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长江科学院院报
 
2013年 30卷 6期
刊出日期:2013-06-04

水资源与环境
水土保持与生态建设
防洪减灾
水力学
岩土工程
水工结构与材料
科技简报
   
水资源与环境
1 郑建,韩会庆,蔡广鹏,郜红娟
贵州省农业非点源氮、磷污染时空特征分析

随着水环境污染问题日益突出,非点源污染研究越来越受到重视。本文在国内外相关研究的基础上,利用输出系数法,对贵州省农业非点源氮、磷污染时空特征进行了分析。结果表明:①2000—2010年间,贵州农业非点源氮、磷污染排放总量呈先上升后下降趋势。农田化肥和畜禽粪便是贵州农业非点源污染的主要来源;②氮、磷污染排放总量空间上基本呈中东部少,西北部多的空间分布特征,排放强度空间上基本呈中北部大,东南部小的分布特征,这与化肥使用量和牲畜总量分布一致。

2013 Vol. 30 (6): 1-4 [摘要] ( 271 ) [HTML 1KB] [PDF 1216KB] ( 1237 )
5 宋小庆,陈进,唐娱杰
回归分析法评价岩溶地下水资源——以贵州织金四方井岩溶大泉流域为例

在全面分析四方井岩溶大泉流域水文地质、岩溶地质特征的基础上,以2009—2010年特大干旱年泉点长观资料为基础,采用回归分析法和枯季径流模数法,计算出天然补给量为1 522.6万m3/a,可开采资源量为585.71万m3/a;通过径流模数法得出天然排泄量为1 533.8万m3/a,并将之与回归分析法评价结果对比,得出回归分析法计算结果可靠度高。

2013 Vol. 30 (6): 5-8 [摘要] ( 242 ) [HTML 1KB] [PDF 1216KB] ( 1499 )
9 付恒阳,潘红霞
论气候压力下的跨国水体协议

全球气候变化无疑会影响河流的来水过程和供水过程,改变河流的水质、水量和水系统运行,使当今跨国水体可持续管理复杂化。然而,目前大部分跨国水体协议缺少处理应对气候挑战的重要措施,没有充分考虑不断变化的气候、社会、经济和状况。跨国水体的分享可能会导致两国或多国之间发生冲突,但也可以成为合作和谈判的源泉。共同应对气候的挑战,为未来的跨国水体管理找到新的方法提供了一个平台。尽管各流域国之间存在政治和社会差异、利益冲突等,但制定灵活而又有效的跨国水体协议以减轻气候变化的不利影响是极其需要且完全有可能的,措施有:①灵活的水分配策略;②精确的数据和信息交换;③综合的水质管理;④应对极端事件的策略;⑤对原有跨国水体协议的修订;⑥联合管理委员会的成立和完善。

2013 Vol. 30 (6): 9-13 [摘要] ( 244 ) [HTML 1KB] [PDF 1342KB] ( 1276 )
14 姜瑾, 张永永
基于单元优化配置方法的陕西省关中地区水资源配置研究

水资源问题已经成为制约陕西省关中地区经济社会发展的瓶颈。为此,建立了省内南水北调受水区水资源单元优化配置模型,采用遗传算法求解该模型,并建立了该地区水资源单元优化配置系统。单元优化配置和常规配置的结果对比表明:在保证各供水保证率前提的基础上可以减少总缺水量9 875万m3。这一结论可为陕西省关中地区合理配置水资源及确定引汉济渭工程调水量提供借鉴。

2013 Vol. 30 (6): 14-16 [摘要] ( 234 ) [HTML 1KB] [PDF 993KB] ( 1503 )
水土保持与生态建设
17 陈琼,高甲荣,王颖,王建军
现浇网格生态护坡技术研究——以延庆试验区为例

为了研究现浇网格生态护坡技术在边坡治理中的适应性和效果,系统地介绍了该技术体系,并以北京延庆试验区为例,对网格内植物的生长情况和土壤的理化性质进行了调查分析。结果表明:完工4 a后,试验小区金叶莸的成活率达到94.3%,金叶莸新生枝叶繁茂,每株枝条平均生物量可达到29.3 g,平均株高为33.07 cm,平均覆盖度为533 cm2;与空白对照小区比较,网格内土壤中机质增加了28.11 g/kg,全氮增加了0.72 g/kg,速效磷增加了11.25 mg/kg,速效钾增加了33.74 mg/kg,pH下降了0.71。在经济成本方面,该技术的后期养护时间为1~2 a,时间短,投入少,节约成本。试验区适用研究成果表明现浇网格生态护坡技术的水土保持、植被恢复效果良好,易于在各类边坡生态防护中推广应用。

