2024年, 第41卷, 第7期　
刊出日期：2024-07-01

  

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封面与目次
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  第41卷第7期封面与目次

  长江科学院院报. 2024, 41(7): 0-0.

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专家特约稿
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  三峡水库汛期沙峰预报技术及排沙调度实践

  袁晶, 杨成刚

  长江科学院院报. 2024, 41(7): 1-7. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20240151

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  水库排沙调度是三峡水库安全运行和发挥综合效益的关键技术问题。基于长序列实测水沙资料和水库调度运行情况,系统阐述了三峡水库汛期水沙特性、沙峰预报技术体系和水库汛期沙峰排沙调度试验效果。2012年以后三峡水库汛期径流占全年总径流量的45%,但汛期输沙占比达到84%,场次洪水输沙占比明显增大,且存在明显的水沙输移异步现象。基于泥沙实时报汛数据,构建多形式边界预报模型和库区水沙输移模型相耦合的水库泥沙实时预报系统,能够预报沙峰传播至坝前的时间和相应的含沙量,为水库汛期的沙峰调度提供必要的技术支撑。目前三峡水库已成功开展多次沙峰排沙调度试验,取得了预期效果,经调度后水库排沙比显著增大,场次洪水排沙比在27%～39%范围内。
流域综合管理
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  长江流域重要饮用水水源地保护长效机制

  邓瑞, 邓志民, 王孟, 李斐, 刘扬扬, 肖洋, 李亚俊

  长江科学院院报. 2024, 41(7): 8-15. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20230088

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  指导重要饮用水水源地保护是《中华人民共和国水法》《中华人民共和国长江保护法》和“三定”规定赋予水行政主管部门的法定职责,也是维系流域供水安全保障的底线。通过对长江流域重要饮用水水源地保护管理现状的回顾分析,针对保护管理中存在的水源地名录准入退出机制不健全、安全评估制度不完善、资金投入保障机制不足等问题,提出了完善水源地安全保障规划体系、规范水源地名录管理机制、强化水源地安全评估和保护、严格水源地保护考核等长效机制构建思路和后续工作建议。研究成果对于落实《中华人民共和国水法》《中华人民共和国长江保护法》饮用水水源地保护要求、贯彻长江经济带绿色发展和长江大保护建设的要求、推动长江流域重要饮用水水源地保护长效机制建设具有重要意义。
水资源
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  基于3种新型群体智能算法优化正则化极限学习机的三峡水库入库日径流预测

  张代凤, 崔东文

  长江科学院院报. 2024, 41(7): 16-24. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20230272

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  准确预测的入库日径流在水库优化调度中发挥着重要作用。为提高预测精度,提出一种基于小波包变换(WPT)和蜣螂优化(DBO)算法、珍鲹优化(GTO)算法、泥环算法(MRA)优化正则化极限学习机(RELM)的预测模型,并将其应用于三峡水库入库日径流预测研究。首先,利用WPT将三峡水库入库日径流时间序列分解为1个周期项分量和1个波动项分量;其次,利用DBO、GTO、MRA分别优化RELM输入层权值和隐含层偏差,建立WPT-DBO-RELM、WPT-GTO-RELM、WPT-MRA-RELM模型;最后,利用所建立的3种模型分别对入库日径流周期项分量和波动项分量进行预测和重构,并构建基于极限学习机(ELM)的WPT-DBO-ELM、WPT-GTO-ELM、WPT-MRA-ELM模型、基于BP神经网络的WPT-DBO-BP、WPT-GTO-BP、WPT-MRA-BP模型、未经优化的WPT-RELM、WPT-ELM、WPT-BP模型和未经分解的DBO-RELM、GTO-RELM、MRA-RELM模型作对比分析模型。结果表明:①WPT-DBO-RELM、WPT-GTO-RELM、WPT-MRA-RELM模型对三峡水库入库日径流预测的平均绝对百分比误差MAPE分别为0.512%、0.519%、0.762%,平均绝对误差MAE分别为54.05、55.97、86.76 m³/s,均方根误差RMSE分别为84.99、84.81、128.18 m³/s,决定系数DC≥0.999 4,希尔不等系数TIC≤0.005 17,预测效果优于其他12种模型,具有更高的预测精度和更好的泛化能力。②DBO、GTO、MRA能有效优化RELM网络参数,显著提高RELM预测性能。③引入正则化项的RELM可有效防止预测模型过拟合,提高模型的泛化能力,预测性能优于ELM、BP网络。④所构建的3种模型预测精度高、计算规模小,是一种有效的入库日径流时间序列预测模型。
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  高原山地城市降水结构演变特征及城市效应——以昆明市为例

