长江科学院院报

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1. 耦合流域-区域用水总量红线的供水优化模型及应用

黄草, 何斯重, 冯迪子, 慕龙, 李志威

长江科学院院报 2022, 39 (6): 24-30. DOI: 10.11988/ckyyb.20210168

摘要（208）

PDF（pc）（1463KB）（1032）

为细化流域-区域耦合的用水总量指标及优化供水方式,基于流域用水总量红线与区域用水总量红线的共同约束,建立了耦合供给侧和需求侧用水总量红线的多水源多目标水资源系统供水优化模型,并应用于浏阳河-捞刀河流域,分析不同水源分配到不同行政区的最优供水方案以及最大供水量。现状年浏阳河-捞刀河流域存在一定的过度供水或供水不足;供水优化模型压缩了两流域平水年和丰水年的超红线供水,提高了枯水年和特枯年供水量;两流域规划特枯年比现状特枯年的缺水率降低了11.63%。这表明供水优化模型能较好地优化流域供水方式,确定不同频率年流域耦合区域的用水总量细化指标,相关成果可为用水总量控制的过程监管及超标预警提供有效技术支持。

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2. 基于时变Budyko模型的滹沱河上游径流变化归因分析

苗正伟, 路梅, 丁志宏

长江科学院院报 2022, 39 (7): 29-35. DOI: 10.11988/ckyyb.20210284

摘要（615）

PDF（pc）（6930KB）（1017）

为了明晰径流演变的驱动力,进而促进水资源的可持续利用,对滹沱河上游的径流变化进行了归因分析。基于单参数Budyko方程,将径流影响因素直接划分为干旱指数和流域特征两类,首先以时间为协变量,描述Budyko方程参数及气候因子的时间变化,构建时变Budyko方程;然后基于分解法在年尺度及多年尺度上分离干旱指数和流域特征对径流变化的影响。研究结果表明:①时变Budyko模型大大提高了年径流的模拟能力;②基于时变Budyko模型的分段研究的结果与传统常参数Budyko模型的结果相近,表明本文所建立的时变Budyko模型是可靠的;③干旱指数和流域特征对滹沱河上游年径流的影响均为负贡献,其中,干旱指数的贡献率由86.79%持续递减至71.01%,而流域特征的贡献率由13.21% 持续增加至28.09%;④干旱指数对年径流的影响强度明显减弱是流域特征对年径流变化贡献率增加的主要原因。综上所述,滹沱河上游径流显著减少的主导因素是干旱指数,即降水和潜在蒸散发的变化。

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3. 英国标准和香港地区标准下的澳门深基坑工程实践

谢万东, 林佑高, 王征亮

长江科学院院报 2022, 39 (7): 126-130. DOI: 10.11988/ckyyb.20210205

摘要（259）

PDF（pc）（6450KB）（937）

与我国大陆地区相比,港澳和其他海外地区深基坑工程的标准体系、设计流程、习惯做法等方面都有很大的不同。以澳门妈阁交通枢纽的深基坑设计实践为例,对海外工程中深基坑的支护设计进行了详细介绍,包括地下连续墙嵌固深度的确定、地下连续墙在岩石中向下接长的方法、支撑体系、结构计算、抗倾覆稳定性验算等。将英国标准和香港地区标准中深基坑支护计算的规定与我国大陆标准进行了对比。在设计过程中采用数值模拟法进行基坑支护体系的受力和变形分析。在施工期间利用数值模拟软件对监测数据进行反演分析和预测,保障了施工的顺利进行。

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4. 多目标协同下水系连通调度模拟

刘晋, 胡永辉, 刘夏

长江科学院院报 2022, 39 (6): 15-23. DOI: 10.11988/ckyyb.20210248

摘要（201）

PDF（pc）（2282KB）（929）

随着经济社会的高速发展,我国许多城市的废污水排放量持续增大,引起江河湖泊污染物超标、水生态环境日益恶化等问题,严重制约着经济社会发展。以中顺大围示范点为研究对象,从中顺大围河湖水系连通对围内防洪调蓄、农业供水和水环境改善多个目标的影响出发,深入探索了开展中顺大围河网区水系连通的基础理论与规划关键技术。结果表明:①当中顺大围以防洪调蓄为主要目标时,最优方案为方案 1,其平均涌容较现状少10⁵ m³;②当中顺大围以农业供水为主要目标时,最优方案为方案 3,其引水量较现状提升约3.81倍;③当中顺大围以水质改善为主要目标时,最优方案为方案2和方案3,其河网整体90％换水周期较现状缩短了约58.17％;④结合当前中顺大围面临的防洪排涝水安全、城镇化发展带来的水环境、水利工程缺乏统一调度管理等典型问题,提出相应的改进措施与建议。研究结果可为中顺大围河涌综合整治及修复、水生态保护等工程提供重要理论依据和技术支撑。