2013 Vol. 30 (6): 17-20 [摘要] ( 244 ) [HTML 1KB] [PDF 1040KB] ( 1142 )
21 郭维,高甲荣,樊华,王越,顾岚,刘培斌
北京市转河生态修复评价
城市河流健康状况直接影响到人们的生活质量,因此其修复问题也越来越受到关注。研究通过对修复后的转河进行实地调查,共选择10个调查样点,以气味、流速比、水深比、河岸的坡度、坡长、河宽、河岸材质、河床材质、植物种类和盖度、底栖生物的多样性指数、防洪功能、公众满意程度、可亲水度为评价指标,并结合权重分析法和专家打分法确定各指标的权重,对转河的修复效果作出评价。经分析得出转河的综合评价得分为2.75,属中上等水平。其中,上游河段评分较高,修复措施完善,河流生态功能和社会功能基本恢复;下游河段评分较低,主要是受地形影响,河流两岸仍是竖直硬质护岸,阻隔河水交换,进而影响河流水质和生物多样性的恢复。
2013 Vol. 30 (6): 21-26 [摘要] ( 317 ) [HTML 1KB] [PDF 1013KB] ( 1368 )
防洪减灾
27 谢放
“2D城市洪涝与流域汛情风险预警评估系统”应用探讨

城市洪涝预警预报对保障城市正常运转意义重大。为有效地提升洪涝预警评估水平,有必要借鉴国外的先进方法与技术。“2D城市洪涝与流域汛情风险预警评估系统(FRMFS)”在技术上属国际先进水平,浙江省引进后,结合实际进行消化、吸收、二次开发,从数据采集、预报模型等方面验证了其在中小城市中的适用性。实例成果表明该系统对有效提升城市防汛抗灾综合能力具有实际意义。

2013 Vol. 30 (6): 27-30 [摘要] ( 242 ) [HTML 1KB] [PDF 1168KB] ( 1779 )
31 赵钢,黄俊友,王冬梅,王茂枚,朱大栋
混凝土铰链沉排护岸工程水下部分铺设质量检测技术研究与探讨

近年来,国内在江河护岸工程实践过程中,创新优化出了预制混凝土铰链沉排护岸的新型结构形式,在多个护岸工程中得到成功应用并取得了良好的防洪护岸效果,但由于其水下排体尺寸较小,施工完成后水下部分的铺设情况很难被准确探测出来,也为水下部分的施工质量进行质量评定带来了困难。在对目前各种水下检测技术进行充分对比分析的基础上,提出超高分辨率多波束测深技术,并利用该技术成功地应用于长江武汉段铰链沉排护岸工程的水下部分施工铺设情况的勘测。实践证明该技术在定量检测预制混凝土铰链沉排工程水下铺设质量方面具有较大的优势,并可作为类似工程水下部分质量检测的技术手段。

2013 Vol. 30 (6): 31-34 [摘要] ( 241 ) [HTML 1KB] [PDF 1415KB] ( 1270 )
水力学
35 闫滨,王铁良,刘桐渤
鱼道水力特性研究进展

综述竖缝式、池堰式和涵洞式、丹尼尔式及组合式鱼道水力特性的国内外研究进展;对比分析水流流态、流速场特征、流量与水深的关系、紊流特性及消能率等几方面对不同鱼道的水力特性的影响;得出了竖缝式鱼道中无量纲流量与相对水深之间呈线性关系的结论,列出了池堰式鱼道中流量与水深的关系式;指出鱼道中紊流的紊动能、紊流强度及紊流结构均会对鱼道水力特性、鱼类对栖息地的选择以及鱼类通行造成较大影响;展望鱼道未来研究重心会逐渐集中于鱼道内紊流特性及其数值模拟的研究,尤其是紊流结构的研究。此外,不同结构形式鱼道内水力条件对鱼类通行的影响及改善措施亦将成为未来研究热点之一。

