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2024年, 第41卷, 第12期 
刊出日期:2024-12-01
  

  • 全选
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    封面与目次
  • 长江科学院院报. 2024, 41(12): 0-0.
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  • 河湖保护与治理
  • 柴朝晖, 葛李灿, 姚仕明, 金中武, 刘小光, 章运超
    长江科学院院报. 2024, 41(12): 1-8. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20230844
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    三峡水库蓄水后,长江中下游物理生境发生明显变化,一定程度上影响河流功能的发挥。采用资料分析和文献综述,研究了三峡水库蓄水运用后长江中下游水文条件、河道形态、植被等典型物理生境的变化,总结了其对防洪、航道条件、供水、典型水生生物的影响。提出了应加强研究内容:①监测方面,包括长江中下游系统性和长期性监测、河(航)道治理工程、生态调度试验效果监测等。②规律和机理方面,包括河道形态变化机制和共性规律、干流洲滩植被变化机制、长江中下游洪水位和底栖动物对物理生境变化的响应规律和阈值等。③方法和对策方面,包括多因素影响下长江中下游水文条件中长期变化趋势预测方法,适应物理生境变化并满足需求的整治技术,满足供水、底栖、鱼类繁殖等目标的水库优化调度方案等,物理生境变化-影响效应-改善策略和技术全过程一体化研究。研究成果可为长江大保护及其健康发展提供参考。

  • 水资源
  • 王永强, 张森, 谢帅, 周涛
    长江科学院院报. 2024, 41(12): 9-14. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20230804
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    最大最小水位是计算梯级水库调度问题、水电站经济运行问题等时要考虑的重要约束条件,其精确预测能为水电站经济运行提供支持。常用的迭代计算容易误差积累,导致多时段预测结果可信度降低。选取对时间序列问题有良好处理效果的长短时记忆网络模型(LSTM),将其应用于三峡电站未来4 d最大最小坝前水位预测中,依据水量平衡预测框架构建传统预测模型;基于LSTM使用不同特征变量构建2种深度学习模型,并比较其预测效果。计算结果表明,考虑三峡库区水面线传播规律后的深度学习模型预测具有精确稳定的预测效果,99%预测绝对误差<40 cm。

  • 隆院男, 唐颖, 杨家亮, 莫军成, 宋昕熠
    长江科学院院报. 2024, 41(12): 15-22. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20230703
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    洞庭湖位于长江中游,其水文特征变化对于长江中游具有重要影响。针对变化环境下洞庭湖汛期水位演变特征及驱动因素,通过分析东洞庭湖(城陵矶站)、西洞庭湖(南咀站)、南洞庭湖(杨柳潭站)汛期最低水位、汛期最高水位、汛期平均水位3类水位序列,采用Mann-Kendall方法和Pettitt法检验3类水位序列的变异情况,基于GAMLASS模型分析3类水位序列的频率变化特征,并运用累积量斜率变化率法量化气候变化和人类活动的贡献率,以全面分析洞庭湖汛期水位变化的驱动因素。结果表明: 同等设计频率下,3类水位序列的设计值均有不同程度的降低。此外,葛洲坝蓄水、下荆江裁弯和降水量增大是A2时期(1978—2002年)洞庭湖水位上升的主要原因;A3时期(2003—2022年),东洞庭湖同时受三峡水库蓄水、长江干流和三口四水来流的影响,出现水位下降趋势。西洞庭湖和南洞庭湖则主要受降水量减少的影响,来水量变小,从而引起水位下降。研究成果可为变化环境下洞庭湖区的防洪安全以及水资源利用提供参考。

