围压条件下的岩石单轴和三轴压缩试验,系统地验证了砂岩损伤演化模型的合理性。基于所建立的损伤模型,得到了砂岩初始损伤ω₀,破坏损伤ω_f和总损伤ω_t。结果表明:在加载速率处于0.0~0.5 mm/min范围内变化时,加载速率对3种损伤的演化影响较小;围压在0~10 MPa范围内变化时,随着围压的增大,砂岩的初始损伤和总损伤不断减小,破坏损伤则几乎保持不变;破坏损伤作为岩石损伤阈值,受加载速率及围压影响较小且在一定范围内波动,这表明岩石内部裂纹扩展是使其破坏的诱因。最后,结合所提出的本构模型和损伤理论,确定了一种估算岩石原位模量的方法,可为相关工程提供理论参考。
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  堤防管涌通道微弱磁场信号检测技术

  周华敏, 邬爱清, 肖国强, 宋俊磊, 周黎明, 唐鑫达

  长江科学院院报. 2023, 40(8): 112-119. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20220375

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  渗流管涌是二元结构堤防最常见的破坏形式之一,高水位期准确查明堤防渗流通道对研究管涌演变规律和除险加固意义重大。基于此,提出堤防管涌通道微弱磁场信号检测技术,利用渗流水良导电性,向管涌口供人工电流,通过在堤防表面检测管涌通道导电回路产生的一次感应微弱磁场信号,快速判识管涌分布情况。采用数值计算分析管涌通道的弱磁场分布特征,针对微弱磁场信号检测难题,提出基于锁相放大法的弱磁信号提取方法和导线源同频干扰磁场校正方法,减少堤防起伏地形影响,增强微弱磁场信号能量。在鄱阳湖流域某堤防开展管涌探测现场试验,有效查明潜在管涌路径分布情况。该研究将有助于提高堤防管涌通道探测准确性,实现管涌险情的早发现早治理,为管涌险情应急处置提供技术支撑。
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  侧限拉伸对无纺土工布孔径概率分布的影响

  赵文芳, 唐晓武, 郭文琪, 李柯毅, 陈式华, 林维康

  长江科学院院报. 2023, 40(8): 120-126. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20220232

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  为探究无纺土工布孔径在侧向限制的拉伸作用下所受的影响,基于孔径分布的数量概率密度函数,推导了表征筛分颗粒质量分布的概率密度表达式,并考虑受侧限单向拉伸时的无纺布尺寸变化,得出侧限单向拉应变作用下的无纺布孔径累积分布理论公式。将3种不同厚度的短纤针刺无纺土工布侧边进行限制,单向拉伸至应变为0%、3%、5%和10%后分别取样进行消除静电影响的干筛试验,测量初始及各应变下无纺布孔径分布结果并与理论值对比。结果表明,无纺土工布孔径分布曲线随侧限单向拉应变增加而右移,各个特征孔径均增大,且无纺布孔径随织物厚度增加而减小。相较于筛分颗粒面积分布的累积概率表达式,基于筛分颗粒质量分布的理论孔径累积分布概率表达式更好地预测了干筛试验曲线变化规律。
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  某冻胀敏感性粉质黏土冻结过程物理力学特性试验

  胡坤, 高兆国, 王少伟, 杨兆, 吴炎

  长江科学院院报. 2023, 40(8): 127-132. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20220313

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  针对寒区建设工程在土体冻结作用下的地基与基础稳定性问题,采用冻胀敏感性粉质黏土开展了土体冻结过程中的物理力学特性试验研究,获得了起始冻胀含水率、冻胀力、高温冻土抗剪强度等参数及其变化规律。主要结论如下:当土体含水率小于起始冻胀含水率时产生冻缩现象,由土骨架遇冷收缩和孔隙水相变膨胀共同作用所致;不同含水率条件下,土样冻结竖向位移经时变化曲线分为“冻缩”“冻缩-回弹”“冻缩-冻胀”3种类型;冻胀力经时变化曲线受温度场发展的影响分为快速增长和稳定增长2个阶段;冻胀力随冻结温度的降低而增大,利用分凝势理论进行分析,土体主动区温度梯度增大是冻胀力增大的原因;与常温土样相比,-3 ℃条件下的某冻结粉质黏土的黏聚力由7.34 kPa增加到29.56 kPa,内摩擦角由6.40°增加到9.18°,但其剪应力变化曲线并没有表现出低温冻土常见的脆性破坏,而是呈现应变硬化特征。
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  级配和密度组合对粗粒土强度特性的影响

  孙向军, 潘家军, 卢一为, 左永振, 周跃峰, 王俊鹏

  长江科学院院报. 2023, 40(8): 133-138. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20220312