2013 Vol. 30 (6): 35-42 [摘要] ( 281 ) [HTML 1KB] [PDF 1017KB] ( 1528 )
43 杜兰,黄国兵,许学问
窄缝挑坎水力特性三维数值模拟研究

为研究窄缝挑夫水力特性,利用数值模拟技术,结合具体工程实例,通过对曲面贴角体窄缝式挑坎内压力特性、流速分布及挑射水舌形态等水力参数进行计算分析,提取了物理模型无法获得的较为详细的流场信息。该计算结果能够为类似工程起到一定指导作用。

2013 Vol. 30 (6): 43-46 [摘要] ( 294 ) [HTML 1KB] [PDF 1540KB] ( 1194 )
47 林峰,王克忠,欧阳明
临界底坡变化规律及相应均匀流流态判

临界底坡在均匀流中可以用作判别水流流态,临界底坡随流量的变化规律随着断面形式的变化而有所不同。针对3种不同的断面形式,从理论上推导出它们的最小临界底坡公式。分析结果显示:矩形、圆形和U形3种不同的过水断面均存在最小临界底坡,#em/em#Kmin分别为26.13n2b1/3,22.335n2d1/3和22.335n2(2r)1/3。比较实际流量与临界底坡为实际底坡时对应的流量,可以方便地判别不同流量情况下的水流流态,比目前通过分别计算临界水深和正常水深从而判别水流流态的方法要简便实用。

2013 Vol. 30 (6): 47-51 [摘要] ( 320 ) [HTML 1KB] [PDF 969KB] ( 1473 )
岩土工程
52 沈育民,张奇华
随机块体统计分析及其工程支护意义
随机块体统计分析对于深入认识随机块体发育特征,定量分析块体系统支护参数具有重要意义。在随机块体几何搜索分析结果的基础上,对随机块体大小及平均大小等的统计分布规律进行研究。结果表明:块体大小满足负指数分布规律,块体平均大小及覆盖率满足分布。在随机块体统计分析结果基础上,提出了确定块体系统支护设计参数的分析思路,例如根据块体埋深的分布规律,通过可靠度思想,可以确定锚杆长度。研究成果揭示了随机块体的统计分布规律,并为随机结构面切割下的块体支护分析探索了一个新的方法。
2013 Vol. 30 (6): 52-57 [摘要] ( 225 ) [HTML 1KB] [PDF 1578KB] ( 1462 )
58 邓争荣,吴树良,闵文,雷世兵,杨友刚
某水电站坝基碎裂岩工程性状及处理措施

某峡谷区水电站坝址发育有不属于活动断裂的区域性断裂,穿越大坝河床近岸坝基,将其划分为碎裂岩带和软弱构造岩带,其中坝基范围碎裂岩带宽度约86~92 m、软弱构造岩带宽度不超过2.1 m。为了提供该水电站工程设计所需的工程地质资料,工程勘察论证的重点研究内容之一就是查明碎裂岩工程性状,包括分布及规模、矿物成份、物理力学性质、工程特性,同时研究对应的处理措施。结果表明:微新状碎裂岩可以作为最大坝高200 m余的混凝土重力坝坝基岩体所利用,进行坝基范围建基面下深度15~30 m全面积加强固结灌浆等处理措施后,能满足建坝要求。研究成果可为其它工程类似断层碎裂岩性状研究提供参考。