  • 沙永兵, 巴欢欢, 王也, 肖杨, 傅巧萍, 李肖男
    长江科学院院报. 2024, 41(12): 23-28. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20240724
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    汛期调度方式优化是提升五强溪水库综合效益的重要抓手。在确保防洪安全的前提下,基于预报预泄的方法,研究了五强溪水库主汛期运行水位动态控制范围、启动条件和预报预泄调度方式,计算分析了汛期运行水位上浮方案产生的综合效益。以1996年和2019年汛期调度实践为例,实施汛期运行水位动态控制,分别可提高发电水头0.48、0.54 m,减少弃水量8.53亿、9.56亿 m3,增加发电量1.26亿、1.34亿 kW·h。结果表明结合来水预报,在风险可控的条件下动态控制五强溪水库汛期运行水位,可在减少机组出力受阻几率和弃水的同时,显著提高水库的发电效益。

  • 陈致远, 梅翰林, 金光球, 郭超, 金中武
    长江科学院院报. 2024, 41(12): 29-39. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20240751
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    螺山站是长江干流与洞庭湖出流的汇口水文站,水位-流量关系复杂,是长江中游防洪重要的依据站之一。为进一步探究冲刷条件下螺山站水位-流量关系的演变趋势和影响因素,基于1990—2021年实测水位、流量数据和部分年份河道断面数据,采用M-K检验法、Theil-Sen Median方法和水位-流量关系综合校正法,分析冲刷条件下螺山站的水位-流量关系变化趋势和影响因素。 结果表明: ①螺山站年际枯水和中水流量级的水位呈较显著下降趋势,与枯水和基本河槽的形心下降幅度基本一致;而洪水流量级的水位波动范围较大,但没有显著的上升趋势。②三峡水库的运行使得螺山站和汉口站的水位差波动范围缩小,平均水位差总体增大,但在2013年后的汛期水位差缩小,可能导致汛期对螺山站顶托加剧。③螺山站在2016年和2020年的洪水连续过程中受顶托、涨落率和其他因素影响的贡献率均值分别为34.76%、23.82%、41.42%和31.38%、50.62%、18.00%,表明顶托和涨落率是影响水位的主要影响因素,但其他因素的影响率在部分年份可能偏大。

  • 水环境与水生态
  • 霍轶珍, 曾祥, 郭富强, 陈辉辉, 胡振, 徐红梅
    长江科学院院报. 2024, 41(12): 40-47. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20240576
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    为探索农田排水污染物治理模式,基于河套灌区生态排水沟-人工湿地系统示范建设项目,于2023年7—9月份开展生态排水沟、人工湿地、生态排水沟-人工湿地组合系统对农田排水污染物拦截净化效果的试验研究,主要测定总氮(TN)浓度、总磷(TP)浓度等水质参数。试验结果表明:不同处理模式的生态排水沟和人工湿地对水体中的氮磷污染物具有一定的去除作用,采用斜茎黄芪、黄花草木犀、紫花苜蓿、生物球基质和生物片基质处理的生态排水沟对TN和TP的消减效率分别为21.09%和23.84%、12.06%和26.67%、20.08%和34.15%、23.65%和20.56%、19.92%和25.83%;挺水植物区对TN和TP的消减效率分别为24.28%和17.89%,沉水植物区对TN和TP的消减效率分别为10.21%,其中紫花苜蓿处理模式与生物球基质处理模式的生态排水沟分别对TP和TN去除效果较好,挺水植物区和沉水植物区分别对TP和TN去除效果较好。生态排水沟-人工湿地组合系统对TN和TP的去除率分别为37.55%和11.47%,能够较好实现对污染物的逐级拦截吸附净化,进而对氮磷污染物具有明显的去除净化效果,有利于减轻农业面源污染。

