随着人类活动加剧和极端气候事件频发,长江河口面临来沙量锐减、汛期异常干旱以及极端洪潮灾害频发等一系列问题,导致长江口洲滩地貌显著调整。基于1958—2022年长江口水文、泥沙及地形实测资料,系统研究了长江口北支进口段与南支河段河道演变特征及规律,重点分析了北支进口段与南支河段近期河道演变的驱动因素及差异化特征,提出了针对长江口北支与南支河段河道演变特点的治理对策。结果表明:北支进口段近期受圈围等工程和自然淤积等因素影响,淤积趋势明显;南支河段受上游来沙量锐减、径流动力增强及整治工程实施等综合影响,河槽呈冲刷态势,但整体河势基本保持稳定。研究成果为长江口河道的综合治理提供科学依据和技术支撑。
长江中下游洲滩民垸众多,发挥着行蓄洪水、维持河势稳定、保障生态等重要作用。选取长江中下游下荆江河段、湖口至大通河段典型洲滩民垸,分别建立平面二维非恒定水流数学模型,计算分析了1954年经三峡及上游水库群调度后的洪水条件下典型洲滩民垸的行蓄洪作用,研究了洲滩民垸不同启用水位下的分洪运用效果及江心洲(垸)和外滩(垸)分洪效果的差异。结果表明:洲滩行蓄洪运用后可以有效降低短时间内河段洪水位,且洲滩仅蓄洪作用小于洲滩行蓄洪运用。当洲滩民垸均蓄满之后,河段洪水位降幅十分有限,在退水期,由于充蓄在洲滩内的洪水经口门进入河道,河段洪水位略有抬高;洲滩民垸启用水位越高,对控制站水位影响越大,但水位降低持续时间有所减少。研究结果可为长江中下游干流洲滩民垸分级优化调度运用方案及防洪治理建设提供借鉴和参考。
长江下游官洲段是典型的鹅头型汊道河段,洲滩汊道及分流分沙格局复杂多变。根据官洲段1966—2023年实测资料,分析了该河段近期河床演变特性,并对其演变影响因素及发展趋势进行了探讨。研究表明:在一系列护岸工程约束下,官洲水道总体河势稳定,新中汊目前已不具备大幅发展的条件,东江主汊地位将持续相对稳固;新水沙条件下,清水下泄、短汊发展,清洁洲头部仍有一定程度冲淤调整,继而可能引起南夹江口门进流及分流的小幅变化;与此同时,汊道汇流段左岸边滩的冲刷将长期存在,对下游河势变化会产生一定影响。结合研究结果提出今后河势发展控制要点:加强对清洁洲头、复生洲左缘及汊道汇流段左岸等关键区域的监测与防护,可为河势稳定和滩槽控导等提供技术参考。
近年来,长江中游城陵矶至武汉河段(城武段)航道尺度持续提升,但现有通过能力仍滞后于沿江经济发展。为充分发挥黄金水道的黄金效能,更好服务沿江经济社会发展,有必要对城武段航道尺度提升进行分析。基于新水沙条件下城武段航道的变化特点,利用近10 a的水沙观测资料和航道测图,对河段内22个水道的航道条件进行全面核查,分析了尺度提升的重难点,提出了治理思路和措施建议。研究表明:城武段共有9个问题水道无法全年满足6.0 m×200 m航道尺度,最低年均保证率为77%,累计存在浅区长度约8.95 km(占比3.92%),总体具备水深提升至6.0 m的自然条件;问题水道以分汊河型为主,按照“整疏结合、综合治理”的治理思路,通过整治工程适当限制支汊分流,增大主汊水动力,同时利用清水下泄冲刷河槽,配合疏浚手段,辅以智能导助航新技术,可实现航道尺度提升。