2013 Vol. 30 (6): 58-62 [摘要] ( 217 ) [HTML 1KB] [PDF 1418KB] ( 1320 )
63 王新刚,胡斌,刘强,余宏明
碎石土大型直剪研究与边坡稳定性分析

高原碎石土力学成因比较特殊,且在西藏高原地区分布十分广泛碎石土边坡的稳定性问题又与碎石土的抗剪强度密切相关,因此科学地开展碎石土的力学试验,准确地获取其抗剪强度指标是解决工程中碎石土强度问题的基础。详细阐述碎石土大型剪切试验的国内外研究现状,采用大型室内及现场两用直剪仪分析西藏邦铺矿区碎石土力学性质。并结合大型剪切试验、室内试验成果、理论公式,利用国际知名软件FLAC3D建立地质模型,分析了西藏邦铺北东碎石土边坡稳定性,为同类型碎石土地区边坡稳定性分析提供了可行的研究方法。

2013 Vol. 30 (6): 63-67 [摘要] ( 300 ) [HTML 1KB] [PDF 2899KB] ( 1590 )
68 麦戈,唐照平,唐欣薇
岩石单轴压缩端部效应的数值仿真分析

为了研究端部摩擦对岩石强度的影响,基于连续介质力学的方法,采用非线性损伤本构关系,描述岩石材料的力学行为。在此基础上,引入岩石力学性能的Weibull随机概率分布,以表征岩石力学参数的非均质特性与损伤局部化现象,建立了岩石细观力学模型,并对一系列不同摩擦系数下的岩石试件单轴压缩试件进行了数值试验。计算结果表明,在岩石单轴压缩试验中存在着端部效应,端部效应对岩石试件(特别是长度较小)的单轴压缩强度、应力-应变曲线及破裂形态影响显著。因此,为获取真实的岩石力学特性,需有效地控制实验室试验条件,降低端部效应对测量结果的影响。

2013 Vol. 30 (6): 68-71 [摘要] ( 245 ) [HTML 1KB] [PDF 2421KB] ( 1950 )
72 汪安全,艾凯,尹健民
巴贡水电站引水洞地应力测量及分析

为了评价马来西亚巴贡水电站引水发电洞衬砌方案的可靠性,在引水发电洞沿线3个不同部位采用水压致裂法进行了地应力测试,并结合地质条件进行了有限元回归分析,获得了隧洞沿线岩体初始应力分布。最后从地应力角度,论证了高压隧洞衬砌设计方案。结果表明:隧洞沿线岩体应力状态主要受地形控制,引水隧洞前段围岩最小主应力大于内水压力的1.3倍,满足围岩抗裂设计的要求,该洞段可采用钢筋混凝土衬砌。

2013 Vol. 30 (6): 72-75 [摘要] ( 242 ) [HTML 1KB] [PDF 1060KB] ( 1525 )
76 黄耀英,郑宏,向衍,付学奎
不确定性大坝地基几何尺寸智能识别初探

大坝地基实际几何尺寸存在不确定性,将监测点相对位移作为输入,坝体混凝土、岩基材料参数和地基几何尺寸作为输出,建立了不确定性地基几何尺寸识别神经网络模型。该模型采用均匀设计原理进行材料参数组合,根据不同地基几何尺寸建立的大坝-地基有限元模型的稳定渗流体荷载分布,获得样本进行学习,以此训练好的网络来描述大坝混凝土、岩基材料参数及地基几何尺寸和坝体变形的非线性关系。将大坝实测位移分离出的水压分量输入训练好的网络,可自动识别出大坝混凝土和岩基的材料参数以及地基几何尺寸。算例分析表明,建立的不确定性大坝地基几何尺寸识别神经网络模型是可行的。

2013 Vol. 30 (6): 76-79 [摘要] ( 246 ) [HTML 1KB] [PDF 922KB] ( 1272 )
80 吴锐,苏爱军,张申,万飞
中心点法在岸坡稳定性分析中的应用

简要概述了中心点法的基本思想。基于可靠度的分析,考虑了岩土体物理力学参数不确定性的影响,采用中心点法对核桃树沟滑坡进行稳定性分析计算,并与其它评价方法结果对比。理论计算分析得出:基于中心点法的稳定性系数和传统的定值法结果对比十分接近,能够较好地拟合客观工程实际,特别适用于状态函数为F(X1,X2,…,Xn)=R-S的斜坡稳定性分析,是未来斜坡稳定性研究发展的主要前沿方向之一。