  • 肖德强, 董磊, 潘雄
    长江科学院院报. 2024, 41(12): 48-56. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20230891
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    长江中下游是我国淡水湖泊分布最集中的区域之一,其水生态环境质量在过去十年有了明显改善,但湖泊富营养化趋势并未得到根本的遏制,部分湖泊水环境质量仍在恶化,富营养化问题甚至有所加重。现有湖泊营养化现状的解析由于研究样本数少,难以展示区域性的湖泊群体特征,存在一定的局限性。通过梳理长江中下游23个主要湖泊表层沉积物氮磷赋存特征,发现通江湖泊与半通江湖泊表层沉积物TN含量最高,且二者平均浓度大体相当,其次分别为城郊湖泊和城市湖泊。TP含量均值空间差异显著,城市湖泊表层沉积物TP含量最高,其次是城郊湖泊,通江湖泊与半通江湖泊的TP含量较低。虽然部分区域城市、城郊湖泊富营养化状况有所改善,但根据表层沉积物综合污染程度分级来看,长江中下游大部分湖泊处于重度污染,氮磷富营养化的治理仍需加强。研究结果可为长江中下游湖泊的富营养化现状提供整体认识,支撑长江流域湖泊富营养化防治。

  • 水土保持与生态修复
  • 卢刚, 王兴连, 艾克拜尔·热合木吐拉, 马惟杨, 王一峰, 孙宝洋, 李力
    长江科学院院报. 2024, 41(12): 57-65. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20230814
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    地形是影响水土流失的重要因素,地形因子是水力侵蚀估算模型的关键参数。区域土壤侵蚀研究中地形因子多基于中低分辨率数字高程模型(DEM)提取,但提取的坡度发生衰减、坡长发生扩张,显著影响水力侵蚀估算。通过总结坡度、坡长尺度效应及其对水力侵蚀估算的影响等方面的研究进展,结果显示,地形因子尺度效应广泛存在于不同侵蚀类型区,但坡度衰减、坡长扩张规律迥异;地形因子尺度效应与区域地形复杂程度相关,并受地形信息空间频率组成、地形因子计算方式和截断方式等因素的共同影响;不同区域坡度、坡长因子对DEM分辨率敏感度不同,其尺度效应对水力侵蚀估算的影响程度也不同。目前在坡度衰减、坡长扩张基本规律方面已有较为丰硕的研究成果,但坡度衰减和坡长扩张机制、坡度和坡长因子尺度效应耦合机理、人为活动引起坡面地形突变对地形因子尺度效应的影响机制、地形因子转换方法的区域适用性和地貌学原理及转换结果的不确定性评价等方面需加强后续研究。

  • 程学军, 付重庆, 肖潇, 张双印, 徐坚, 郑航, 廖茂昕
    长江科学院院报. 2024, 41(12): 66-72. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20230911
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    为探究流域景观特征对河流碳循环过程的影响,综合运用景观指数法、冗余分析(RDA)法和Pearson相关性分析法,分析长江三峡库区段景观因子对河流碳循环的影响。 结果表明: 长江三峡库区段土地利用和景观格局对水体溶解性碳浓度和水-气界面CO2、CH4通量影响最大的缓冲区尺度为1 500 m;1 500 m缓冲区内影响水体溶解性碳的关键变量有建筑用地和林地,影响水-气界面CO2和CH4通量的关键变量有建筑用地、林地、草地、耕地、裸地、香农多样性指数(SHDI)和斑块丰富度(PRD)。

  • 李建明, 刘晨曦, 张长伟, 王文龙, 王一峰, 郭明明, 康宏亮, 孙宝洋
    长江科学院院报. 2024, 41(12): 73-81. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20231187
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    针对土质和砾石影响堆积体入渗和产沙的机制问题,基于人工模拟降雨试验,定量研究3种土质(砂土、壤土和黏土)和4种砾石质量分数(10%、20%、30%,不含砾石的裸坡(CK)作为对照)堆积体在3种降雨强度(1.0、1.5、2.0 mm/min)下的入渗和产沙过程特征。 结果表明: ①砂土入渗速率呈持续下降趋势,而壤土和黏土分别在产流6 min和3~18 min达到稳定入渗;砾石抑制砂土入渗,但促进黏土入渗,壤土初始入渗和稳定入渗均随砾石质量分数增大而递增。②砂土平均入渗速率分别是壤土和黏土的0.88~2.40倍和1.04~2.18倍;利用Horton入渗模型可较好预测壤土和黏土降雨过程中任意时刻入渗速率,与实测值的误差在0.61%~6.82%范围内。③砂土侵蚀发生在整个降雨过程,且后期的侵蚀较初期更严重,而壤土和黏土前期侵蚀量显著大于后期;砂土平均侵蚀速率分别是壤土和黏土的4.74倍和2.84倍。④在降雨强度1.5、2.0 mm/min时,砾石对砂土和壤土起到显著抑制侵蚀作用,但1.0 mm/min雨强时砾石增大砂土和黏土侵蚀。研究结果可为建立工程堆积体土壤侵蚀模型提供数据基础,具有较强的理论和实践价值。