  王辉, 陈欣, 茹菁宇, 陈少妹, 刘伟, 严长安

  长江科学院院报. 2024, 41(7): 25-33. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20230181

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  为探究城市化进程中高原山地城市降水结构演变规律,以昆明市为例,综合运用Mann-Kendall检验、R/S分析等方法,对不同降水结构序列演变特征及城市效应进行定量分析。结果表明:①1960—2017年间昆明市年降水量、降水频次均呈减小趋势,降水强度呈增加趋势;年降水量在昆明主城区及下风区存在2个明显的高值区;②夜、昼降水发生率相当,但夜间贡献率、降水强度略大,且夜间强降水事件持续加剧;夏秋季的降水占全年主导地位,其降水强度呈持续增加趋势;不同等级降水发生率随雨级递增呈指数型递减,贡献率呈二次型变化,降水强度呈线性递增;弱降水事件持续减少,强降水事件持续增加是降水等级结构变化的特征;③年降水量、降水频次、降水强度R_CU分别为10.62%、-0.91%、11.32%,表明城市化对年降水量、降水强度具有增加效应,而对降水频次具有减小效应,主要由于城市化使冬季降水日数及小雨日数减少;城市化扰动了不同的降水结构,使夏秋季及夜间强降水事件更集中,小型降水事件减少,而强降水事件明显增加。
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  基于HYDRUS-1D模型的水库近坝区土壤水分动态模拟

  黎洪德, 董小涛, 李巧玲

  长江科学院院报. 2024, 41(7): 34-40. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20230577

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  为探究五强溪水库近坝区土壤水分动态变化规律,以研究区内土壤墒情站为研究对象,利用实测逐日降雨与逐日蒸发数据驱动HYDRUS-1D模型反演土壤水力特性参数,分别在深度为10、20、40 cm观察点处进行土壤水分动态模拟,探讨研究区土壤水分动态变化规律及模型的应用效果。结果表明:不同观察点土壤水分模拟值与实测值的决定系数平均值为0.74,纳什效率系数平均值为0.71,均方根误差在0.011~0.035 cm³/cm³之间;0~10 cm深度的土壤水分对降雨和蒸发的响应最灵敏,波动最大;在水库主汛期(4—6月份)土壤水分变化平稳,且保持在较高的水平;研究期内7—12月份土壤水分在较大降雨情况下出现短暂饱和,土壤干湿变化明显,模拟值与实测值吻合度较高;整体上,HYDRUS-1D模型在研究区土壤水分动态模拟中具有较高的精度,可为研究区土壤水分估计及其动态变化规律研究提供有效方法。
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  基于DPSR模型的城市水安全评价与保障能力提升

  谢庆

  长江科学院院报. 2024, 41(7): 41-47. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20230356

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  水安全评价是水资源开发利用与保护的基础,提升城市水安全有利于促进生态环境保护,支撑经济社会高质量发展。基于驱动-压力-状态-响应(DPSR)模型构建以资源安全、社会安全和经济安全为核心的水安全评价指标体系,运用熵权法确定指标权重,以长沙市为实例,对“十三五”期间城市水安全状况进行评估与分析。结果表明:长沙市水安全状况尽管从2018年“不安全”等级提升至2020年“安全”等级,但状态不稳定,进而制定了加强保水工程建设、提升水环境质量、加强水灾害防治能力3个方案,综合考虑方案投入成本并对比水安全提升效果,给出了先后实施方案2—方案1—方案3的长沙市水安全提升优化路径。
水环境与水生态
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  多年度同时相“星-地”协同遥感反演鄱阳湖叶绿素a浓度

  郑璞, 许新发, 许小华, 陈鑫雨, 张任高

  长江科学院院报. 2024, 41(7): 48-56. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20230292