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5. 近20年青藏高原水资源时空变化

周思儒, 信忠保

长江科学院院报 2022, 39 (6): 31-39. DOI: 10.11988/ckyyb.20210212

摘要（314）

PDF（pc）（3603KB）（928）

青藏高原被称为“亚洲水塔”和“第三极”,青藏高原水资源变化对我国乃至周边众多国家的水资源安全及人民生活均产生深远的影响。利用《青海省水资源公报》及《西藏水资源公报》数据,采用线性倾向估计、Mann-Kendall趋势检验法和Person相关系数法对1997—2018年青藏高原地表及地下水资源时空变化进行了研究。结果表明:①青藏高原水资源分布呈东多西少、南多北少的分布态势,水资源分布极其集中,主要集中在山南、林芝市,雅鲁藏布江流域及藏南诸河流域。②1997—2018年青藏高原地表水资源量呈不显著的上升趋势,地下水资源量呈显著下降趋势(－166.4亿m³／(10 a))。水资源变化趋势存在显著的空间差异,青藏高原北部青海省大部分地区地表水资源(98.3亿m³／(10 a))及地下水资源量(58.0亿m³／(10 a))均呈显著的上升趋势,南部西藏自治区大部分地区地表水资源量呈不显著的下降趋势,地下水资源量呈显著的下降趋势(－195.4亿m³／(10 a))。③青藏高原近年来气温呈十分显著的增加趋势,上升速率约为0.49 ℃／(10 a),北部青海省降水量呈显著增加趋势,南部呈不显著的下降趋势。综合降水与气温的影响,降水量变化是青藏高原地表水资源与地下水资源变化的主要影响因素。

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6. 膨胀土中EPS缓冲层-悬臂式挡墙支护结构的受力变形数值模拟

王协群, 匡文壮, 韩仲, 邹维列

长江科学院院报 2022, 39 (7): 78-86. DOI: 10.11988/ckyyb.20210166

摘要（171）

PDF（pc）（7385KB）（917）

针对膨胀土中墙后铺设聚苯乙烯泡沫(EPS)缓冲层的悬臂式挡墙,探究了膨胀土因降雨入渗产生膨胀时EPS缓冲层的减压效果。对南阳中膨胀土开展膨胀特性试验,确定其在侧限和竖向荷载作用下的膨胀系数;在此基础上,利用ABAQUS数值软件对膨胀土-EPS缓冲层-悬臂式挡墙体系开展数值分析,研究了EPS缓冲层的厚度与弹性模量及与墙体和膨胀土间摩擦对该支护结构受力变形特征的影响规律。结果表明:EPS缓冲层能有效减小悬臂式挡墙上的侧压力并改变墙背土压力的分布;厚度较厚、弹性模量较低的EPS缓冲层减载效果更好;EPS缓冲层与墙体、膨胀土之间的摩擦影响墙背侧压力的分布,但不影响侧压力的合力大小;EPS缓冲层的压缩刚度与其减载性能成反比。

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7. 卵石土蠕变本构模型及其工程应用

刘健, 唐扬, 易龙, 彭元诚, 周跃峰

长江科学院院报 2022, 39 (6): 107-112. DOI: 10.11988/ckyyb.20210109

摘要（133）

PDF（pc）（1995KB）（911）

卵石土是岩土工程建设中的常用材料,由于针对其流变力学特性的研究较少,导致无法评价该种材料的长期稳定性。采用试验研究、理论分析和数值模拟相结合的研究方法,针对卵石土开展了室内三轴蠕变试验,对卵石土蠕变的有关力学问题进行了探讨,分析了卵石土蠕变与时间、应力状态的关系,并提出了11参数卵石土蠕变的数学表达式及相应的参数指标。将该本构模型嵌入到ABAQUS软件中,计算了某大桥锚碇下覆地基的长期沉降变形。结果表明,提出的本构模型可以很好地描述卵石土的流变特性。与锚碇沉降变形监测结果相比,蠕变加速变形阶段的沉降计算结果偏大,蠕变稳定阶段的沉降计算结果偏小。研究结果可为卵石土的长期变形计算提供相关参考。

