2024年, 第41卷, 第6期　
刊出日期：2024-06-01

  

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封面与目次
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  第41卷第6期封面与目次

  长江科学院院报. 2024, 41(6): 0-0.

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专家特约稿
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  三峡工程蓄水运用20年综合效益发挥与展望

  胡兴娥, 曹瑞

  长江科学院院报. 2024, 41(6): 1-9. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20240103

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  三峡工程自2003年蓄水发电至今已运行20 a,初步设计主要功能全部实现,并适应运行条件变化和发展需求持续优化运行方式,防洪、发电、航运、水资源利用等综合效益全面发挥。截至2023年底,三峡工程累计拦洪运用66次,拦蓄洪水超2 088亿m³,确保了荆江河段防洪安全,极大减轻了长江中下游防洪压力;累计发出清洁电能超16 600亿kW·h,相当于节约标准煤5.1亿t,减少二氧化碳排放13.3亿t;极大改善了库区与长江中游航道条件,累计通过货运量超20亿t,有力促进了长江航运快速发展;枯水期累计向下游补水约3 400亿m³,有效保障了长江中下游供水安全;生态调度成效显著,四大家鱼资源量明显恢复。为了应对频发的极端水文事件带来的风险和挑战,确保三峡工程长期安全运行和持续发挥巨大综合效益,从推进气象水文预报技术研究与应用、三峡水库调度运行方案优化、创新成果转化运用、智慧化管理等方面提出了下一步工作展望。
河湖保护与治理
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  高洪水期运行水位对三峡水库泥沙淤积的影响

  张成潇, 米博宇, 吕超楠, 赵汗青, 高宇, 任实

  长江科学院院报. 2024, 41(6): 10-17. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20230070

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  三峡水库泥沙问题直接关系到水库库容的长效保持。选取典型高洪水期,基于数值模型探究入库水沙量级、水沙异步及运行水位对三峡库区沙峰输移和淤积排沙的影响。结果表明:入库洪峰的增大抑制了涪陵沙峰比的衰减,并导致更多泥沙输运至坝前,使得坝前沙峰降幅受运行水位的抬升更为显著;变动回水区较常年回水区更易受到入库水沙异步影响,且随着来沙系数的增大,由低水位抬升时淤积占比更高;水库排沙比受入库水沙异步影响有限,且随着入库洪峰、沙峰的增大,排沙比增加的同时对运行水位抬升导致的衰减更为敏感。研究成果初步揭示了入库水沙异步及运行水位对库区沙峰运动与淤积的影响,可为三峡水库汛期优化沙峰排沙调度提供参考。
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  长江中游武汉河段江心洲的差异化冲刷规律

  王茜雅, 李志威, 马嘉怿, 白宽宽

  长江科学院院报. 2024, 41(6): 18-27. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20230339

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  近20 a长江中游分汊河段的江心洲经历了冲刷并发生蚀退,但对微弯河段和顺直河段的江心洲差异化冲刷尚未有清晰认识。选取长江中游武汉河段的白沙洲和天兴洲作为研究对象,采用遥感影像、水文资料及野外调查,分析了白沙洲与天兴洲形态变化及差异化冲刷的原因。结果表明:1989—2020年,白沙洲洲体萎缩将近43.83%,天兴洲洲头浅滩变化较大,整体出露面积相对稳定;白沙洲与天兴洲的归一化植被指数(NDVI)整体较小,洲体植被覆盖空间差异性减小;这2个江心洲枯水期出露面积的变化主要体现在洲头浅滩;位于顺直河段的白沙洲洲头及侧向洲体遭遇冲刷,左侧洲体出现窝崩现象,其主要原因是白沙洲大桥桥墩的壅水与阻流作用;位于微弯河段的天兴洲自三峡工程蓄水后洲头遭受冲刷,2004年洲头守护工程实施和人工抛石有效地抑制了冲刷并实现了促淤作用。因此,江心洲的冲刷差异性主要体现在河段形态、主支汊相对位置和有无守护工程。
水资源
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  基于EMD-DELM-LSTM组合模型的湖泊水位多时间尺度预测

  余周, 姜涛, 范鹏辉, 牛超群, 陈兵

  长江科学院院报. 2024, 41(6): 28-35. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20230032