2013 Vol. 30 (6): 80-82 [摘要] ( 217 ) [HTML 1KB] [PDF 913KB] ( 1219 )
水工结构与材料
83 苏海东,祁勇峰,龚亚琦
裂纹尖端解析解与周边数值解联合求解应力强度因子

由于裂纹尖端位移和应力分布的复杂性,采用常规数值方法(如有限元法)的插值方式不易获得快速收敛的应力强度因子计算值。基于数值流形方法,提出将裂纹尖端Williams解析解与其周边高阶多项式级数的数值解联合应用以求解应力强度因子的新方法:在裂纹尖端所在网格的结点上采用Williams位移解析级数,并用结点自由度强制约束方式得到裂纹尖端区域的解析级数;在与之相邻的周边网格内将解析级数与多项式级数用形函数连接;给出应变矩阵和刚度矩阵的具体表达式及积分方式;利用数值流形方法的网格与材料边界分离的特性以及不连续覆盖技术,使裂纹可以在网格内穿过,给材料边界(包括裂纹边界)附近的网格划分带来很大的方便;通过典型算例验证了方法的有效性。考虑到Williams级数是对裂纹尖端位移场的最佳逼近,这种新方法相比扩展有限元等其他新方法而言将有更快的收敛性。

2013 Vol. 30 (6): 83-89 [摘要] ( 224 ) [HTML 1KB] [PDF 1218KB] ( 1644 )
90 孙杲辰,王正中,李爽,杨晓松,肖旻,安元
反演梯形渠道砼衬砌体表面温度的太阳辐射模型

根据渠道不同部位衬砌体表面接受太阳辐射量不同、温度不同的基本规律,利用太阳辐射量之间相互平衡的关系,建立了通过太阳净辐射反演渠道衬砌体表面温度的一种简单实用的太阳辐射模型。利用MATLAB编程计算出了考虑遮蔽情况下渠道不同部位的大气温度T 0及衬砌板温度T S 随时间t变化的曲线,比较了各个部位混凝土温升与大气温升的关系。计算实例表明,模型不仅符合实际中的规律,而且为以后的渠道表面衬砌体温度反演提供了一种简单可行的方法。

2013 Vol. 30 (6): 90-94 [摘要] ( 213 ) [HTML 1KB] [PDF 1362KB] ( 1153 )
95 刘涛
桐子林水电站深厚覆盖层帷幕灌浆关键技术研究

介绍了桐子林水电站深厚覆盖层帷幕灌浆主要施工工艺,针对在涵洞及露天作业条件下的施工特性,在充分考虑施工方案对工程工期和造价影响的前提下,研究了“套管——循环综合灌浆法”、“预设花管模袋式分段阻塞灌浆法”等关键技术并得到了成功运用。施工中采用“智能抬动观测仪”和“人工抬动观测”进行同步观测,布设“防抬动泄压孔”,这些方法有效避免了对交通要道造成抬动破坏。灌前先导孔渗透系数最小值为1.0×10-3cm/s,最大值为6.44×10-2cm/s;灌后检查孔渗透系数最小为1.47×10-5cm/s,最大为1.38×10-4cm/s,质量检查全部合格。灌后取芯其水泥浆脉清晰可见,水泥充填使砂卵砾石有效胶结、成为整体,说明灌浆效果显著

2013 Vol. 30 (6): 95-98 [摘要] ( 210 ) [HTML 1KB] [PDF 1858KB] ( 1275 )
科技简报
99 杨飞,杨文俊,王丽华
ELCIRC模型逆向追踪插值初步分析
ELCIRC河口模型优点之一是水平法向速度的全导数采用逆向追踪计算。这种欧拉-拉格朗日模拟必须采用精确的追踪算法。就ELCIRC现有模型中插值方法的双线性映射误差进行了一定的讨论,给出另外一种较为简化的迭代算法。通过弯道水槽算例分析可知,迭代算法在计算精度和计算有效性上与原有的程序基本一致。
2013 Vol. 30 (6): 99-102 [摘要] ( 332 ) [HTML 1KB] [PDF 1274KB] ( 1263 )
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