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8. 梯形凹角台阶式溢洪道水力特性

李少伟, 张文传, 王均星, 周招

长江科学院院报 2022, 39 (6): 56-63. DOI: 10.11988/ckyyb.20210612

摘要（159）

PDF（pc）（2310KB）（908）

台阶式溢洪道中凹角水流的循环及能量交换是泄洪消能的关键因素之一,目前台阶式溢洪道的研究多集中在台阶的坡度、尺寸以及与宽尾墩等联合运用方面,鲜有对台阶凹角几何形状进行研究。通过水工模型试验和数值模拟计算,对传统三角形凹角台阶和新型梯形凹角台阶的流态、掺气浓度、压强、流速等水力特性进行研究,结果表明:梯形凹角台阶与三角形凹角台阶水流水力特性分布规律相同,但由于梯形凹角台阶改变了旋涡脱落的形状,漩涡脱落进入主流中,促进水流湍动,使得初始掺气点位置略微前移,增加主流区断面平均掺气浓度,提高虚拟底板处总压强波动强度,降低台阶沿程流速,有利于提高台阶抗空化空蚀能力和促进台阶消能。

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9. 金沙江上游河段水温变化规律及其影响因素探讨

邵骏, 杜涛, 郭卫, 欧阳硕, 王琨

长江科学院院报 2022, 39 (8): 17-22. DOI: 10.11988/ckyyb.20210380

摘要（575）

PDF（pc）（2640KB）（907）

金沙江上游作为长江的源头地区,具有特殊的生态环境功能,河流水温对水生生物的生长及周边生态环境具有重要意义。采用金沙江上游干流岗拖、巴塘、石鼓水文站实测水温数据,以河段天然水温作为研究对象,对其年内、年际变化及沿程分布规律进行了研究,并探讨了影响水温的主要水文、气象因素。结果表明,金沙江上游岗拖、巴塘、石鼓3个水文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。1961—2018年3个水文站年水温总体上呈现出显著的上升趋势,并分别于1998年、1992年、2003年出现突变点。气温对3站月平均水温的影响最为紧密,其次是降水和径流,相对湿度、蒸发和风速也对该河段水温变化产生一定影响,日照与水温之间的关系最弱。从水温变化的沿程分布来看,从上游至下游,水温与径流、风速、水面蒸发相关系数沿程减小,与降水、气温、相对湿度相关系数沿程增加,其主要原因与金沙江上游流域水文气象特征关系密切。同时通过主成分分析,进一步验证了影响水温的主要因素。

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10. 青藏高原土地利用/覆被时空变化特征

彭海月, 任燕, 李琼, 魏加华

长江科学院院报 2022, 39 (8): 41-49. DOI: 10.11988/ckyyb.20210470

摘要（226）

PDF（pc）（5090KB）（882）

在对公开的土地利用数据集精度评价的基础上,选用较高精度的青藏高原科学研究所300 m土地利用数据(简称TPDC_LUCC),采用土地利用时空分布和变化率等指标,分析青藏高原1992—2015年土地利用变化特征,并结合气候数据集及社会经济数据对土地利用变化归因进行了分析。结果表明:①公开数据集中,TPDC_LUCC数据集序列最长,精度最高,尤其是对耕地、城镇用地及水体分类精度较好;欧洲航天局300 m 土地利用数据(ESA_LUCC)对草地的分类精度最高,耕地精度最差;中国科学院空天信息创新研究院30 m土地利用数据(CASearth_LUCC)对冰川和城镇用地的分类较准确,未利用土地误差较大;②青藏高原草地分布最广,多年平均占比约70.02%,其次是沙地、裸地等未利用土地,约占15.81%;城镇用地扩张较快,1992—2005年、2005—2015年两期增长率分别是2.34%、4.69%;1992—2015年,青藏高原未利用土地的9.14%转为草地,灌丛和耕地的3.27%转为林地,冰川的5.5%转为水体;③1992—2018年,青藏高原平均气温上升了1.17 ℃,降水和气温增加,是东部区域草地、灌丛、林地增加的主要驱动因素,气温明显上升致使西北部冰川融化,城市化促使城镇用地增加、耕地减少,实施生态保护政策对青藏高原草地、林地的恢复有显著推动作用。