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  针对水位时间序列具有线性与非线性混合、不确定性高等特点带来的预测困难问题,提出了一种基于经验模态分解(EMD)、长短时记忆网络(LSTM)和深度极限学习机(DELM)的EMD-DELM-LSTM组合模型,其中DELM和LSTM采用并联结构预测,并与EMD串联连接。首先使用EMD将原始信号分解为若干个具有单一特征的本征模态函数(IMFs),再将IMFs分类重组为高、中、低频信号后输入DELM-LSTM并联结构中进行预测并重构。以广州某大学重要湖泊为例验证模型的有效性,结果表明,与EMD-LSTM、EMD-DELM、LSTM、DELM和BiLSTM模型相比,本模型在不同时间尺度下的预测性能均有显著提升,其中40 min时间尺度下的预测性能提升效果最为明显,分别较对比模型提升43.08%、22.92%、45.79%、30.92%和47.31%。可见,本模型对于不同时间尺度的水位预测具有良好的可靠性和稳定性。
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  湖北省2000—2019年降水时空变化分析

  郑珉姣, 刘瑞龙, 杨雪, 刘琨, 张少佳

  长江科学院院报. 2024, 41(6): 36-41. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20230076

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  为评估长序列降水时空变化及其对旱涝灾害的影响,采用趋势分析、累积距平分析等方法,选择降水集中指数(PCI)、降水异常指数(PAI)等指标分析了湖北省2000—2019年20 a间降水时空分布特征以及旱涝灾害发生状况。结果表明:近20 a湖北省累计年降水量增加了0.03%,降水多集中在4—8月份,雨热同期;2019年较2000年东部降水量增加;纬度决定了省内降水量的基数,总体呈现南部多于北部,经度影响降雨量变幅,表现为东西方向降水量空间分布的较大变异性;20 a间的PCI呈下降趋势,降水季节性和时段性特征较明显,PAI显示2005—2015年期间具有洪涝转干旱的趋势,2015年SPI值最大为1.425,出现了较严重洪涝;总体来看湖北省旱涝灾害呈现周期性波动特点,时间周期特征显著。研究成果对年际尺度上区域气候变化应对、旱涝灾害预警等方面具有重要意义。
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  基于数据分解与斑马算法优化的混合核极限学习机月径流预测

  李菊, 崔东文

  长江科学院院报. 2024, 41(6): 42-50. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20230782

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  为提高月径流预测精度,改进混合核极限学习机(HKELM)预测性能,提出小波包分解(WPT)－斑马优化算法(ZOA)－HKELM组合模型。利用WPT处理月径流时序数据,构建局部高斯径向基核函数和全局多项式核函数相混合的HKELM;通过ZOA优化HKELM超参数(正则化参数、核参数、权重系数),建立WPT-ZOA-HKELM组合模型,并构建WPT-遗传算法(GA)-HKELM、WPT-灰狼优化(GWO)算法-HKELM、WPT-鲸鱼优化算法(WOA)-HKELM、WPT-ZOA-极限学习机(ELM)、WPT-ZOA-最小二乘支持向量机(LSSVM)、ZOA-HKELM作对比模型,通过黑河流域莺落峡、讨赖河水文站月径流时间序列预测实例对各模型进行检验。结果表明:①莺落峡、讨赖河水文站月径流时间序列WPT-ZOA-HKELM模型预测的平均绝对百分比误差分别为1.054%、0.761%,决定系数均达0.999 9,优于其他对比模型,具有更高的预测精度,预测效果更好。②利用ZOA优化HKELM超参数,可提高HKELM预测性能,优化效果优于GWO、WOA、GA。③预测模型能充分发挥WPT、ZOA和HKELM优势,提高月径流预测精度;在相同分解和优化情形下,HKELM的预测性能优于ELM、LSSVM。
水土保持与生态修复
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  抽水蓄能电站水库岩质边坡消落带生态修复探讨

  金可, 常世举, 万丹, 周火明, 刘富强, 马萧萧

  长江科学院院报. 2024, 41(6): 51-57. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20230225