长江口作为上海市主要水源地,取水安全常受咸潮入侵威胁。为探究保障取水有效举措,应用MIKE21软件构建了长江口二维水盐耦合数值模型,结合实例设计了双因素梯级补水方案,通过对比不同补水策略下的环境响应变化量,对压咸效益进行综合评估。结果表明:梯级补水方案下,北港等盐度线向外海后退约为3.04~3.18 km/(103 m3/s),南港约为3.5~3.84 km/(103 m3/s),陈行、青草沙水库水体盐度存在递减规律,衰减率大致为0.06‰/(103 m3/s) 和0.1‰/(103 m3/s),且与补水流量基本呈线性相关;可取水窗口期时长与补水时长趋于非线性关系,表现出一定的边际效益,模拟结果显示补水流量在9 900 m3/s水平下,维持13 d有望获得较优的取水效益;长江口杭州湾登陆台风倾向于对北港及青草沙水库补水效应产生显著干扰。该研究成果可为枯季极端工况下补水调度决策提供技术支撑。
为获取更精准的三峡水库水位预测结果,构建了基于深度学习的15 min时间尺度的坝前水位超短期预测模型,对比不同模型在不同条件下的水位预测结果,分析模型设置对预测效果的影响。结果表明:在任何模型输入条件下,采用LSTM神经网络构建的水位预测模型比采用RNN神经网络构建的模型具有更好的水位预测效果,其预测的平均绝对误差(MAE)分别为3.58~4.40、4.45~6.02 cm;基于LSTM构建的水位预测模型均能取得较好的水位预测效果,其中综合考虑动库容、区间降雨影响的水位预测模型的效果最好,其MAE和最大绝对误差(MaxAE)分别为3.58 cm和56.99 cm;在基准预测模型的基础上,库区水位使得模型能够更好地考虑到动库容的影响,区间降雨能够提供更精确的入库水量信息,从而使得MAE降低18.64%。
青藏高原地区被称为气候变化的“敏感区”以及全球气候变化的“驱动器”和“放大器”,其地表水体作为冻土退化的敏感指示因子有着重要研究意义。研究利用1995—2024年Landsat5/8卫星遥感影像,采用年平均地温反演经验模型和NDWI水体指数阈值法,对多年冻土区在退化状态下地表水体演变的时空特征及其与气候变化的响应关系进行了探究。结果表明:研究区内多年冻土区和季节冻土区面积占比分别为63%和37%,根据验证反演精度达88.1%。1995—2024年,研究区水体数量增长40%(≤0.01 km2水体贡献为主),面积增长29%((1,100]km2水体贡献为主);多年冻土区水体数量增加85%(≤0.01 km2水体为主),面积增幅28%;季节冻土区水体数量增长16%,面积增长28%((1,100]km2水体驱动)。研究区水体增加的主导因素是气温升高,降水在多数情况下不是主要驱动因素,且多年冻土区水体对气候的响应更加敏感。研究可为理解全球变暖下高原冻土区水资源和环境变化提供新的案例和数据支撑。
基于丹江流域2个水文站2005—2021年的实测数据构建SWAT水文模型,使用6个全球气候模式(GCMs)在3种共享社会经济路径(SSPs)下的气象数据驱动模型。研究时段分为基准期(1963—2022年)和3个未来时期(2025—2050年、2051—2075年、2076—2100年),模拟未来气候变化情景并分析流域未来径流变化。结果表明:①SWAT模型在径流模拟中表现优异,校正后降水、最高和最低气温的相关系数分别达0.72、0.85和0.89。②2025—2100年流域气温呈显著上升趋势,降水呈波动上升趋势;SSP5-8.5情景下末期升温幅度可达7.11 ℃,为SSP1-2.6情景的2.72倍;SSP1-2.6情景下可能出现最大降水增幅,达11.63%。③流域年均径流呈现由近期减少转向远期增加趋势,碳排放增加使径流突变和显著增加时间延后;年内变化表现为春冬季显著增加、夏秋季减少;空间上径流增加主要集中于流域下游;研究成果可为丹江流域水资源科学管理和决策提供依据。