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11. 新时期长江流域水资源保护利用管理体制机制研究

许继军, 陈述

长江科学院院报 2022, 39 (7): 1-6. DOI: 10.11988/ckyyb.20211375

摘要（220）

PDF（pc）（5244KB）（866）

针对当前长江流域水资源保护利用管理存在的问题和诸多难题,对新时期长江流域水资源管理体制机制重构和完善路径进行了探讨。为破解制约流域水资源保护利用可持续发展的体制机制障碍,长江流域水资源管理应遵循流域整体性和复杂性规律,在流域协调机制框架上,健全统分结合、整体联动的管理体制,打造多元参与的流域治理共同体,健全完善多元化生态补偿机制、跨省河湖长制监督机制、控制性水工程统一调度管理机制、流域水资源保护利用空间管控及市场运行机制,从而推动长江流域治理体系现代化。

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12. 水电工程边坡炮孔近区岩体爆破损伤特性

梁瑞, 包娟, 周文海

长江科学院院报 2022, 39 (8): 71-76. DOI: 10.11988/ckyyb.20210269

摘要（160）

PDF（pc）（3056KB）（849）

为研究水电工程边坡炮孔近区不同损伤模型下岩体爆破时的动力响应,选用HJC模型和RHT模型分别建立岩石单孔爆破损伤模型。基于岩体损伤模拟结果和计算分析,探究了两种损伤模型对岩石爆破损伤分布、地震波能量特性及损伤质点峰值振动速度(PPV)阈值变化规律的影响,结果表明同种工况下RHT模型最终爆破开裂面积近似为HJC模型的一倍;损伤范围越小,炸药冲击波转化为弹性振动波的比例越大;通过拟合损伤度和PPV之间的关系,HJC模型和RHT模型的损伤PPV阈值分别为13.09 cm/s和27.29 cm/s。RHT模型能够更加准确地反映实际边坡近区岩体爆破损伤效应。

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13. 三峡蓄水对局地气候变化的影响

赵子皓, 江晓东, 杨沈斌

长江科学院院报 2022, 39 (6): 40-49. DOI: 10.11988/ckyyb.20210221

摘要（179）

PDF（pc）（6239KB）（814）

大型水体会对局部地区(局地)气候条件造成影响,三峡工程是当今世界规模最大的水利水电枢纽工程,为了分析三峡蓄水对当地气候变化的影响,以三峡库区10个站点为研究对象,利用气候倾向率、CVM检验等方法,系统分析了三峡库区66 a来气候变化特征以及蓄水对局地气候变化的影响。结果表明,三峡蓄水后局地温度下降,影响大坝附近299.83 km²的地区,影响距离最远距大坝12.65 km,大坝最近的秭归站温度在1997年发生突变,蓄水后20 a秭归站年平均温度较蓄水前20 a下降1.15 ℃;蓄水造成局地降水量增加,影响大坝附近2 914.88 km²的地区,影响距离最远距大坝109.15 km,大坝最近的秭归站降水在1997年突变,蓄水后20 a秭归站平均降水量较蓄水前上升245.90 mm;蓄水造成局地相对湿度增加,秭归、兴山站相对湿度分别在1997年、2003年突变,蓄水后20 a秭归站相对湿度较蓄水前20 a上升5.29%;蓄水造成局地日照时数下降,影响大坝附近2 045.66 km²的地区,影响距离距大坝最远41.06 km,距大坝最近的秭归站日照时数在2002年突变,蓄水后20 a秭归站日照时数较蓄水前20 a下降33.87 h。蓄水对气象要素影响的范围较小,对各要素共同造成影响的范围仅75.27 km²,各要素全部在蓄水期间发生突变的仅秭归一站。

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14. 基于GLDAS-NOAH的长江流域蓝绿水资源时空变化特征