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  抽水蓄能电站是我国水利水电开发的重要组成部分,建成运行后将形成库水周期性涨落的消落带,生境条件极为脆弱,是生态环境修复的重难点区域。对岩质边坡生态修复关键技术和水库消落带生境改善方法开展系统分析,结合河南天池抽水蓄能电站上水库岩质边坡消落带生境特征,提出土工格室+生态袋+挂网复合工程技术可作为水库岩质边坡消落带生态治理的关键措施。基于消落带库水涨落节律和植物自身遗传特性,指出消落带下端优先配置长期耐淹多年生草本植物(如狗牙根),消落带中端配置耐淹能力较强的灌木和草本(如秋华柳、黄荆、紫穗槐、中华蚊母和狗牙根等),消落带上端可综合配置抗旱耐淹能力较好的乔木、灌木和草本(如银合欢、桑树、紫穗槐、黄荆、秋华柳、狗牙根和苘麻等),以及生态适应性较强的乡土植物(如藜和诸葛菜等)。研究成果对抽水蓄能电站水库岩质边坡消落带生态治理具有重要指导意义。
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  2001—2021年巢湖流域植被覆盖时空变化及驱动分析

  王亚琼, 高曼莉, 罗劲松, 徐莹梅, 徐伟, 卢毅敏

  长江科学院院报. 2024, 41(6): 58-68. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20230041

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  基于2001—2021年Landsat遥感数据,研究巢湖流域植被覆盖多年变化,利用时空地理加权模型探讨地形、气候及人类活动的驱动影响。结果表明:①流域内平均植被覆盖度0.75,近20 a总体呈增加趋势,增速0.12%/a;2009年前,呈下降趋势,2009年后,呈增加趋势。②流域内89.79%的区域植被覆盖度高于0.6,不同土地利用的植被覆盖度为林地>旱作农田>稀疏植被>灌溉农田>城市建成区>湿地,湿地受蓄水排涝功能的影响,植被覆盖度相对较低。③近20 a,34.78%的区域植被覆盖度发生变化,以增加趋势为主,面积占比62.73%,集中在合肥市老城区、山区林地、沿江北岸平原地带以及环巢湖湿地区域,政策上的生态环境保护和流域治理对植被覆盖产生正影响成效显著;减少趋势发生在城市外围和部分耕地区域,体现城镇化建设、耕地种植模式等人类活动对植被覆盖的负影响,对于引江济淮(派河—东淝河)段施工沿线和柘皋河流域植被覆盖度减少,应值得关注。④2010年前,地形因素的影响逐年降低,气候作用逐年增加,2010年后,地形因素持续增加并成为主要因素。⑤人类活动对植被覆盖的影响程度整体呈增强趋势,生态环境得到改善,增强幅度为0.013%/(10 a)。
水灾害
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  赣江流域水文干旱事件重现期计算方法

  郭娜, 洪兴骏, 江聪

  长江科学院院报. 2024, 41(6): 69-75. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20231214

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  针对以径流相对亏缺状态表征的水文干旱事件,采用3种常用的概率分布函数Log-normal、Gamma和Normal,拟合了赣江外洲站实测年径流资料;利用外洲站年径流的统计特征,推导了干旱历时和干旱强度2种典型干旱特征变量的理论概率分布函数的参数;计算了期望间隔时间定义下干旱历时内累积干旱强度达到某一阈值的干旱事件的重现期,并采用Monte Carlo随机模拟技术进行了验证。结果表明:根据年径流统计信息解析推求水文干旱事件的重现期,具有较强的统计基础和可信的精度,能够一定程度克服依靠有限观测水文序列进行干旱事件重现期推断的样本偏差,可为定量评估流域干旱风险,支撑流域水安全保障提供新的思路。
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  基于HEC-HMS模型的三峡区间洪水模拟

  王雨潇, 刘波, 王文鹏, 吴光东, 张天宇, 孙营营

  长江科学院院报. 2024, 41(6): 76-83. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20230047