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  作为长江最大的通江湖泊,鄱阳湖水生态安全影响着整个长江流域。叶绿素a浓度是水生态富营养化的重要指标,利用遥感技术开展叶绿素a浓度常规监测具有重要意义。以鄱阳湖为试验区,以表征富营养化程度的叶绿素a浓度为反演指标,基于2015—2020年6 a的观测数据以及Landsat系列影像,在规范建模时相以及“星-地”协同匹配的情况下,通过分析对比不同波段与叶绿素a浓度的相关指数,构建了适用于夏季鄱阳湖水体叶绿素a浓度反演模型。经6组独立数据验证后R²均值为0.86,RMSE均值为1.01 μg/L,MAPE均值为17.6%,认为所采用的方法可以较好地适用于鄱阳湖区夏季(丰水期)叶绿素a浓度的的反演,同时也为具备长期观测条件下内陆二类水体叶绿素a浓度监测提供了新的参考方法。
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  基于RF-BiLSTM模型的河流水质预测

  兰小机, 贺永兰, 武帅文

  长江科学院院报. 2024, 41(7): 57-63. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20230244

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  水环境中过量的氮、磷和高锰酸盐会对流域造成严重污染,准确预测这三类指标的含量对流域污染治理具有重要意义。然而,现有的模型预测精度低,输入因子的选择缺乏数理依据。基于此,以邕江为研究区域,提出一种RF-BiLSTM的混合网络模型。该模型具有利用RF算法提取水质指标最优特征和利用BiLSTM模型提取输入数据的时间特征的优势,采用先降维后预测的方式对TN、TP和 COD_Mn进行预测,并将深度学习中的CNN、LSTM、BiLSTM和RF-LSTM作为基准模型与本研究所提模型作对比研究。研究结果表明,本研究模型预测TN、TP和COD_Mn的平均绝对百分比误差(MAPE)分别达到了4.330%、6.781%和7.384%,均低于其他基准模型,预测结果具有较高的准确性和实用性,可为水环境的污染治理提供有效的技术支持。
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  水文水质条件对河段纳污能力的影响——以乌东德库尾攀枝花河段为例

  吴比, 李云成, 樊皓, 王孟, 李斐, 肖洋, 李亚俊

  长江科学院院报. 2024, 41(7): 64-71. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20230298

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  定量分析水文水质条件变化下河段纳污能力变化,对于流域或区域水资源保护和水污染防治具有显著现实意义。以金沙江乌东德库尾攀枝花市三堆子—拉鲊河段为研究对象,探究水文水质条件变化对研究河段氨氮纳污能力的影响。结果表明,三堆子断面流量介于900~2 000 m³/s、氨氮浓度介于0.10~0.50 mg/L时,研究河段氨氮纳污能力介于235.12~4 670.38 t/a,三堆子断面流量和氨氮浓度变化与河段氨氮纳污能力变化基本呈线性相关关系。三堆子断面流量和氨氮浓度较小时,综合纳污能力变化介于0.86~64.23 t/a,水文要素流量占主导作用;流量和氨氮浓度较大时,综合纳污能力变化介于-105.34~-1.84 t/a,水质要素氨氮浓度占主导作用。研究成果可为流域或区域水资源保护和水污染防治提供对策措施和参考依据。
水灾害
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  汉北河流域强人类活动影响下的暴雨洪水模拟方法

  黄曼丽, 吴凤燕, 翁朝晖, 丁俊芝, 马婉丽, 黄雍, 徐静, 李海建

  长江科学院院报. 2024, 41(7): 72-78. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20240094

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  为了研究人类活动影响下丘陵到平原区流域洪水模拟的关键问题,包括流域内降雨空间分布不均、丘陵平原产汇流差异大、下垫面受水利工程建设和调度影响等复杂边界条件,并提出相应的解决办法和模型,以汉北河为例,将大流域划分为11个单元,通过分析场次暴雨在各单元的空间分布解决降雨空间不均的问题;各单元根据各自下垫面条件进行API水文模型参数的率定,解决了丘陵平原产汇流差异大的问题,提高了模型参数与实际情况的贴合度。在模型中,将河流改道、水库、蓄滞洪区、水闸、泵站建设和调度、土地利用等人类活动对汇流的影响纳入物理模型和产汇流模拟中,以便构建符合实际调度的下垫面产汇流体系。模拟计算的洪峰的纳什系数NSE均在0.85以上,模拟结果表明洪峰流量、水位及峰现时间与实测值吻合良好。
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  珠江流域浔江防洪保护区洪灾风险评估