史孟琦, 袁喆, 史晓亮, 李艺, 陈菲

长江科学院院报 2022, 39 (10): 38-44. DOI: 10.11988/ckyyb.20210526

摘要（215）

PDF（pc）（63525KB）（790）

基于GLDAS-Noah水文模型,模拟长江流域蓝绿水资源量,并揭示其时空变化特征。结果表明:2000—2019年长江流域多年平均蓝水资源和绿水资源分别为420.24 mm和686.95 mm,绿水资源约是蓝水资源的1.62倍。近20 a来长江流域蓝水资源、绿水资源和绿水系数呈不显著增加趋势,2000—2019年蓝水资源与绿水资源变化速率分别为3.26 mm/a 和2.27 mm/a。从年内分配上看,蓝绿水资源在7—8月份较多,占全年的29%~32%;在1 —2月份较少,占全年的5%~6%。从空间分布来看,蓝水资源呈现东南高西北低的分布格局,绿水资源呈现东高西低的分布格局,而绿水系数呈现西北高东南低的分布格局。科学全面评价蓝绿水资源可以为优化水资源利用模式、提高水资源利用效率提供科学依据。

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15. 高寒地区水工混凝土防护修复技术与应用

李珍, 熊泽斌

长江科学院院报 2022, 39 (6): 1-8. DOI: 10.11988/ckyyb.20210924

摘要（185）

PDF（pc）（8606KB）（772）

高寒地区水工混凝土建筑物处于超大温差、极端低温、强辐射、大风、干燥等复杂条件,混凝土结构容易产生以冻融破坏为代表的劣化病害,防护修复技术是常用的劣化防治措施之一。通过有限元方法对冻融循环作用下水工建筑材料劣化过程及影响规律进行了模拟计算。结果显示,在周期变温荷载作用下,孔隙水结冰产生的冻胀应力是导致混凝土耐久性降低的主要因素。除了改善混凝土本体抗冻性外,还应采用表面防渗处理,如表面涂层防护,以控制混凝土内部含水量和冻胀应力,提高抗冻融能力。介绍了高寒地区水工建筑物防护修复材料的选择原则、种类特点和施工工艺,总结了防护修复技术在高寒地区的典型工程应用,为高寒地区水利水电工程维护提供了一定的参考借鉴,并从材料性能、配套设备、工艺拓展、标准制定4个方面进行了展望。

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16. “十三五”时期长江流域总磷浓度变化特征

嵇晓燕, 彭丹

长江科学院院报 2022, 39 (8): 1-9. DOI: 10.11988/ckyyb.20220083

摘要（252）

PDF（pc）（5414KB）（769）

为了探究“十三五”时期长江流域总磷浓度变化,采用“十三五”时期长江流域国家地表水环境质量监测网开展连续监测的590个河流断面和116个湖库点位的总磷数据,分析浓度时空变化特征。结果表明:“十三五”时期长江流域总磷浓度随着时间变化呈下降趋势,年平均浓度由2016年的0.106 mg/L下降至2020年的0.072 mg/L;长江干流93.2%的断面总磷浓度有所下降,年平均浓度由2016年的0.092 mg/L下降至2020年的0.059 mg/L。岷江、沱江和乌江总磷浓度明显下降,降幅超过50%;岷江、沱江、乌江和汉江等主要支流汇入后导致干流沿程总磷浓度有所升高。62.9%的湖库点位总磷浓度较2016年有所下降,太湖和巢湖秋季总磷浓度较高,洞庭湖、鄱阳湖和丹江口水库冬季总磷浓度较高,滇池夏季总磷浓度较高。研究成果一方面反映水污染防治的积极成效,另一方面可为总磷污染深入治理提供参考。

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17. 基于粘结滑移的衬砌裂缝宽度计算模型研究

贺欢

长江科学院院报 2022, 39 (7): 149-153. DOI: 10.11988/ckyyb.20210301

摘要（109）

PDF（pc）（5412KB）（764）

基于粘结滑移理论提出了一种“实体单元-影子节点-梁单元”的传力体系。以某一模型试验为例,将钢筋混凝土衬砌采用分离式建模并构建此传力体系。通过有限元计算求得受力钢筋的应力,结合规范的计算公式求出裂缝的最大宽度。与试验结果进行对比,验证了有限元建模运用此传力体系并结合规范公式计算最大裂缝宽度的可行性,可为同类工程最大裂缝宽度提供一种新的计算方法。