三峡水库源汇变化一直是水库温室气体变化监测分析的热点。利用Picarro G2301温室气体在线分析仪多频次监测湖北段消落带和水库水体的二氧化碳(CO2)和甲烷(CH4)碳通量,分析不同月份CO2、CH4碳通量的变化特征和交互关系。结果表明:①三峡库区湖北段消落带CO2和CH4碳通量均值分别为409.63、-0.01 mg/(m2·h),在监测月份内CO2呈排放状态,CH4呈吸收状态;②消落带CO2和CH4碳通量呈负相关,且消落带CH4碳通量与水库水体温室气体碳通量相关性高于CO2;③温度与消落带、水库水体的CO2和CH4碳通量的相关性相反,其与CO2碳通量相关性高于CH4碳通量。研究成果为三峡库区湖北段消落带碳通量监测分析提供了宝贵数据,可提升三峡库区温室气体碳通量演变的科学认知和净通量的估算精度。
高效、快速、精确的水质参数监测是水质状况评估、污染防控、生态保护及人类健康保障的基础。基于自研水体高光谱感知装备,分析了化学需氧量(COD)、总悬浮物(TSS)、总磷(TP)、总氮(TN)、氨氮(NH3-N)等关键水质参数的光谱特征,遴选了特征波段;并基于单波段、波段比值、归一化指数等经验方法及BP神经网络、随机森林、XGBoost等机器学习方法,构建了面向多水质参数的自适应高光谱感知优选框架,突破了传统单一算法在复杂水环境下的适应性局限。在最优算法的训练/验证数据集中,各最优算法的决定系数在0.88~0.99之间,分别有100%(COD)、91%(TSS)、90%(TP)、90%(TN)、95%(NH3-N)的样点MAPE<30%,达到水质监测实用要求。研究成果可为7×24 h的水质连续监测提供技术支撑,对推动高光谱感知技术在水环境监测、水土保持监测等领域的产业化应用具有重要意义。
针对多因素交互作用对水体自净能力影响不明晰的问题,通过构建多因子正交试验,结合响应面法(RSM)和结构方程模型(SEM),揭示涵盖气象条件、污染物浓度值和生物作用3种类型在内的典型影响因素间的非线性交互机制。响应面法分析发现,当各因素在最优参数组合(温度24.8 ℃、溶氧量5.9 mg/L、流速0.27 m/s、COD负荷量<100 mg/L、微生物丰度4.7×107 CFU/mL)时,自净效率η可显著提高,达83.24%,此时,氧传质效率达到峰值。另外,在二元因子交互作用中,最显著交互项T×DO的协同贡献率达45.52%。结构方程模型路径分析显示,流速和温度通过直接效应和间接效应(路径v➝DO➝η,v➝DO➝Mi➝η,T➝DO➝η,T➝Mi➝η,T➝DO➝Mi➝η)双重机制影响水体自净过程,总效应相比单因素直接效应均提高0.25。研究证实环境因子间存在协同放大机制与显著阈值效应,该发现为复杂水环境下的水体自净能力及其影响因素评估提供了新的量化依据。
团洲垸溃决险情发生后,三峡水库紧急调度减小出库流量,洞庭湖水位快速下降,为险情应急处置创造了有利的条件。定量评估调度效果有助于深入认识和不断优化三峡水库调度。构建荆江河段一维和东洞庭湖二维耦合水动力模型,利用实测资料对模型进行验证。设计并模拟了三峡水库不同调度场景下的江湖水情,定量分析了三峡水库调度对江湖流量、水位的影响。分析了团洲垸溃决前后洞庭湖区(含团洲垸)的险情发展与七里山水位的变化情况,探讨了三峡水库调度对减轻洞庭湖区防洪压力的效果。结果表明:三峡水库调度减小了7月6—9日期间荆江干流的流量,加快了洞庭湖水位下降过程,使东洞庭湖区水位最多降低了0.34 m,七里山站水位下降至警戒水位以下的时间提前了18 h。洞庭湖区堤防险情主要发生在水位超警后的高水位及其退水期间,三峡水库调度降低了湖区堤防险情发生的概率。研究成果科学、定量地评估了三峡水库调度效果,可为其优化调度提供基础。