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  三峡区间面积在长江上游的流域面积占比5.6%,但在三峡入库洪水组成中,区间形成的洪水占比可达10%以上,可见区间暴雨洪水是水库防洪安全必须考量的重要因素。采用2007—2011年三峡入库流量,上游边界寸滩和武隆站实测流量资料,建立了基于HEC-HMS的三峡区间洪水模拟模型,用于分析区间暴雨洪水与入库洪水的关系。根据入库洪水来源组成分析和资料特点,提出分类调参、分期检验的区间洪水建模方案:对以上游来水为主型洪水,率定汇流参数;对区间降水贡献较大型洪水,率定产流参数;对2012年以后的模拟洪水过程,以三峡水库运行实录发布的洪水过程线为比对基准。结果表明:模型精度良好,率定期和验证期洪峰流量相对误差在±20%以内,峰现时间误差＜3 h;经与长江三峡工程运行实录比对,模型适用于模拟2012年后的三峡入库洪水过程。以20160626场次洪水为典型,分析该场区间洪水对入库洪水的峰值贡献率达27.2%,使得峰现时间提前16 h。研究成果可用于三峡区间洪水的影响研究,也可作为区间流域洪水模拟模型建模方案的技术参考。
水力学
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  墩头角度对竖缝式鱼道水力特性的影响

  韩雷, 吕春玮, 王正君, 张帅康, 李洋

  长江科学院院报. 2024, 41(6): 84-90. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20230214

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  竖缝式鱼道隔板、导板的墩头角度是影响其池室水流结构的因素之一。采用数值模拟方法,依据RNG k-ε方程,主要通过改变隔板与导板墩头在迎水面与背水面角度的方式,来研究竖缝式鱼道的水力特性。在不同墩头角度情况下,通过对比相应鱼道池室内的水流流态、流速、紊动能等数据,获得较为适宜的鱼道隔板设计型式。试验结果表明:隔板和导板迎水面墩头角度逐渐增大时,均会导致池室主流逐渐靠近池室一侧边壁;在主流未受到池室边壁的影响时,水流流速整体呈下降趋势;导板迎水面墩头角度变化对池室水流结构影响更大。研究成果可为鱼道优化设计提供数据支撑。
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  长江中游城陵矶—武汉河段稳定航深计算方法改进

  单敏尔, 刘鑫, 李瀛, 张伟, 陈怡君, 雷雪婷

  长江科学院院报. 2024, 41(6): 91-97. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20230106

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  航道稳定航深计算是充分利用航道水深资源的前提条件,改进稳定航深的计算过程对估算航道水深潜力有重要的意义。为计算长江中游城陵矶—武汉河段航道最大稳定水深,改进了稳定航深估算法中的河相关系参数、水深修正系数及分流比计算过程,同时综合考虑分汊河段和非分汊河段的稳定航深,最后确定了城陵矶—武汉河段在不同流量、不同河宽下的稳定航深。研究结果表明:①通过构建城陵矶—武汉河段流量Q与河相系数α、形状系数k、河相指数β、河宽B的经验关系,可简化改进稳定航深估算法的稳定航深计算过程。②城陵矶—武汉河段在98%设计通航保证率流量下,150、200、250 m航宽尺度下基于自然禀赋的稳定航深分别为5.98、5.64、5.30 m;在20 000 m³/s流量下,150、200、250 m航宽尺度下的稳定航深分别为12.56、11.89、11.22 m;在30 000 m³/s流量下,150、200、250 m航宽尺度下的稳定航深分别为16.81、16.16、15.49 m。
岩土工程
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  软土地区基坑前排倾斜双排桩支护现场试验及工作机理

  郑刚, 王玉萍, 程雪松, 余地华, 黄晓程, 李昕昊

  长江科学院院报. 2024, 41(6): 98-105. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20230171

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  基坑倾斜桩支护大幅提高了无支撑支护结构的适用深度,具有造价低、施工便捷、绿色低碳、变形控制好等特点,然而目前研究多集中在单排倾斜桩,对前排倾斜双排桩支护的试验、理论与应用的研究均较少。针对前排倾斜双排桩支护基坑开展了现场试验,同时采用有限元方法分别从前排斜桩、桩顶连梁及桩间土体作用3个方面深入探究了前排倾斜双排桩支护的工作机理,进一步分析了直斜桩长度和排距对前排倾斜双排桩支护结构受力变形性能的影响。结果表明,相比传统竖直双排桩,前排倾斜双排桩支护结构的支护性能显著提升,前排斜桩主要发挥“斜撑”作用,连梁主要起到将直斜桩及冠梁连接成一个空间刚架的作用,桩间土体能够提高桩土摩阻力,进而有效减小前排倾斜双排桩变形。研究成果有助于前排倾斜双排桩的推广和应用。
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  固定化微生物技术修复镉污染红黏土的室内试验研究