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18. 改良盐渍土强度变形及其微观特性试验研究

色麦尔江·麦麦提玉苏普, 陶士超

长江科学院院报 2022, 39 (6): 113-119. DOI: 10.11988/ckyyb.20210066

摘要（155）

PDF（pc）（4385KB）（759）

盐渍土的盐胀溶陷等不良工程特性对交通基础设施建设及其安全运行有着极其不利影响。现以南疆地区路基氯盐渍土为研究对象,开展了不同龄期改良氯盐渍土2种试验方案的无侧限抗压强度试验及SEM-EDS试验,研究水玻璃、水泥、石灰、粉煤灰及纤维等多种材料联合改良盐渍土的机理及其微观特征。研究结果表明:以28 d抗压强度作为评价标准,方案1中最优组合为水泥8%+石灰12%+纤维0.2%+纤维长度18 mm+含盐量3%,适用于中盐渍土改良;方案2中最优组合为粉煤灰20%+石灰6%+纤维0.2%+纤维长度12 mm+含盐量1%,适用于弱盐渍土改良。2种方案改良盐渍土越过应力峰值后仍能保持较高的抗压强度值,改良盐渍土应力-应变曲线呈应变软化型,试样呈脆性破坏。根据微观结构及EDS分析,改良盐渍土的矿物颗粒相对较大,颗粒完整性较好,胶凝物由絮状水化硅酸钙和针状钙矾石构成,其微观结构较致密,颗粒间接触方式以面-面接触方式为主;相比方案2,方案1内部结构排列致密,内部完整性好,强度性能优越。该研究成果丰富了氯盐渍土改良技术,为盐渍土在路基处理中再循环利用提供了技术参考。

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19. 深圳市观澜河流域雨水资源可利用潜力评估

谢帅, 林航, 王永强, 许继军, 陈进

长江科学院院报 2022, 39 (7): 17-22. DOI: 10.11988/ckyyb.20210373

摘要（185）

PDF（pc）（6266KB）（755）

雨水资源化利用是解决城镇化进程中城市水问题的重要途径,对其可利用量进行评估是其中重要的步骤。为给深圳市观澜河流域雨水资源利用提供依据,基于深圳市1984—2018年的日降雨资料,采用基于下垫面分类的雨水资源利用潜力计算方法,计算了深圳市观澜河流域在不同典型年的雨水资源量、雨水资源利用理论潜力、现实潜力。结果表明:观澜河流域具有较大的雨水资源利用潜力,其平水年雨水资源利用理论潜力可达3.74亿m³,在70%年径流总量控制率情况下的雨水资源利用现实潜力可达2.42亿m³;在同样的降雨条件下,下垫面类型和城市建设条件均会对雨水资源可利用量产生较大影响,增大园林绿地、水体等下垫面面积和增大年径流总量控制率均有助于提升雨水资源的利用。

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20. 基于MICP技术改良的膨胀土膨胀特性试验研究

刘浩林, 李丹, 胡波, 程展林

长江科学院院报 2022, 39 (6): 150-156. DOI: 10.11988/ckyyb.20220049

摘要（142）

PDF（pc）（1522KB）（754）

为了探究微生物诱导碳酸钙沉淀(MICP)技术改良膨胀土膨胀特性的效果和作用机理,利用产脲酶菌CGMCC 1.368 7,开展了MICP拌和法处理膨胀土的膨胀特性试验。通过正交试验研究了反应液配比和Ca²⁺浓度对MICP拌和法处理膨胀土自由膨胀率、无荷膨胀率、CaCO₃百分生成量的影响及其变化规律,揭示了MICP改良膨胀土的微观机理。结果表明:经MICP拌和法处理后,膨胀土的膨胀特性得到显著改善;当反应液配比为1∶1、Ca²⁺浓度为2.0 mol/L时,膨胀土自由膨胀率最大降低了44.4%;当反应液配比为1∶3、Ca²⁺浓度为2.0 mol/L时,体膨胀率减小了92.2%,膨胀含水率降低了24.9%。MICP技术通过胶结土颗粒、充填土体孔隙和离子置换作用,降低膨胀土颗粒的亲水性,减小土颗粒间的排斥作用,减弱膨胀土的膨胀势。研究成果验证了基于MICP技术拌和法改良膨胀土膨胀特性的可行性。

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