  • 水力学
  • 郭辉, 娄起浩, 陈端, 杨文俊, 付国栋, 金光球
    长江科学院院报. 2024, 41(12): 82-90. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20230809
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    目前鱼道效果评价多采用网捕、PIT跟踪等手段直接评价过鱼数量和效率,存在工作量大、周期长、诊断识别非生物工程问题困难等不足。基于我国鱼道效果已有监测数据,构建鱼道效果评价指标体系,涵盖水力条件适宜度、环境因子适应性、内部结构符合度等非生物指标和过鱼有效性等生物指标。典型相关分析表明,进口流速指数、孔缝宽度指数和池室消能指数等水力与结构指标对鱼道效果影响较大,指标权重分别为0.23、0.16和0.15;耦合模糊评价理论,构建了基于非生物指标的鱼道效果评价模型。案例分析表明,模型评价结果与直接监测结论相符,模型可靠性较好,可为我国鱼道运行管理提供技术支撑。

  • 史修府, 牧振伟, 吕智, 张猛强, 张红红
    长江科学院院报. 2024, 41(12): 91-100. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20230745
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    溢洪道转弯段消力池受弯道离心力和惯性力影响,往往会出现流态不佳、两岸水深和流速分布不均等不良水力现象。为探索该复杂水流问题,以新疆XBT水库溢洪道消力池为研究对象,设计17个模拟方案,将流态、水深、平均流速和消能率作为研究指标进行分析与评价。研究表明:不同模拟方案对转弯段消力池内部水力特性影响不同;为改善转弯段消力池内不良水力现象,将池深加深至6.55 m、采用矩形敞口出口型式并联合9根交错糙条可取得最佳流态,即中后段壅水问题得到解决并消除了凹岸水流溢出边墙现象,此时凹岸水深相较原方案降低30.22%,两岸水位差仅为0.02 m;通过对消力池内典型断面平均水深和动能计算,消力池出口断面平均水深相较原方案降低了49.97%,消能率由18.97%提高至62.63%。

  • 岩土工程
  • 郭瑞, 张建华, 李俊祥, 冯旭明, 李文强
    长江科学院院报. 2024, 41(12): 101-108. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20230775
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    为探究安康地区膨胀土物理力学指标的分布规律和合理取值范围,基于陕西安康某膨胀土工程实例,通过数理统计模型(正态分布、伽马分布、威布尔分布及对数正态分布)对不同指标的分布规律和范围进行统计分析,并采用柯尔莫哥洛夫-斯米洛夫(K-S)检验法对各指标分布特征进行检验。 结果表明: 膨胀土的干密度指标偏度最小且为右偏接近正态分布,膨胀率指标偏度最大且为左偏。采用对数正态分布函数能够更好地反映膨胀土含水率和孔隙比指标分布规律,正态分布函数能够更好地反映干密度指标分布规律,威布尔分布能够更好地反映膨胀土的液限、塑限、塑性指数、膨胀率及膨胀力等指标的分布规律;与平均值法相比较,采用最优拟合分布函数峰值能够较准确地评价膨胀土物理力学指标。研究结果对深入认识区域内膨胀土的变形特征和工程建设具有借鉴意义。