  陈筠, 黄洋, 向川, 龙钰

  长江科学院院报. 2024, 41(6): 106-113. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20230042

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  为了探究固定化微生物技术对镉(Cd)污染红黏土物理力学性质和环境污染的修复效应,以活性炭为载体,菌种选取巴氏芽孢杆菌,开展基本物理试验、无侧限抗压强度试验、毒性浸出试验和重金属形态提取试验。试验结果表明:巴氏芽孢杆菌对镉离子有较强的耐受性;对比单加微生物或活性炭,固定化微生物技术的修复效果更显著;14%活性炭微生物土样的无侧限抗压强度为229.7 kPa,较镉污染土提升174.7%;修复21 d后,10%活性炭微生物土样的镉离子浸出浓度降低到0.002 mg/L,较镉污染土样降低99.8%;修复后,土中的镉从弱酸态向可还原态和残渣态转化。总的来说,固定化微生物技术对镉污染红黏土具有良好的修复效果,活性炭的掺量以10%为宜。研究成果可为贵州省镉污染红黏土的治理提供参考。
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  在役边坡耐久性弱化及整体稳定性影响分析

  王华俊, 马永政, 卿翠贵, 叶文亚, 李春光, 赵勇博

  长江科学院院报. 2024, 41(6): 114-121. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20230046

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  针对在役边坡长期耐久性能弱化及对整体稳定性影响问题,首先依据混凝土结构耐久性原理,建立边坡支护结构耐久性弱化分析模型,结合室内耐久性加速试验进行验证分析,接着基于混合型非连续变形分析法(HDDA)扩展了锚杆单元连接不同位移模式块体的算法,利用该扩展型混合DDA法结合有限元法以分析耐久性弱化边坡稳定性问题,建立了总体计算基本框架。最后以浙江省某沿海公路边坡为案例进行分析,结果表明:在特定环境条件下边坡多型支护结构物在30~60 a内有锈胀开裂及断裂失效的可能性;假定锚杆不失效时边坡安全系数随年限增加存在一定降幅,而在考虑锚杆陆续失效时边坡安全系数降幅明显,需要提前采取加固措施。此外还表明混合型DDA法建模灵活、模拟结果合理,具有较好的应用价值。
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  三元工业废渣协同水泥固化土的基本特性和机理分析

  张洁雅, 杨帆, 曹家玮, 董晓强

  长江科学院院报. 2024, 41(6): 122-129. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20230188

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  为了资源化利用工业固废的胶凝活性以求减少水泥使用量,设置10%和20%两种固化剂总掺量,并以纯水泥固化土作为对照组,将赤泥、电石渣和磷石膏3种工业废渣部分代替35%、45%、55%的水泥。研究每种配比方案下固化土的强度、电阻率、抗渗性和浸出液pH值变化规律,并结合SEM、FTIR和XRD谱图揭示三元工业废渣协同水泥固化土的微观机理。结果表明:工业废渣代替水泥存在最优替代率问题,当固化剂总掺量为10%和20%,且三元废渣占比<45%时,力学性能优于零废渣纯水泥固化土,废渣占比达到55%时力学强度低于纯水泥固化土,且固化剂总掺量和养护龄期越大强度越高;无损化的电阻率测试技术对于强度的预测具有较高精度,浸出液的pH值随龄期的增大而降低,含废渣固化土的pH值低于零废渣固化土,不同掺量和龄期固化土的pH值均小于腐蚀性鉴别限值;三元废渣协同水泥固化土的抗渗性优于零废渣水泥固化土。微观试验结果表明固化土中生成了钙矾石、水化硅酸钙和碳酸钙等水化产物,三元工业废渣掺入能产生更多的胶结物,使固化土结构更加致密。
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  基于图表法的岩质斜坡永久位移快速计算方法

  李丞, 张永进, 曾科, 徐兴倩, 屈新

  长江科学院院报. 2024, 41(6): 130-135. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20230560