  冯刚, 黄强, 方伟, 李沛, 郑旭东, 杨程

  长江科学院院报. 2024, 41(7): 79-86. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20230228

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  洪水灾害具有发生频率高、破坏性强的特点,风险评估可揭示高风险热点区及其驱动因素,有助于科学、高效构建防洪减灾体系。以珠江流域浔江防洪保护区为研究对象,构建HEC-RAS水动力模型,提取最大流速、水深评估洪水危险性;利用层次分析法和熵权法,考虑人口密度、国内生产总值(GDP)和土地利用等要素,评估承灾体的暴露度和脆弱性;最后计算洪灾风险,分析洪灾风险时空动态变化。结果表明:水动力模型的平均命中率达0.80以上,误报率低于0.28;在浔江防洪保护区内,中高风险区占5.20%以上;1997—2017年间,不同等级的洪水风险均呈加剧趋势,值得警惕的是中高风险区近46.69%区域风险上升趋势显著。研究成果可为科学高效的洪灾风险管理提供决策支持。
水力学
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  竖缝式双池室鱼道与传统VSF水力特性对比

  付成华, 谢美铃, 吴一杰

  长江科学院院报. 2024, 41(7): 87-93. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20230213

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  鱼道是为保障鱼类的生存繁衍,保护洄游性水生生物通过水坝、水闸等障碍物的重要通道。采用RNG k-ε模型对竖缝式双池室鱼道和传统竖缝式鱼道(VSF)进行数值模拟计算,对比分析各项水力特性。结果表明:与传统VSF相比,竖缝式双池室鱼道流场的主流区数量更多、回流区更稳定;鱼道具有丰富的流速信息,且各竖缝处的最大流速和平均流速均小于传统VSF的50%;鱼道3条主流区位置分布均匀,流速综合衰减率较传统VSF高3%左右。竖缝式双池室鱼道作为一种新型VSF,其水力特性达到了传统VSF结构优化设计的目的,相关成果可为鱼道工程建设提供参考。
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  接立面转弯隧洞的侧式出水口水力特性

  高学平, 魏南疆, 刘殷竹

  长江科学院院报. 2024, 41(7): 94-102. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20230242

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  对于接立面转弯隧洞的侧式出水口,立面转弯隧洞的转弯段将直接影响侧式出水口的水力特性。若立面转弯隧洞参数设计不合理,极易导致侧式出水口内部发生流动分离。选取RSM紊流模型,针对接立面转弯隧洞的侧式出水口进行数值模拟,探究立面转弯隧洞曲率半径R、弯道后直隧洞长度L及转弯角度α等参数对出水口水力特性的影响规律,并对隧洞内流动过程进行了讨论。增加立面转弯隧洞曲率半径R和弯道后直隧洞长度L能显著改善出水口的水力指标。当曲率半径R≥12D(D为隧洞直径)、弯道后直隧洞长度L≥16D时,侧式出水口内部无明显流动分离,拦污栅断面流速分布均匀且无反向流速区。研究成果将对抽水蓄能电站侧式进/出水口的设计提供指导。
岩土工程
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  黄土高填方场地水分迁移规律

  于永堂, 孙茉, 曹静远, 朱建民, 张龙

  长江科学院院报. 2024, 41(7): 103-109. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20230315

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  为揭示黄土高填方场地的降雨入渗规律,在延安某黄土高填方场地建立监测站,对天然降雨入渗条件下28 m深度范围内的土体含水率进行为期31个月的连续监测,结合降雨量、蒸发量及气温数据分析压实黄土中的水分迁移规律。结果表明:地面下3.5 m是大气影响深度,随降雨量和蒸发量变化,土体含水率变化存在明显波峰与波谷,并呈周年性变化趋势;地面下1.0 m是大气急剧影响深度,当单日降雨量＜29 mm/d时,土体含水率在周年性变化趋势背景下波动较小,当单日降雨量＞29 mm/d后土体含水率出现跳跃式骤升;降雨量越大,土体含水率的增幅越大,降雨持续的时间越长,水分迁移入渗的深度越大,监测期内降雨最大入渗深度为6.0～7.0 m。
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  公路改扩建高边坡既有锚杆受力特性离心试验