  • 李锋, 杨雨, 温立峰, 李炎隆
    长江科学院院报. 2024, 41(12): 109-116. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20231373
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    抽水蓄能电站输水发电系统一般埋深较大,在引水系统外水内渗的作用下,厂房洞室群三维渗流场分布复杂,排水措施对控制输水发电系统的渗流场具有重要作用。采用三维渗流场有限元方法,建立张掖抽水蓄能电站输水发电系统三维渗流场数值计算模型,真实考虑输水系统、地下厂房系统、防渗排水系统。在对抽水蓄能电站输水发电系统的渗流场分布规律进行分析的基础上,讨论了压力管道下层排水系统和厂房排水系统对渗流场的影响。 结果表明: 正常运行情况下,地下厂房大部分位于浸润线以上且在设计渗控方案下渗流量控制在合理范围之内,渗流在靠近厂房洞室群的底部溢出,管道表现出内水外渗的特点,尾水系统渗流量相对较大;压力管道下层排水廊道对压力管道和厂房上游侧渗流场产生较大的影响,排水孔间距越小浸润线越低且相应区域渗流量越大,排水孔间距为3 m较为合理;厂房区域排水系统对地下厂房渗流场影响显著,随着排水孔间距的增加,排水效果减弱,集水井内流量减少,浸润线有所抬升,排水孔间距为3 m较为合理。

  • 陈浩
    长江科学院院报. 2024, 41(12): 117-125. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20230818
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    绿色低碳化学固化技术研发是“双碳”背景之下实现淤泥质地基快速加固的有效保障。为此,创新性提出活性纳米SiO2联合微生物诱导碳酸盐沉淀(MICP)协同技术对淤泥进行固化改性,通过试样无侧限抗压强度、pH变化、Ca2+利用率和扫描电镜等手段分析其加固效能与作用机理。 结果表明: ①当纳米SiO2掺量不高于0.1%时,SiO2-MICP固化淤泥试样抗压强度随纳米SiO2掺量增加而增大;②相比未添加纳米SiO2的MICP固化试样,0.5、1和2 mol/L Ca2+浓度下0.1%纳米SiO2联合MICP固化试样抗压强度对应提升64.21%、10.28%和75.98%;③纳米SiO2可为MICP提供新成核位点且填充孔隙,诱导淤泥试样中生物矿物由文石向方解石转化,且凝胶产物生成促进试样强度进一步升高;④纳米SiO2提高胶结液中Ca2+利用量和利用率,并调节液相环境中pH值水平。微生物诱导产生生物CaCO3(发挥胶结、填充、架桥等作用)和纳米SiO2物化效应(即矿物生长新成核位点、微集料填充、胶凝产物),二者联合作用促使淤泥固化体力学特性的提升和微观骨架的构建。

  • 朱悦璐, 李光灿, 吴帅兵
    长江科学院院报. 2024, 41(12): 126-132. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20230752
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    对Richards方程的Laplace变换解在原函数敛散性、逆变换求解步骤、方程适用性等3个方面的问题进行了补充和讨论。通过列举理论反例、使用积分变换和换元方案、结合实际工程算例等方法,证明了直接默认原函数收敛的传统做法有可能出现较大误差,因此在Laplace正变换前,需对入渗函数的敛散性进行判断;针对性补全了Laplace逆变换的求解步骤,从理论层面闭合了该解在土工类文献中缺失的一环;揭示了Laplace解在应用中可能出现土体下层含水率大于上层的反常现象,并从物理背景和数学背景对该现象进行分析,指出该解所存在的天然缺陷。研究结果可从理论上进一步巩固非饱和土理论体系。