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  岩质斜坡地震稳定性的快速评价是学者们关注的热点和难点。传统上,大多数研究采用图表法得到的安全系数快速评价岩质斜坡的地震稳定性,目前缺乏快速计算岩质斜坡临界加速度的方法。如何构建临界加速度模型是计算斜坡永久位移的前提条件。为此,采用有限元极限分析方法(平均界解)和广义Hoek-Brown强度准则,提出了一种快速计算岩质斜坡临界加速度的新方法。对概化岩质斜坡进行数值建模,基于1 960次的案例计算结果,绘制了岩质斜坡临界加速度图,通过2次拟合统计分析,构建了岩质斜坡临界加速度与斜坡几何条件和强度参数的函数表达式,并将本文方法与Newmark模型和数值解进行了比较。结果表明,本文方法的计算精度比Newmark模型更接近数值解。所开发的岩质斜坡永久位移计算方法高效、便捷,不仅能够用于单体斜坡地震稳定性的快速计算,还可以为计算区域尺度内大量斜坡的永久位移提供技术支撑。
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  干湿循环作用下渠道膨胀土裂隙演化规律及强度特性

  杨涛, 姜海波, 赵海蛟

  长江科学院院报. 2024, 41(6): 136-142. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20221706

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  为探究干湿循环作用下膨胀土渠道边坡裂隙演化特征与强度衰减规律,对北疆某渠道膨胀土开展了不同压实度的干湿循环试验,利用图像处理技术提取膨胀土表面裂隙参数,利用直剪试验测得膨胀土抗剪强度,并分析黏聚力随裂隙率的变化规律。结果表明:在干湿循环作用下,黏聚力的衰减速率随着压实度的增大而增大,内摩擦角总体呈减小趋势,裂隙率的增加速率随着压实度的增加而减小;裂隙相对面积呈先增后减的变化规律。最后,拟合获得不同压实度膨胀土黏聚力与表面裂隙率之间的关系式,通过确定膨胀土表层裂隙率可计算出其黏聚力。研究成果为进一步揭示剧烈干湿变化诱发的膨胀土渠道边坡失稳破坏提供了重要依据。
工程安全与灾害防治
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  大岗山高拱坝地震动力响应特征分析——以泸定6.8级地震为例

  高志良, 田凌云, 庞磊, 褚传奇

  长江科学院院报. 2024, 41(6): 143-149. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20230022

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  为了探究2022年9月5日四川甘孜州泸定县6.8级地震对大岗山高拱坝的影响,根据坝体及坝基上布置的由21台强震仪组成的强震监测系统监测记录,对泸定地震强震监测数据进行了时域和频域分析,总结了大岗山高拱坝在泸定地震中的动力响应规律。分析结果表明:泸定地震时坝顶与两岸坝肩的位移与加速度较大,加速度峰值最大为576.6 cm/s²,位于坝顶6^#坝段;大岗山高拱坝对频率范围为0.5~8 Hz的地震动响应最为明显;坝体高程对地震动响应具有放大效应,且顺河向加速度峰值放大该效应最明显。震后大坝运行状态稳定,整体受地震影响较小,但坝肩及两岸边坡处需引起重视。研究成果可为类似拱坝的安全运行提供参考。
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  基于Eclat算法的八字门滑坡变形因素关联性分析

  李明亮, 吕梅洁, 侯梦媛, 朱昊

  长江科学院院报. 2024, 41(6): 150-155. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20230595

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  针对滑坡监测数据库数据量大,进行关联规则分析需要多次扫描数据库导致运行时间长的问题,将Eclat关联规则算法引入滑坡监测数据挖掘中,通过K-means聚类法和Eclat算法对八字门滑坡的变形进行了分析。通过综合研究,选择了降雨量监测值和库水位监测值中的6种因素进行数据挖掘分析。分别挖掘了3种降雨因子和3种库水位因子与八字门滑坡多测点位移的关联性,并从八字门滑坡时空监测大数据挖掘出的全部关联规则中选择8个具有较高的置信水平的关联规则进行分析,发现降雨和库水位因素影响八字门滑坡运动的有效信息。结果表明,这种数据挖掘方法及其在监测数据研究中的高精度,有望广泛应用于库区堆积滑坡的数据分析和预测。
水工结构与材料
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  秸秆/聚丙烯纤维-玻化微珠保温混凝土基本性能正交试验