选矿产生的尾矿仅有少量用于地下采空区充填或建材原料制备,其主体仍通过尾矿库进行堆存。随着尾矿量持续增长与堆存高程的不断抬升,尾矿库失稳风险呈几何级数递增。基于气候变化背景下极端降水事件频发的现实挑战,防洪设计标准面临严峻考验,尾矿库面临洪水漫顶引发的溃决风险提升至历史新高。为系统评估极端水文条件下洪水漫顶诱发的连锁灾害效应,构建了覆盖库区下游的三维灾变演化分析整体模型。运用有限元强度折减法开展尾矿坝稳定性数值分析,通过塑性应变云图识别潜在破坏域,继而开展多相流耦合模拟,在数字高程模型中模拟泥石流演进全过程,精确获取了砂石流行进速度、淹没范围与淹没深度等关键参数,并据此提出防控策略,提出采用阶梯式消能结构优化设计。实现了安全防控体系从被动应对向主动防御的转型升级,从源头上显著提升了应对突发灾害事故能力。
针对消力池消能不充分、流态紊乱等问题,提出一种V形墩新型辅助消能工增加消能率η,并引入水跃位置前移率P作为评价指标用以量化V形墩对水跃位置的调控效果。通过模型试验与数值模拟相结合的方法分析弗劳德数Fr、夹角θ、排间距γ、首排墩位置Γ、墩高比ξ、收缩比β等因素对η和P的影响。结果表明:Fr对η影响最显著,最优方案下η为95.58%;Γ及ξ对P影响最显著,最优方案下P为49.42%。V形墩通过增强紊动与漩涡耗能,跃前断面最大流速下降幅度达39.4%,有效抑制大尺度涡旋发展。V形墩消力池较传统消力池流态更平稳,能量耗散更充分。研究成果可为类似工程消能工设计提供理论依据。
为解决低水头枢纽设计泄流曲线与实际调度运行不符的问题,基于泄流曲线差异成因分析,提出一种结合水力学计算、原型观测和数值模拟的泄水闸泄流曲线率定方法。以赣江中游某航电枢纽为例,基于走航式声学多普勒流速剖面仪(ADCP)测流技术开展发电和泄洪工况下流量原型观测,并结合水力学计算和三维CFD数值模拟对枢纽泄流曲线进行率定,提出了适应现场时变边界条件的泄水闸控泄和敞泄泄流曲线族。研究表明,机组流量特性(N-H-Q)曲线插值法计算发电引用流量精度较高,可用于分析枢纽总出库流量中发电和弃水流量占比。经率定的泄水闸泄流曲线与实测数据偏差≤5%,可供枢纽调度运行使用。研究成果可为类似工程泄流曲线率定提供借鉴。
西藏萨迦古代蓄水灌溉系统是中华民族水利遗产与中华文化多元一体的重要体现,物质文化遗产/遗存和非物质文化遗产的双重价值不可忽视。从水文化遗产的视角,首次系统梳理了西藏萨迦古代蓄水灌溉系统的发展脉络、结构形态和管理体制,探讨了其历史、文化、社会及生态等多重价值,深入研究从引水到灌溉全过程中蕴含的科学规律,集中呈现西藏萨迦古代蓄水灌溉系统的新面貌和遗产价值,弘扬古代治水智慧。通过技术修复、社区共治、科技赋能、政策保障四维联动,实现从“工程遗产”到“活态文化生态体”的转型。未来要通过遗址修复、社区共治、科技赋能、政策保障四位联动,实现萨迦灌溉系统从“工程遗址”到“活态文化生态体”的转型。本研究从遗产价值挖掘、保护理念更新、创新保护机制及管理机制完善等提出了保护以可持续发展策略,推动高原水文化的创新发展。