  冯忠居, 王伟, 江冠, 王富春, 赵瑞欣

  长江科学院院报. 2024, 41(7): 110-117. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20230224

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  为研究改扩建边坡二次开挖下既有锚杆的受力特性及边坡稳定性,基于自主研发的模型试验锚杆角度支护装置,采用离心试验研究了锚固角度分别为10°、20°、30°、45°、60°及锚杆横向密度分别为1根/(18 cm)、1根/(12 cm)下顺层岩质高边坡开挖全过程中坡顶水平位移、锚杆轴力及坡内土压力变化规律。结果表明:相同锚固角度下,随着边坡开挖卸荷,坡顶累计水平位移非线性增加,且开挖坡顶增幅较开挖坡中大;锚杆轴力呈单峰分布,在开挖坡顶及坡脚时轴力增幅较大,轴力峰值靠近软弱面且随开挖卸荷先减小后增大,开挖后轴力峰值仍为开挖前的61%以上;随锚固角度的增加,坡顶水平位移先减小后增大,坡内土压力先增大后减小,即存在最佳锚固角度;建议边坡开挖宜采用分级开挖,并在开挖坡顶及坡脚时适当降低速率,综合考虑边坡坡度、岩层及软弱面倾角等因素,合理设计锚固角度。研究成果有助于工程技术人员在改扩建边坡二次开挖工程中选择合适的支护措施。
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  冻结二灰固化碳酸盐渍土及损伤模型研究

  李治斌, 刘利骄, 黄帅, 丁琳, 柳艳杰

  长江科学院院报. 2024, 41(7): 118-125. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20230234

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  在寒区工程中,盐-冻耦合效应往往会放大盐渍土体的强度损失。因此,考虑探究冻结作用下二灰固化碳酸盐渍土抗压性能的变化规律,以固化剂掺量、温度和加载速率作为影响因素,对二灰固化盐渍土进行了无侧限抗压试验,并提出一种考虑温度和加载速率的二灰固化盐渍土损伤本构模型。结果表明:石灰和粉煤灰能明显提高碳酸盐渍土的抗压强度,且使得改良土的应力-应变曲线由应变弱软化变为应变明显软化,当掺入3%石灰和12%粉煤灰时对碳酸盐渍土的固化效果最显著;温度和加载速率显著影响二灰固化土的抗压强度和弹性模量,三者之间关系可用非线性函数表达;二灰固化土抗压强度的影响因素按照重要性排序为温度>固化剂掺量>加载速率,且温度对改良土的影响远大于固化剂掺量和加载速率;所构建的二灰固化土损伤模型能较好地反映土体的应力应变关系和损伤变量的变化趋势。
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  包裹式加筋土桥台结构性能现场试验研究

  王清明, 徐超, 李昊煜, 赵崇熙, 孟亚, 沈盼盼

  长江科学院院报. 2024, 41(7): 126-131. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20230358

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  为探究包裹式加筋土桥台结构性能,依托安徽省明(光)巢(湖)高速公路包裹式加筋土桥台项目,进行现场原位监测。通过工后330 d的现场监测,研究了包裹式加筋土桥台面板后水平土压力、桩侧水平土压力、面板水平位移、面板沉降,以及土工格栅应变等分布和变化规律,同时探讨了绕桩格栅截断对面板后水平土压力分布的影响。结果表明:面板后水平土压力沿墙高呈非线性分布,面板中部水平土压力大于其他位置,同时墙趾约束会使底部水平土压力逐渐增大,格栅绕桩截断对面板后水平土压力未造成显著影响;桩侧水平土压力沿高度呈近线性分布,盖梁的存在会使桩侧上部水平土压力偏小;面板水平位移和沉降在工后150~180 d内达到稳定状态,最大变形值均出现在道路中线附近;墙背土工格栅应变随墙高呈非线性分布,随桥台运营时间出现收缩现象。总体上,包裹式加筋土桥台在工后较为稳定,服役期间的监测数据可为今后类似工程设计施工提供参考。
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  考虑非饱和土基质吸力-回弹指数相关性的弹塑性本构模型及有限元实现