  姚韦靖, 韩金秀, 方冉, 庞建勇

  长江科学院院报. 2024, 41(6): 156-163. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20230006

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  应用正交试验法开展了16组秸秆/聚丙烯纤维-玻化微珠保温混凝土和3组玻化微珠保温混凝土基本性能试验。完成了秸秆粉末体积率V_S、玻化微珠代砂率V_G和聚丙烯纤维体积率V_P这3种因素对秸秆/聚丙烯纤维-玻化微珠保温混凝土立方体抗压、劈裂抗拉强度极差和方差分析。结果表明:玻化微珠掺入可有效提高混凝土隔热保温性、工作性,但会造成强度损失。玻化微珠对混凝土抗压强度减小最为显著,最大损失幅度为24.64%,秸秆粉末和聚丙烯纤维对抗压强度影响可忽略;聚丙烯纤维对混凝土抗拉强度提高极为显著,最大提升幅度为16.72%,同时显著提高拉压比。基于试验数据建立了秸秆/聚丙烯纤维-玻化微珠保温混凝土抗压和抗拉强度预测模型,预测效果较好。
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  钢渣粉与硅灰复掺水泥基材料的流变、早期水化热与强度

  马超, 姚兆龙, 杨钊, 王新龙, 蒋道东

  长江科学院院报. 2024, 41(6): 164-170. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20221695

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  为缓解大量存在且利用率很低的钢渣处理难题,将其研磨成微粉置换水泥,并掺入硅灰形成一种兼顾力学性能、绿色低碳水泥基材料。基于不同配比的复掺水泥基材料体系的流变行为、早期水化热、强度与吸水率试验研究,主要结果如下:钢渣粉颗粒微形貌棱角与片状较少,替代15%水泥时可有效改善基体稠度,略微降低强度,并显著降低早期水化放热(降幅8.8%),有利于控制早期温度裂缝。复掺硅灰可有效降低材料塑性黏度与泵送压力,对需要长距离泵送的大体积混凝土或高性能混凝土,硅灰掺量可控制在5%以内。且硅灰空间填充效应与火山灰反应会增强材料密实性,显著提高强度。综上,复掺15%钢渣粉和5%硅灰的水泥基材料,不仅可以改善泵送性能,提升强度和耐久性,还能降低早期水化放热量,具有良好的工程应用前景。
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  硅灰对再生混凝土抗盐冻性能及微观结构的影响

  王晨霞, 王金旭, 王宇飞, 梁卫国, 苏天, 曹芙波

  长江科学院院报. 2024, 41(6): 171-177. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20230063

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  为研究硅灰对内蒙河套盐碱地区的再生混凝土微观结构和抗盐冻性能的影响,以硅灰掺量为变量对再生混凝土(RAC)进行了冻融循环试验、抗氯离子渗透试验和电镜扫描试验(SEM)。结果表明:通过SEM能看出球状硅灰颗粒可以使结构变得致密,RAC的质量损失率、立方体抗压强度损失率和氯离子迁移系数均随硅灰掺量的增加呈现先减后增的趋势,但硅灰掺量为10%和15%的RAC相对动弹性模量却相差不大;综合来看硅灰掺量为10%时抗盐冻性能最好,90次冻融循环后RC10组的质量损失率、立方体抗压强度损失率和氯离子迁移系数分别仅为RC0组的54.3%、50.3%和49.81%;同时建立了以硅灰掺量和冻融循环次数为参数的冻融损伤模型,并对内蒙盐碱地区的RAC进行了寿命预测。研究成果有助于推动再生混凝土的合理利用。
长江治理与保护创新发展暨三峡工程蓄水运用20周年学术研讨会专栏
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  三峡大坝运行20年泄洪安全评价

  段文刚, 胡晗, 侯冬梅

  长江科学院院报. 2024, 41(6): 178-186. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20240016