  • 贾真, 杨冬梅, 郑宏
    长江科学院院报. 2024, 41(12): 133-137. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20230742
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    数值流形法采用数学覆盖和物理覆盖的双覆盖系统,具有灵活处理边界问题、高效进行网格划分以及便捷提高近似精度等优点,是一种很有前景的数值方法。不同于传统数值流形法根据界面来切割数学覆盖形成物理覆盖的做法,数值流形法基于弱不连续物理覆盖,在流行单元中利用折射定律构造出一种新的权函数,以此建立局部近似,并将其应用在稳定渗流问题中。通过对典型算例的计算分析,结果表明该方法在解决不连续界面问题中具有准确性和便利性。

  • 王亚东, 陈超骏, 刘小三, 刘齐建, 邓涛, 陆宸羽, 林聪煜
    长江科学院院报. 2024, 41(12): 138-146. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20230721
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    为探究三角形布桩下桩承式加筋路堤的荷载传递效率,将桩帽形状进行合理等效,提出改进同心球拱模型。将圆形或方形桩帽等效为正六边形,相邻桩间条形区域形成二维半圆土拱,三桩间三角形区域上方形成三维半球土拱。考虑土工格栅呈抛物线形弯沉,在地基反力模型中引入固结系数,得到了土与土工格栅之间的摩擦和粘附作用张力表达式,研究了土拱和拉膜效应下桩的荷载传递效率。通过将本文方法与现有解析理论、规范方法进行对比,验证了其合理性和可行性。参数分析表明:荷载传递效率随地基反力系数的增加成指数型降低,随地基固结系数成直线缓慢增加。随着填土高度增加,土拱效应和拉膜效应先增大而后趋于稳定。

  • 杨海涛, 谢建斌, 江珊汕, 张浩南, 李志源, 叶宗昂
    长江科学院院报. 2024, 41(12): 147-154. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20231116
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    水泥作为当前较常用的土体加固材料,使用过程中会增加土壤pH值并存在一定污染地下水的风险。采用γ-聚谷氨酸(γ-PGA)、β-葡聚糖、γ-聚谷氨酸交联β-葡聚糖混合物(γ-PGA-β-G交联物)3种环保型材料加固粉土。通过粉土加固前后无侧限抗压强度试验、直剪试验、傅里叶红外光谱表征、扫描电镜微观观测试验,研究交联生物聚合物增强粉土抗压及抗剪强度机理。试验结果表明:交联生物聚合物增强粉土抗压及抗剪强度优于单一生物聚合物。交联生物聚合物掺量、养护龄期对粉土改良效果有显著影响。养护时间越长,改良粉土效果越好。在一定掺量范围内,改良粉土强度与掺量呈正相关。1.5%为γ-PGA-β-G改良粉土无侧限抗压强度最佳掺量,养护28 d无侧限抗压强度为47.07 kPa,较素粉土增长了1.43倍。γ-PGA-β-G交联物能有效提高粉土黏聚力及内摩擦角。其机制为γ-PGA-β-G交联物形成的三维网状结构具有较好力学性能,包裹粉土颗粒,进而显著提高粉土强度。

  • 水工结构与材料
  • 彭建, 曹凯峰, 严建军, 刘荣超
    长江科学院院报. 2024, 41(12): 155-161. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20230811
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    水闸工程结构复杂,采用泵送混凝土时胶凝材料用量高,易导致裂缝出现。为了解决此类裂缝问题,结合工程原材料,选用当地粉煤灰和矿渣粉,对水闸泵送混凝土展开了单掺粉煤灰、复掺粉煤灰和矿渣粉及其不同掺量的混凝土性能研究。混凝土拌和物性能、力学性能、变形性能、热学性能、耐久性等试验研究结果表明:混凝土复掺矿渣粉和粉煤灰可以产生复合效应,能够改善混凝土工作性能;复掺20%粉煤灰+20%矿渣粉的混凝土与单掺30%粉煤灰混凝土相比,28 d抗压强度基本持平,混凝土温升降低2.9 ℃,能提高混凝土抗裂性能。采用复掺掺和料混凝土有助于解决引江济淮水闸混凝土的裂缝问题。