  程昊, 熊大生, 唐辉明, 张抒

  长江科学院院报. 2024, 41(7): 132-138. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20230149

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  非饱和土压缩指数受基质吸力影响明显,回弹指数是土的临界状态本构模型中的重要变形参数。但在本构模型理论研究中,回弹指数随基质吸力的变化影响往往被忽略。为解决这一矛盾,以杭州地区重塑粉土为试样,使用GDS非饱和直剪系统的竖向加载功能,对试样进行50、100、200 kPa 3种定吸力条件下一维固结回弹试验,获取不同基质吸力非饱和回弹指数κ(s),并拟合得到κ(s)函数关系,对比已有试验研究,验证了拟合结果的合理性。进而将κ(s)表达式引入非饱和土扩展剑桥弹塑性本构模型,形成一种考虑回弹指数随基质吸力变化的非饱和土弹塑性本构模型。应用子增量步显示积分算法将该模型编辑成ABAQUS有限元UMAT子程序,最后基于ABAQUS有限元平台结合自编UMAT子程序进行固结回弹数值试验,模拟实际试验过程,对比两者试验结果,验证了该UMAT子程序的正确性。实现了一种考虑回弹指数随基质吸力变化的非饱和土弹塑性本构模型的数值化,为其进一步应用建立基础。
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  高原山区微型群桩基础承载特征及竖向-水平联合荷载研究

  李海涛, 任光明, 冯川, 唐杨, 王霆, 王亮

  长江科学院院报. 2024, 41(7): 139-147. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20230348

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  为探究高原山区微型群桩基础的承载特性以及水平、竖向荷载耦合作用(V-H联合荷载)的影响,揭示联合荷载相互作用规律,在高原山区微型群桩基础现场试验的基础上,采用FLAC^3D对三种单一荷载情况进行数值反演,并对不同荷载比例下微型群桩基础的V-H联合加载进行模拟。结果表明:①抗压和抗水平试验中,承台效应明显,荷载-位移曲线为“缓变型”;抗拔试验中,曲线为“陡变型”。②联合荷载下,施加水平荷载会削弱桩基竖向承载能力,水平荷载比例较大时,桩身抵抗力矩和桩侧极限摩阻力增大,荷载-上拔位移曲线突变点消失;在竖向荷载的影响下,存在临界荷载比n,下压-水平联合荷载中n₁=3.9,上拔-水平联合荷载中n₂=0.76,荷载比＞n时,桩基水平承载力被削弱,＜n时,桩基水平承载力提高。③联合荷载下,水平承载力与荷载比的倒数呈四次函数关系,竖向承载力与荷载比的倒数呈二次函数关系;联合荷载下的屈服包络线与单向极限荷载垂线所围空间分为“破坏区”与“安全区”,有别于单向加载的桩基承载特征,且桩基存在一个最优解,使各方向承载力均能得到充分发挥。
工程安全与灾害防治
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  “阶跃型”滑坡位移监测动态预警系统

  贲琰棋, 易武, 魏兆亨, 周迎, 刘伟, 邓欣雨

  长江科学院院报. 2024, 41(7): 148-157. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20230139

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  “阶跃型”演化规律是滑坡在等速变形阶段受外界因素影响表现出的一种波动特性,具有变形周期长、机制复杂、临灾预警难度大的特点。基于“阶跃型”滑坡变形-时间曲线的特征和规律,通过引入“一个降雨过程”定义滑坡监测序列的多期降雨区间,将预警过程划分为前期+当期降雨和当期降雨两种模式,以诱因-时间-空间作为滑坡预警的重要指标,建立了滑坡综合预警判据模型,据此提出设计麻池村1号滑坡综合动态分级预警系统的方法。并结合麻池村1号滑坡的地质条件、监测数据等信息,深入分析了滑坡的变形演化规律及预警阈值。结果表明:①滑坡变形破坏模式为牵引式,属于典型的降雨诱发的“阶跃型”堆积层滑坡; ②前期降雨有效持时为10 d,前期+当期降雨模式下的降雨阈值分别为24、32 mm,当期降雨模式下滑坡的的降雨阈值为37 mm,滑坡的位移速率阈值为12 mm;③以降雨量、位移速率到达阈值时为Ⅲ级黄色预警中心面(线),构建滑坡的综合动态分级预警系统,将滑坡预警从传统的“阈值预警”升级为“过程预警”,使得预警更具针对性。
水工结构与材料
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  高寒地区水工建筑物环氧砂浆防护材料耐候性能及工程应用