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  颗粒级配和初始干密度是粗粒土强度特性的两个重要影响因素。为建立粗粒土级配、初始干密度指标与强度指标之间的定量规律。首先,基于多重分形级配方程,推导了单位体积内大于某粒径的颗粒个数与多重分形维数、干密度之间的定量表达式,并将其称之为“骨架颗粒数密度指标”;接着,开展了4种不同级配和密度组合的粗粒土三轴固结排水剪切试验,初步得出结论:连续级配粗粒土的破坏剪应力与骨架颗粒数密度指标之间呈线性递增规律;最后,对该结论进行了大量文献数据验证研究。该结论不仅可为粗粒料填筑优化方案的比选提供参考,对粗粒土强度缩尺效应的研究亦有一定启发作用。
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  双江口水电站堆石体附加质量法检测参数试验研究

  张岩, 马圣敏, 张建清, 刘林鳢

  长江科学院院报. 2023, 40(8): 139-144. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20220398

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  附加质量法是应用于大坝堆石体碾压质量的重要检测方法,其现场测试参数设置是否合理,直接影响附加质量法检测数据的质量。为了获取现场测试参数,在双江口水电站大坝堆石料区选取了质量块直径、炮检距、震源高度等测试参数进行现场试验研究,通过对附加质量法数据采集、处理与分析全过程中间成果进行分析评价,确定了质量块直径为50 cm、震源高度为35 cm、炮检距为25 cm的现场测试参数,形成了一套测试参数的现场确定方法。
工程安全与灾害防治
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  基于小波的SSA-ELM大坝变形时空预测模型

  宋宝钢, 包腾飞, 向镇洋, 王瑞婕

  长江科学院院报. 2023, 40(8): 145-151. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20220379

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  为了解决大坝变形单测点预测模型没有考虑测点间的空间位置关系、难以刻画大坝变形的整体响应特性以及基于回归分析的统计模型难以揭示环境量与效应量间复杂的非线性映射关系,预测精度不佳的问题,提出了一种基于小波理论、采用麻雀搜索算法(SSA)优化极限学习机(ELM)的大坝变形时空预测模型,并以某实际工程为例验证了模型的可行性。首先,采用小波分析剔除大坝原始位移测值中的噪声,接着从时间-空间两个维度出发考虑测点坐标变化对位移的影响,利用SSA-ELM对环境量与效应量进行非线性建模,进而构建了基于小波的SSA-ELM大坝变形时空预测模型。实例分析表明:所提模型能够准确预测出未布置测点部位的变形,其复相关系数为0.996 8、均方根误差为0.340 4、平均绝对误差为0.275 4,均明显高于ELM模型和统计模型。所提模型融合了时间和空间维度且预测精度高,对分析评估大坝安全具有重要参考价值。
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  改进随机抽样一致性算法在建筑物现状测量中的应用

  黎建洲, 韩贤权, 万鹏

  长江科学院院报. 2023, 40(8): 152-156. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20221719

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  作为点云数据处理的关键步骤,线面拟合的结果直接影响后续数据处理的精度。针对传统RANSAC算法在建筑物平面拟合过程中存在的效率及精度方面的问题,引入一种顺序法向量检测机制,通过增加拟合模型的角度约束条件,提出了一种改进随机抽样一致性算法(M-RANSAC)进行平面和边缘探测。通过与常规全站仪测量方法以及传统RANSAC算法进行结果对比,验证了本方法的可行性和有效性,并在珠江三角洲水资源配置工程沿线建筑物现状测量中得到了成功应用。
水工结构与材料
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  吸湿聚氨酯保温材料导热系数模型研究

  王后密, 刘超, 明锋

  长江科学院院报. 2023, 40(8): 157-162. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20220259

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  铺设保温材料是降低渠道冻胀的重要措施之一。然而,保温材料在服役过程中会产生吸湿作用,将导致其保温性能降低。为探究吸湿对保温材料导热系数的影响,基于均匀化方法和最小热阻力原理,建立了考虑含水率影响的导热系数预测模型,并讨论孔隙率和含水率对导热系数的影响,最后对模型进行验证。结果表明:增大孔隙率将引起热阻增大、导热系数降低,但水分能够发挥热桥作用从而增大导热系数。该模型预测值与实测值的误差<5％,验证了用此方法计算保温材料的导热系数是可行的。研究成果证实水分是降低保温性能的重要因素,并提出了改善聚氨酯保温材料憎水性的建议措施。
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  冻融作用下低热水泥混凝土抗冲磨性能评价

  姜春萌, 李双喜, 蒋林华, 唐新军

  长江科学院院报. 2023, 40(8): 163-169. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20220223