为量化分析预制桩帷幕一体化支护齿墙减载作用特性,基于预制桩帷幕一体化支护齿墙减载机理,假定滑裂面为旋轮线型,采用水平薄层微分理论,提出墙后土体滑动条件下齿墙减载作用计算方法,在算例验证的基础上,进一步分析齿墙结构参数、土体强度参数、墙土界面强度参数的变化对土压力减载作用的影响。结果表明:提出的计算方法能有效解决预制桩帷幕一体化支护齿墙减载作用量化分析问题。齿墙在减小墙后滑动土体土压力方面效果显著,其减载比例可达50%;增大齿墙宽度可显著提升减载作用,减小齿墙间距亦有助于减载作用的发挥,而增加齿墙厚度的改善效果有限;土体强度较高时,增设齿墙对支护性能的提升更有利;墙土间作用强度增加也有助于增大齿墙的减载比例,但墙土间黏聚力的增大影响更为显著。研究成果可为该类新型复合支护技术的设计提供理论参考。
土体水分特征曲线(SWCC)有效反映了土中水吸力与水分含量的关系,但传统测试方法难以适用原位水动力参数的标定。为探寻更便捷、经济和可靠的原位测试手段,推导提出了土体等效介电常数-基质吸力特征曲线评价模型。采用重塑云南省6个地区红黏土的平均干密度进行模型验证,系统分析了红黏土等效介电常数-基质吸力特征曲线的预测精度,并深入探讨了电磁波介电理论参数间接评价红黏土水分特征曲线的可行性。结果表明:不同地区红黏土水分特征曲线满足Fredlund模型关系,拟合精度具有地区性差异;不同地区红黏土等效介电常数与基质吸力的拟合精度均≥95%,且基质吸力理论反演曲线与介电理论预测曲线之间有较好的对称性;对比分析红黏土水分特征曲线计算值与实测值,发现两者变化趋势较为接近,平均相对误差为6.42%。因此,该模型应用于红黏土水分特征曲线评价具有较大潜力,可为拓展电磁波技术和快速评价土体水力学特性研究提供理论模型参考。
泥石流是山区常见的地质灾害,通常以连续阵次的形式发生,其运动过程中会在坡底形成残留层。针对阵性泥石流残留层减阻现象,开展水槽模型试验,模拟不同固相含量(40%、50%、60%)泥石流的连续释放过程,探讨阵性流物理过程,定量揭示残留层对后续阵次冲击效应的放大规律,提出以冲击力比F*(后续阵次相对首阵的冲击力放大)与动量比 R(总动量通量相对龙头动量通量的放大)为核心的评价指标,用于解释残留层放大后续阵次泥石流破坏性的动力学机制。结果表明:①残留层厚度的增长是渐进的过程,残留层的存在使阵性泥石流流态由惯性力主导逐渐转向重力作用主导;②后续阵次泥石流的冲击力较首阵明显增大,且随残留层厚度增加而放大,并最终趋于稳定;③残留层的存在提升了总动量通量,进一步放大了后续阵次的破坏性。研究结果揭示了残留层与阵性泥石流的相互作用机制,并基于冲击力和动量通量量化了破坏性放大效应,为工程防治提供了科学依据。
常规灌浆工艺在对抽水蓄能电站上水库全强风化花岗岩地层进行防渗处理时易出现塌孔、漏浆、不起压等问题,处理难度极大。相较常规灌浆工艺,频压灌浆工艺能够根据被灌地层特性和灌浆反馈情况无级调整灌浆压力与进浆流量,可避免低强度地层在浆液作用下发生过度劈裂而出现漏浆、浆液扩散距离不可控、耗浆量大等问题。为了探究频压灌浆技术在全强风化地层的防渗处理效果,以某在建抽水蓄能电站上水库全强风化花岗岩地层为研究对象,对比分析了灌浆工艺(恒压灌浆法和频压灌浆法)、灌浆孔距(60、120、180 cm)、灌浆材料(纯水泥浆液和水泥膨润土混和浆液)对此类地层灌浆防渗效果的影响。现场试验结果显示,频压灌浆处理后的全强风化地层渗透系数数量级从10-3降低到10-5,防渗能力极大提高,表明该工艺对全强风化地层进行防渗处理具有可行性,可望部分或全部替代传统的防渗墙方案,从而简化防渗处理,节省工程造价,减少地层开挖量。研究成果可供全强风化地层进行灌浆加固时参考。