  邵晓妹, 陈亮, 孙正, 周璐, 李娟, 曾大文

  长江科学院院报. 2024, 41(7): 158-162. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20230254

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  高寒地区水工建筑物长期暴露在高海拔、强紫外辐射、冬季严寒且温差大等特殊环境下,较其他地区更易产生裂缝、渗漏破坏,以及冻融破坏、溶蚀、碳化、钢筋锈蚀、冲刷破坏等劣化问题,严重影响工程安全运行。通过室内紫外湿热老化、冻融循环,以及西藏地区自然老化等试验,研究了环氧砂浆的耐候性能。结果表明,改性环氧砂浆紫外线与湿热加速老化2 000 h均未出现开裂,且抗拉强度保留率74%;抗冻等级可达到F250;自然老化960 d后,涂层颜色轻微变色,表面不粉化。该材料用于西藏拉洛水利枢纽工程泄洪洞消力池表面防护与修复,经过4 a以上服役,改性环氧砂浆抗冻、耐紫外线等耐候性能表现优异,有良好应用潜力,可为高寒地区类似工程应用提供参考。
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  炔属二醇表面活性剂在环氧树脂灌浆材料中的作用

  魏涛, 张健, 张达, 吴卫东

  长江科学院院报. 2024, 41(7): 163-167. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20230240

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  通过在CW环氧树脂灌浆材料浆液中加入2种不同结构的非离子表面活性剂炔属二醇,制备了2种改性环氧树脂灌浆材料,并开展了黏度、表面张力、接触角、渗透性和浆材固化物力学强度的研究。结果表明:加入表面活性剂对浆液的黏度、浆材固结体抗压强度、抗拉强度无明显影响,但可以提高浆材的粘接强度和抗剪强度,降低浆液的表面张力和接触角,提高浆液在黏土中渗透性。其中,加入表面活性剂S₁对浆液的粘接强度、拉伸剪切强度和在黏土中的浸润渗透高度提升更为显著,分别提高了23.6%、37.5%和109.4%。基于以上试验,初步探讨了表面活性剂提高浆液渗透性的机理。
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  矿化煤矸石混凝土抗硫酸盐侵蚀性能

  潘铖, 郑志明, 杨逾

  长江科学院院报. 2024, 41(7): 168-174. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20230126

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  为研究微生物菌液浓度、尿素浓度、钙离子浓度、煤矸石取代率对矿化煤矸石混凝土抗硫酸盐侵蚀性能的影响,开展4因素3水平正交试验。结果表明:微生物矿化技术可显著提升煤矸石混凝土力学性能,煤矸石混凝土强度影响排序为煤矸石取代率＞菌液浓度＞钙离子浓度＞尿素浓度,微生物矿化煤矸石混凝土力学性能和抗硫酸盐侵蚀性能的最优配比为:菌液浓度4×10⁸ cells/mL、尿素浓度0.9 mol/L、钙离子浓度0.2 mol/L、煤矸石取代率30%;硫酸盐与水化产物反应生成钙矾石是硫酸盐干湿循环前期质量和抗压强度提升的主要原因,也是后期表观形态盐化、体积膨胀、鼓包掉落、强度降低的主要原因。研究成果可为微生物矿化煤矸石混凝土力学和耐久性提供试验依据。
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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  新水沙条件下荆江河段洲滩演变特征及其影响因素

  段光磊, 彭严波

  长江科学院院报. 2024, 41(7): 175-181. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20231359