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  冻融损伤与冲磨破坏是寒冷地区水工混凝土的常见病害类型,为了科学评价冻融混凝土的磨蚀性能,以低热水泥混凝土为研究对象,采用快冻法将其冻至不同损伤程度后进行水下钢球法冲磨试验,研究了维氏硬度、损伤层厚度、磨蚀深度、磨蚀形貌和分形维数随冲磨时间的交互变化关系。结果表明:混凝土冻融破坏是一个由表及里损伤与整体劣化共同作用的连续且不同步过程,磨蚀是由过流面向其内部逐层发生的物理性破坏;随着冻融次数的增加,混凝土整体维氏硬度下降、损伤层厚度增加,相同冲磨时间下的磨蚀深度和表面分形维数增大;72 h冲磨周期内,经50、100和200次冻融循环的混凝土平均磨蚀深度均小于其损伤层厚度。研究所得冻融和冲磨共同作用下混凝土性能演化规律可为多因素作用下混凝土材料的损伤评价提供参考。
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  不同应变率下干燥及饱水玄武岩纤维混凝土力学性能

  贾文振, 李磊

  长江科学院院报. 2023, 40(8): 170-176. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20220137

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  为研究加载速率和饱水作用对玄武岩纤维混凝土力学特性与破坏机理的综合影响,采用非金属超声波检测仪等装置对试件孔隙率、饱和含水率及纵波波速进行测量,利用万能试验机及直径为74 mm的分离式霍普金森压杆对干燥及饱水试件开展不同应变率下单轴压缩试验,分析应变率及饱水作用对试件纵波波速、应力-应变曲线、峰值应力及弹性模量的影响规律。结果表明:玄武岩纤维混凝土的孔隙度在1.89%~3.05%之间,试件孔隙度与饱和含水率间存在良好的线性正相关关系,饱水作用加快了试件内部纵波的传播速度;静载作用下饱水试件峰值应力低于干燥试件的8.6%,随着应变率的增加,饱水试件及干燥试件峰值应力及弹性模量均增大,试件存在明显的应变率效应,饱水试件应力增幅明显高于干燥试件,应变率达到130 s^-1时干燥饱水试件应力基本保持一致,当应变率达到160 s^-1时饱水试件峰值应力高于干燥试件的11.4%,弹性模量变化规律与强度变化保持一致;饱水作用对玄武岩纤维混凝土既存在侵蚀劣化作用,又存在水-纤维混凝土动力耦合强化作用,静载作用下水的软化作用及尖端水压力对裂隙的扩展作用降低试件抵抗外荷载能力,而动载作用下孔隙负压的存在及Stefan效应阻碍裂纹的扩展及试件的破坏,干燥及饱水试件应力相同时对应的临界应变率为130 s^-1。
水利信息化
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  多源遥感土壤湿度产品与水文模拟结果的时空对比分析

  杨涵, 熊立华

  长江科学院院报. 2023, 40(8): 177-183. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20220307

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  为实现土壤湿度连续准确的时空刻画,在不同气候条件下进行多源遥感土壤湿度产品(SMOS、ASCAT、ESA CCI、SMAP)与分布式降雨径流模型模拟土壤湿度时空对比研究。考虑到遥感数据与模型模拟数据时空匹配度上的差异性,将遥感原始表层土壤湿度(Surface Soil Moisture, SSM)和预处理后的剖面土壤湿度(Profile Soil Moisture, PSM)与分布式水文模型模拟的PSM分别进行对比。对比所用时间尺度为日尺度,空间尺度为流域尺度和栅格尺度。研究区域为湿润气候条件下的渠江流域和半干旱气候条件下的伊洛河流域。结果表明,在同一流域内当分布式水文模型土壤湿度模拟能力较高时,SMAP反演PSM与模型模拟值一致性较高,相关系数达到0.8,相对其他遥感产品其准确度较高。研究成果对获取高准确度土壤湿度时空信息具有一定的指导意义和实践价值。
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  基于文献计量的长江生态环境保护研究发展态势

  赵素婷, 袁洁, 刘佳程, 李富山, 汤宏波, 吕新华

  长江科学院院报. 2023, 40(8): 184-190. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20220329

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  长江生态环境保护一直备受中央、各级地方政府及各部门的密切关注和高度重视,围绕这一主题开展的相关科学研究也积累了大量的成果。研究基于定性分析和量化评估等情报学研究方法,通过广泛的文献调研,系统梳理了长江生态环境保护的发展历程及重要举措。在此基础上,检索相关主题研究成果论文数据,利用VOSviewer可视化软件及CNKI数据库的文献分析统计功能,对文献的时间分布、空间分布、学科分布、来源分布及作者分布等进行了统计分析,基于高频关键词和高被引论文进行研究热点的总结归纳。研究结果可为政府职能部门、科研一线人员及科研管理部门提供有益的参考资讯,进而促进长江生态与环境保护的创新性研究。