含水率对湛江组结构性黏土触变强度恢复有显著影响,为探讨其影响规律及作用机制,以重塑湛江组结构性黏土为研究对象,开展为期150 d的触变试验,对不同初始含水率(30%、33%、36%、39%)和不同触变时间(0、1、10、30、60、100、150 d)的试样,分别进行无侧限抗压强度试验、直接剪切试验及扫描电镜试验(SEM)。结果表明:试样强度随触变时间的延长逐渐恢复,其中无侧限抗压强度和黏聚力的恢复过程均呈现快速明显(0~30 d)和缓慢平稳(30~150 d)两阶段。含水率越高,触变强度恢复速率越快。对比基于无侧限抗压强度和黏聚力的触变强度比率,由于剪切作用使土体颗粒沿特定方向排列,使黏聚力表现出更高的触变强度比率。触变过程中,孔隙参数(孔隙度、丰度)和颗粒参数(概率熵、分布分形维数)随触变时间增加而减小。土体颗粒通过自适应调整,定向性有序性增强,在范德华力作用下团聚程度提高,团聚体间和团聚体内孔隙减少。水分通过改变颗粒相对位置、扩宽迁移通道等方式增强了颗粒活动能力,加速了触变强度恢复速率。研究成果可为具有触变性的黏土地基稳定性评价提供参考依据。
管幕法是超浅埋隧道施工过程中常用的一种超前预支护方法,准确确定管幕变形是安全施工的重要保障,但已有计算方法大多忽略了荷载传递机理及开挖引起的应力释放与扰动效应。鉴于此,首先考虑了隧道拱顶土拱效应及管间环向微拱效应,提出了耦合管幕法隧道荷载传递机理的拱顶竖向荷载计算方程;引入Pasternak弹性地基梁理论,采用荷载释放系数,考虑掌子面后方应力释放效应;通过改变扰动段与支护未封闭段基床系数,表征开挖扰动效应与初期支护延滞特性,进而提出了一套耦合“多效应”的超浅埋隧道管幕变形计算方法。将所提计算方法应用至某管幕法隧道工程,对比了管幕变形现场监测数据与既有理论计算结果,验证了所提计算方法的合理性与准确性。最后,应用所提计算方法,分析了掌子面前方土体基床系数、开挖进尺、支护未封闭段长度等敏感性参数对管幕变形影响规律。结果表明:适当提高掌子面前方土体基床系数和降低开挖进尺,可有效控制管幕变形;改变支护未封闭段长度对管幕变形影响甚微。所提计算方法可为准确预测超浅埋隧道管幕变形提供理论指导。
裂缝对混凝土坝的安全运行和效益发挥具有显著影响。为深入研究筑坝材料水工混凝土在拉伸作用下的断裂机理与开裂特性,构建了由骨料、砂浆、界面过渡区(ITZ)及初始缺陷组成的四相三维细观模型,并采用损伤塑性本构与线弹性本构分别模拟砂浆、ITZ与骨料。通过单轴拉伸数值模拟与试验结果对比,验证了模型的有效性。结果表明:在普通强度水工混凝土中适当考虑1%~2%的初始缺陷率能使模拟结果与实测值更为吻合;随着初始缺陷率增大,抗拉强度显著下降,裂缝更易集中于试件中部,造成明显的强度弱化与能量耗散;ITZ厚度在小范围变化时对抗拉强度影响有限,但若忽略ITZ,模型对破坏形态与力学响应的模拟偏差显著增大;骨料含量的增加会进一步削弱抗拉强度,并明显影响裂缝扩展形态。研究成果不仅系统评估了初始缺陷率、ITZ厚度和骨料含量对水工混凝土拉伸及断裂吸能的影响规律,也为更好地理解水工混凝土细观损伤演化机理、预防结构开裂及提升大坝安全性提供了参考。