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  三峡工程投运极大改变了坝下游水沙条件。基于最新的实测水文泥沙和地形原型观测资料,分析了三峡水库蓄水后荆江河段主要洲滩演变特征,探讨了洲滩演变机理。研究表明:三峡水库蓄水后20 a间,荆江河段悬移质泥沙极大减少,河床大幅冲刷,大多数洲滩萎缩,特别是临近主流线一侧大幅崩退;三峡水库蓄水后,大型汊道中多数支汊淤积,个别扩展;坝下游水沙条件的变化是影响洲滩萎缩的主要因素;人类活动的影响,如河道采砂、航道整治工程对江心洲支汊演变产生了较大影响;荆江河段洲滩将会在较长时期处于冲刷状态。
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  三峡工程安全监测多业务系统集成研究与设计

  童广勤, 耿峻, 徐化伟, 刘顶明, 秦维秉, 梅晓龙

  长江科学院院报. 2024, 41(7): 182-189. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20231325

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  作为“国之重器”的三峡水利枢纽工程,应利用成熟的数据中心技术和资源,为现存多业务系统提供安全监测数据的存储、计算、分析和服务,实现数据的集中管理和高效利用。梳理并总结了三峡工程现有的安全监测体系建设与运行现状,以问题与需求为导向,提出了三峡工程安全监测相关多业务系统的集成方案,研究了如何优化升级原有大坝安全监测自动化系统,探讨了相关最新技术的应用,提出了三峡枢纽工程安全监测智能化的合理近期目标及达成目标需要完成的工作任务。以此为例,提出了基于数据服务中心思想的业务系统集成的需求、目标、方法、效果、优势和建议等,旨在探索数据服务思想在安全监测管理实际应用中的价值和意义,成果可以为三峡工程安全监测管理下一步工作提供指导,也可以为同类同阶段的超大型水利水电工程安全监测智慧化提供参考。
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  2022年“汛期反枯”对三峡库区泥沙冲淤的影响

  邹红梅, 陈芳, 杨成刚

  长江科学院院报. 2024, 41(7): 190-195. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20231367

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  为深入分析2022年“汛期反枯”这一水文情势对三峡库区泥沙冲淤的影响,采用输沙量法评估三峡库区泥沙淤积总量变化,以断面法分析水库淤积的沿程分布情况。2022年汛期三峡水库入库径流量的大幅减少,致使库区的泥沙淤积规律较往年发生较大变化,主要表现为库区干流泥沙淤积量显著减少,仅淤积1 097万t,为蓄水运用以来最低值。断面法计算结果表明库区河床冲刷0.157亿m³,且变动回水区和常年回水区均冲刷明显,出现“伪冲刷”现象。分析发现,汛期来沙大幅减少,无法补足淤积泥沙密实沉降造成的河床断面变化是造成库区出现“伪冲刷”的主要原因。建议加强库区淤积泥沙密实规律及影响机制研究,关注特殊水情下库区河床冲淤演变规律,以支撑三峡工程科学调度需要。
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  荆江陈家湾—突起洲分汊段河道演变与趋势分析

  廖宇昂, 刘瑜

  长江科学院院报. 2024, 41(7): 196-202. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20231368

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  三峡工程的运行极大减轻了荆江的防洪压力,同时改变了河段水沙条件,导致荆江持续发生剧烈冲淤变化。荆江陈家湾—突起洲段为典型微弯分汊河型,滩槽格局调整、主支汊易位将直接影响航道运行和防洪安排。基于三峡工程运行前后长系列水文与河道原型观测资料,揭示河段水沙变化与河床冲淤响应特征,分析河道形态尺度年际变化过程,总结河道演变规律及趋势。结果表明:三峡工程运行后,沙市站平均年输沙量下降85%,河床冲刷3.1亿m³。以太平口—三八滩汊道段滩槽变化最为剧烈,主流走势由北转南。2011年后,三八滩与腊林洲边滩守护工程基本遏制了“太平口心滩南槽南靠、三八滩南汊北提”趋势,但该段河床随即再次调整,近期又表现出“南槽北扩、南汊南扩”的新情势。同时,由于三八滩南汊发育、北汊分流比降低,北汊长江大桥下的通航问题日益突显,如何解决碍航问题,仍需进一步开展研究。