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  近年来国内外高坝泄水建筑物破坏事故时有发生,三峡大坝泄洪流量和落差大,泄洪功率居世界第一,其泄洪安全备受关注。结合三峡大坝自2003年蓄水以来的历次水力学原型观测和以往水工模型试验结果,围绕泄水建筑物布置、泄流能力、动水压强、水流空化、水流掺气与通气风速、空蚀磨损、消能防冲7个要素指标,依据有关技术标准和工程经验建立了一套完整的高坝泄洪安全评价方法,提出了定性标准和量化阈值,并据此对三峡大坝深孔、表孔、排沙孔和排漂孔进行泄洪安全评价。结果表明: 大坝泄水建筑物布置是合理的; 大坝实际泄流量与设计值符合良好; 大坝泄洪流道未见空蚀磨损破坏;三峡大坝运行20 a,泄水建筑物和坝下消能区运行性态正常,泄洪安全可靠。
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  近10年长江中游重点险工段近岸河床冲淤演变特点分析

  邹红梅, 杨成刚, 袁晶, 董炳江

  长江科学院院报. 2024, 41(6): 187-192. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20231380

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  险工段是河道岸坡易崩段,是长江防洪体系的薄弱环节,险工段近岸河床演变直接关乎沿江堤防稳定和防洪安全。根据近10 a来长江中游重点险工段观测成果,研究了险工段近岸河床冲淤演变特点及水沙条件、整治工程、土体组成等对险工段河床演变的影响。结果表明,整治工程实施对保障险工段近岸河床稳定具有显著作用,岸坡趋于稳定是长江中游重点险工段演变的总体规律。受局部河势调整影响,仍有1/3左右的险工段近岸河床存在冲刷趋陡的现象,需加强观测并采取相应守护措施。研究成果对研判长江中游重点险工段岸坡稳定发展趋势、优化险工段观测位置布设具有重要意义。
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  三峡水库蓄水20年以来宜昌水文站水文情势改变分析

  朱迪, 崔福宁, 卜慧, 汪琳, 王含

  长江科学院院报. 2024, 41(6): 193-199. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20231386

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  三峡水库自2003年开展蓄水调度以来,已运行20 a,在防洪、发电、航运、水资源利用、生态环境保护等方面发挥了重要作用,但也对下游水文情势产生影响。选择宜昌水文站1950—2022年逐日径流和水位资料,采用MASH滑动平均法、Sen斜率估计法和IHA/RVA法量化评估三峡水库投运以来宜昌水文站水文情势改变程度。研究结果表明:宜昌水文站1—5月份滑动平均流量序列呈现显著上升趋势,9—11月份滑动平均流量序列呈现显著下降趋势,而6—12月份滑动平均水位呈现显著下降趋势;宜昌水文站合计有14个水文改变指标(IHA)发生了高度水文情势改变,整体综合改变度为63.52%,属于中度改变;三峡水库通过径流调蓄,显著增加了年最小流量组分的中值和流量折转次数,且减少年最大1 d流量的中值,进一步反映了三峡水库防洪兴利的综合效益。研究结果可为三峡水库水资源综合管理提供参考依据。
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  金沙江下游水温变化规律探讨

  陈金凤, 曾凌, 李雨, 刘秀林

  长江科学院院报. 2024, 41(6): 200-206. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20231372

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  采用长江上游的攀枝花、华弹、屏山、朱沱、寸滩5个水文站以及溪洛渡、向家坝坝前实测水温数据,分析了水温年内、年际变化特征以及沿程变化规律,并探讨了梯级水库运行对水温的影响。结果表明:5站月均水温最高值一般出现在7—8月份,最低值一般出现在1月份;受溪洛渡、向家坝水库的调蓄下泄低温水影响,坝后年平均水温、最高水温、最低水温均比坝前水温降低;溪洛渡坝后年平均水温较坝前平均低0.6 ℃,最高水温平均降低约3.5 ℃,最低水温平均降低约0.1 ℃。向家坝坝后年平均水温较坝前低0.6 ℃,最高水温平均降低约1.6 ℃,最低水温平均降低约0.2 ℃;坝下游屏山、朱沱、寸滩3个水文站建库后冬季水温上升,夏季水温降低,年平均水温比建库前升高,越靠近下游升高幅度越大;年最高水温比建库前降低,越靠近下游降低幅度越小;年最低水温总体呈现建库后比建库前水温升高的规律。