为研究矿渣对再生混凝土孔结构及抗渗性能的影响,进行了不同矿渣掺量再生混凝土吸水率和渗水高度试验及低场核磁共振孔结构微观测试。基于渗水试验和微观测试结果,采用灰色关联分析法分析了再生混凝土抗渗性能与孔结构之间的关系。结果表明:随着矿渣掺量的增加,再生混凝土的渗水高度和相对渗透系数都随之降低,其抗渗性能得到增强;通过低场核磁共振测试发现再生混凝土的孔隙率也随矿渣掺量的增加而降低。灰色关联分析结果表明,矿渣减少了再生混凝土中的过渡孔和大孔,从而增强了再生混凝土的抗渗性能。适量掺入矿渣可改善再生混凝土的抗渗性能,研究成果可为再生混凝土的工程应用提供参考。
天然火山灰作为潜在的矿物掺合料,具备降低水泥用量、减少碳排放的环保优势,但因其活性较低,单掺常导致水泥基材料早期性能下降。为提升其工程适用性,以川藏地区低活性火山灰为基础,复掺少量硅灰,构建复合胶凝体系,系统研究其水化行为与微观结构演变。采用XRD、SEM、TG-DTG和压汞法等手段,结合力学性能试验,对不同龄期试件的水化产物、孔隙结构及强度发展规律进行表征与分析。结果表明:单掺火山灰体系早期水化反应迟缓,活性指数与强度较低;硅灰的引入显著促进C-S-H凝胶生成,细化孔径分布,提高结构致密性,有效提升早期和后期强度。28 d龄期下,复掺27%火山灰与3%硅灰的胶凝体系的抗压强度较单掺试件增长了64%,较纯水泥基准试件增长了15%,活性指数提升明显。
针对引调水隧洞施工与运营过程中突涌水及渗漏等灾害治理难度大的问题,以多苯基多亚甲基多异氰酸酯(PAPI)、水玻璃(WG)和聚醚多元醇等为原料,通过有机/无机杂化的方式制备出水玻璃改性油溶性聚氨酯(PU/WG)发泡灌浆材料。宏观性能结果表明:水玻璃最优掺量为20%,此时改性聚氨酯密度为1.102 g/cm3,发泡率可达2 684%,7 d抗压强度可达38.9 MPa。扫描电子显微镜(SEM)测试微观分析表明:随着水玻璃掺量的增加,光滑平整的聚氨酯表面出现球形泡孔后逐渐被不定形无机相覆盖,最终呈现为疏松多孔结构。热重分析(TGA)表明:改性聚氨酯热稳定性明显优于纯聚氨酯。研究成果可为改性油溶性聚氨酯灌浆材料的性能提升和体系优化提供数据支撑。
为推进水库淤积物高值化利用,以三峡库区淤积物(SD)为核心原料,联合矿渣粉(GGBFS)与粉煤灰(FA)构建三元地质聚合物体系。通过21组配比试验,结合抗压强度测试、TCLP浸出试验、XRD、SEM-EDS、FTIR等表征方法,系统研究材料性能、固化机制、材料环境安全性。结果表明:当GGBFS掺量为20%时,淤积物占比80%的试样1 d抗压强度达70 MPa以上,XRD分析显示其绿泥石等黏土矿物大幅减少,C-A-S-H与C-S-H凝胶形成交错结构,归因于高活性的GGBFS溶出的Ca2+生成纤维状C-S-H凝胶与C(N)-A-S-H凝胶,消耗并降低了[SiO4]4-与[AlO4]5-浓度,促进了淤积物中硅铝质溶出;SEM证实FA的加入促进了体系生成沸石类硅铝酸盐矿物填充孔隙,提升了地聚体系28 d强度的稳定。研究表明,三元协同体系可同时实现淤积物大掺量(≥80%)资源化与材料性能优化,为疏浚固废制备高强地质聚合物提供理论和技术依据。
为评估三峡水库蓄水运行对长江中下游岸线生态环境的长期影响,促进人水和谐关系建设,以长江中游枝城—湖口河段为对象,通过整合水位监测数据、多时相遥感影像和无人机实景数据,对岸线空间动态演变进行定量研究。结果显示:三峡工程蓄水运行20 a间,大尺度水面面积占比保持相对稳定,标准差控制在2.4%以内;另外,2021—2023年,枝江、石首2处采样点岸线坡度分布的标准差最大值≤2%。结果表明,三峡水库蓄水运行对长江中游岸线空间格局影响有限,岸线形态保持总体稳定,这为长江岸线生态保护与可持续利用提供了重要科学依据。