  • 水利信息化
  • 姜莹, 陈喆, 向大享, 陈希炽, 赵静, 文雄飞, 申邵洪
    长江科学院院报. 2024, 41(12): 162-170. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20231399
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    面向水资源监测任务需求,综合考虑时-空覆盖性、传感器参数、成像质量和目标重要性等准则,基于监测任务需求原型,提出一种自适应多传感器性能度量方案,构建模糊贪婪搜索决策的星载组合方法,实现对水资源监测任务的最大效益化观测。为验证组合方案的适应性,以丹江口库区为试验区,进行多传感器组合观测模型验证。试验结果表明,组合观测方案能满足在特定时空约束条件下对库区水质、库岸环境及常规干旱监测任务的需求,为水资源日常监测提供合理的决策依据。

  • 水灾害防御与治理研究专栏
  • 姚仕明, 范达福, 栾华龙, 渠庚, 胡呈维, 何子灿
    长江科学院院报. 2024, 41(12): 171-179. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20230913
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    受自然因素变化和人类活动的双重影响,近年来鄱阳湖出现了极端的洪枯水文情势。2020年汛期鄱阳湖最高水位突破历史极值,2022年鄱阳湖出现历史罕见的“汛期反枯”现象,多站出现历史最低水位。极端的洪枯水文情势给湖区乃至长江下游地区防汛抗旱工作带来了严重影响。为应对新水沙及气候条件下鄱阳湖流域洪旱灾害,根据鄱阳湖流域水文、大气环流资料和三峡工程运行信息,对上述2次极端洪枯事件进行总结分析。 结果表明: 厄尔尼诺和拉尼娜现象下副热带高压影响降雨、湖区出入流是鄱阳湖出现极端洪枯水文情势的主要原因,长江上游干支流水库调节也对极端洪枯水文情势产生了一定影响。研究成果有助于提升鄱阳湖流域水旱灾害应对能力。

  • 胡德超, 王敏, 毛冰, 元媛, 邓春艳, 朱勇辉
    长江科学院院报. 2024, 41(12): 180-188. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20240744
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    针对洞庭湖团洲垸2024年7·5溃堤洪水,采用湖泊与民垸整体二维水动力数值模拟方法,从宏观过程、细部水流结构等方面全方位复盘团洲垸的溃堤洪水,并开展钱团间堤溃决洪水危险性计算。模型准确计算了溃口内外水位的平衡时间;准确给出了团洲垸溃口流量、溃口内外水位、蓄洪量、淹没面积等随时间的变化过程;准确再现了溃口处的水面跌坎,据此揭示了溃口附近水位低于下游湖区同期水位的原因;绘出了溃口附近水位及流速的平面分布,定量分析了溃口附近水面的“外凹内凸”特征及纵横比降。与实测数据相比,模型的水位计算相对误差在溃堤洪水过程中(除溃决初期)一般在10 cm以内,在溃口内外水位达平衡后降至5 cm以下;流量计算相对误差一般在5%以内,峰值流量相对误差2.5%。模型水量守恒统计误差为0.6%;团洲垸最大进洪量的模型计算值与水文部门基于蓄洪量-水位曲线分析结果的差别为6.8%。在洪水复演的基础上,沿钱团间堤自北向南假定了3个溃口,分别在封堵/不封堵已有团洲垸溃口的条件下,开展钱团间堤的溃堤洪水过程计算。从流场、溃口流量过程、民垸蓄洪量和淹没面积等方面,定量评估了钱团间堤溃堤洪水的危险性。研究结果为洪水情势与风险评估、堤防守护等提供了技术支撑。针对真实溃堤洪水计算所提出的河湖与蓄滞洪区一体化二维模拟、民垸精细建模、试算获得溃口断面地形时间序列的研究方法,取得了良好的模拟效果和精度,该方法可供同类研究借鉴。

  • 陈喆, 向大享, 姜莹, 程学军, 李经纬
    长江科学院院报. 2024, 41(12): 189-195. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20240793
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    针对如何在应急条件下开展快速有效的洪涝灾情动态监测预警评估,提出了一种基于时序国产高分三号星座数据的洪涝灾害应急监测模式,探索汛期洪涝溃堤灾前预警、灾中动态监测、灾后损失评估的监测方法和处理流程。基于该工作模式,针对2024年7月5日发生的洞庭湖团洲垸溃口险情,利用溃口决堤前后逐日国产高分三号卫星影像时序数据,迅速开展团洲垸受灾区域应急遥感监测。根据水体提取结果和洪涝受灾前后变化检测结果,发现:决堤发生前一天溃口周围农田区域水体面积明显增大,2024年7月4日上午10时至7月5日上午11时,堤防渗水过程明显;2024年7月6日上午团洲垸基本全部被淹,仅剩主要干道两侧房屋屋顶在水面以上;7月8日至15日,团洲垸呈缓慢退水状态。监测结果表明,基于国产高分三号星座数据可实现高时空分辨率的溃堤前—溃堤中—溃口合拢后团洲垸灾情变化全过程监测,为溃堤灾前预警、灾中应急抢险、灾后损失评估提供有效的数据支撑。

  • 李少龙, 范越, 周欣华, 王金龙, 肖利, 王艳丽, 崔皓东
    长江科学院院报. 2024, 41(12): 196-201. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20240851
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    全球气候变化背景下越来越频繁的极端水文事件严重威胁堤坝防洪安全,2016年、2020年长江流域均发生大洪水并伴有堤防溃决;2024年7月5日湖南洞庭湖团洲垸堤发生溃决,给人民生命财产安全带来极大威胁。为人民群众早日返回家园并防止次生灾害,溃堤发生后通常会尽早抢险封堵合龙。此时圩垸堤内外水位相平,溃口合龙条件下圩垸内应急快速抽排,水位骤降对主堤及二道防线堤防安全的影响备受关注,甚至制约应急抢险。为分析洞庭湖团洲垸应急抽排对堤防安全的影响,并为应急抢险方案制定提供支撑,以洞庭湖水位维持不变为背景,结合地质和设计资料,构建团洲垸临溃口主堤和钱团隔堤非稳定渗流和稳定分析模型,在团洲垸溃口合龙条件下,重点分析应急抽排过程中垸堤内水位极端骤降速率0.3、0.6 m/d工况下,堤防渗透稳定和边坡安全。分析结果表明,各工况下堤防最大渗透坡降和边坡稳定均满足3级堤防规范要求。综合考虑诸多影响因素,提出了相关降速的建议,为应急抢险和二道防线守护等提供了技术支撑;也可为水位骤降条件下堤坝边坡安全分析提供参考。

  • 胡苑成, 陈龙, 杨欢
    长江科学院院报. 2024, 41(12): 202-208. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20240494
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    为了全面分析赣江尾闾洪水情势变化,利用赣江尾闾6个测站实测流量或水位序列资料,结合现状河道条件下各频率洪水位变化情况开展研究。研究结果表明:赣江尾闾洪水位总体呈下降趋势,2003—2022年最高洪水位均值比1956—2002年下降0.24~1.65 m;赣江尾闾各频率洪水位出现不同程度下降,“湖洪”控制河段基本没有变化,“河洪”控制河段下降明显,各频率洪水位最大降低值为1.62~1.77 m;赣江尾闾局部河道洪水位下降说明相应河段行洪能力增加,进而说明相应防洪压力减轻,对防洪安全有利。赣江尾闾存在“河洪”与“湖洪”遭遇的情形。在未来防汛及工程规划设计中,应考虑研究赣江尾闾遭遇“河洪”与“湖洪”极端情形的影响。