2022, 50(1):1-6. DOI: 10.3876/j.issn.1000-1980.2022.01.001
摘要:基于ITA(innovative trend analysis)法,提出了改进其趋势显著性水平的参数型趋势检测方法,给出一种刻画时间序列趋势的数量指标,并采用自举法检验趋势的显著性水平。经过蒙特卡洛数值模拟,将改进的趋势检测法对人工数据序列的检测结果分别与经典的Mann-Kendall秩次检验法和ITA法进行比较,验证了其可行性。将改进的趋势检测法应用于4种不同长度、不同地区、不同水文气象要素的时间序列数据进行趋势分析,结果表明,在5%的显著性水平上,黑河上游的年径流量、日本福冈每年发生风暴的天数和琼海的年平均气温都呈现显著的增加趋势,而北京的最大日降水量在10%的显著性水平上为显著下降趋势。
2022, 50(1):7-12. DOI: 10.3876/j.issn.1000-1980.2022.01.002
摘要:为了研究道路坡度(横坡1%~2%、纵坡0.3%~5.0%)和径流量(0~70 m3/h)对雨水口泄流效率的影响,搭建了比例为1∶1的试验平台,分析不同工况下的泄流效率。试验结果表明:径流量越大,纵坡越大,泄流效率越低;横坡每提高0.5%,雨水口的泄流效率约提高10%。将孔口出流方程对数据进行拟合所得公式与其他文献提出的经验公式进行对比,结果显示:对标准型平篦式雨水口,前者的拟合效果更好。基于拟合公式,提出雨水口布置的设计思路,推导了布置间距的计算公式,并将其应用于雨水口布置间距的优化设计。
2022, 50(1):13-20. DOI: 10.3876/j.issn.1000-1980.2022.01.003
摘要:在考虑城市地表复杂水力梯度特征的前提下,提出了一种基于元胞自动机的城市径流流向优化(UCA)算法,通过坡面流模拟试验选出不同流态的最优水量分配权重,并将UCA算法与D8、4+4N以及FMFD算法进行不同数学曲面上的单位汇流面积对比试验,选择相对误差、均方根误差和平均绝对误差对算法性能进行评价。结果表明:UCA算法中适用于城市陡坡汇聚流态和缓坡漫散流态模拟的最优水量分配权重取值分别为2.0和1.1,在凸坡、凹坡、山脊和直坡面上,UCA算法的单位汇流面积模拟结果与理论值的相对误差和均方根误差均最小;UCA算法既适合模拟城市平坦地形上的缓坡漫散流,又适合模拟城市水力梯度较大地形上的陡坡汇聚流,可为城市地表径流模拟提供更优的求解思路。
2022, 50(1):21-28. DOI: 10.3876/j.issn.1000-1980.2022.01.004
摘要:为定量评估华北山前平原多因子对地下水水位动态变化的影响,选取华北山前平原典型井灌区石家庄市栾城区为研究区,从水量平衡角度分析了影响该地区地下水水位动态变化的主要影响因子;利用主成分回归分析法排除主要影响因子间的相互作用,定量分析了各综合因子对地下水水位回升的贡献率;构建了栾城地下水水位主成分-时间序列模型预测多因子影响下的华北山前平原地下水水位变化。结果表明:1994—2015年栾城地下水水位主要受本地气候因子、本地人类活动和上游人类活动三方面影响因子的共同作用,各因子对当地地下水水位回升的贡献率分别为11.7%、-50.9%和-37.4%,对这三方面影响因子起主导作用的影响因素分别为栾城降水量、栾城小麦和玉米的种植面积以及上游石家庄市区人口;1994—2015年栾城自然气候变化有利于该地区地下水资源的恢复,但人类活动对地下水资源的影响仍占主导作用。
2022, 50(1):29-37. DOI: 10.3876/j.issn.1000-1980.2022.01.005
摘要:基于1977—2020年的37景Landsat遥感影像,采用人机交互目视解译、决策树分类等方法提取了高宝邵伯湖近43年养殖区、沉水植被、浮叶植被、滩地和耕地等地理要素,从要素的长时序时空动态演变分析了高宝邵伯湖地理要素的变化过程。结果表明:养殖区面积整体呈现先增后减的趋势,其变化主要受政策调控的影响;菹草为水生植被优势种,在2010年之后暴发式生长,几乎覆盖全湖;耕地多分布在高邮湖北部,面积先增后减,滩地多分布在高邮湖北部及近岸区域,面积不断减少,两者最终均主要转变为养殖区;湖泊地理要素变化热点区位于高邮湖北部,受政策和经济利益驱动,此处滩地、耕地、养殖区之间的转化十分显著。
2022, 50(1):38-43. DOI: 10.3876/j.issn.1000-1980.2022.01.006
摘要:为了解决传统的结构分解法不能同时兼顾公式精简性与因素变化均匀性的问题,以结构分解法为理论基础并对其进行了改进,将其应用于节水建设代表城市——泰州市用水驱动效应的研究。研究结果表明:该地区5年间产业用水规模下降了9.14%,技术效应是泰州市节水效益的主要贡献者;规模效应是导致泰州市产业用水量增长的主要驱动因素;与技术效应相反,结构效应对泰州市各地区产业用水量增长的抑制作用呈不断减弱的趋势,但在经济落后地区仍有较大潜力。以GDIM分解结果为比较基准,两种结构分解法在整体上可以得出相似的结论,但对于部分用水因素变化剧烈的地区,传统的结构分解法会产生过高的贡献因素评价。改进后的结构分解方法无论是计算结果还是经济意义都更为精确,适用于用水量变化波动不定、经济影响因素错综复杂的节水建设时期。
2022, 50(1):44-51. DOI: 10.3876/j.issn.1000-1980.2022.01.007
摘要:通过太湖原状沉积物柱室内模拟试验,研究了有机质(腐殖酸)和硝态氮随下行水流进入潜流带对氮素转化和硝态氮还原途径的影响。结果表明,仅输入硝态氮时,潜流带中硝态氮出现持续累积现象,硝态氮还原速率为0.087~0.186 μg/(cm3·d)(平均0.162 μg/(cm3·d));而同时输入腐殖酸和硝态氮时,潜流带还原性环境逐渐增强,在21 d内Eh值降至-200 mV以下,硝态氮还原速率为0.092~0.251 μg/(cm3·d)(平均0.220 μg/(cm3·d)),腐殖酸有效促进了硝酸盐的还原。反硝化作用是潜流带中硝酸盐还原的主要途径,特别是潜流带上部(0~22.5 cm),其贡献达到90%以上;而潜流带的深部(22.5~45.0 cm)硝酸盐还原量总体较小,反硝化作用贡献也仅占39.5%。随着腐殖酸的消耗(6.92 mg/L降为3.32 mg/L),硝酸盐异化还原成铵过程对硝酸盐还原的贡献由14.0%降为2.7%。综合来看,补充有机质有利于潜流带特别是浅层潜流带的硝酸盐还原,且以反硝化过程为主,对湖泊水体碳氮循环和去除具有重要作用。
2022, 50(1):52-58. DOI: 10.3876/j.issn.1000-1980.2022.01.008
摘要:为揭示纳米材料原位覆盖对表层沉积物重金属的影响规律,开展室内培养原位沉积物柱试验,利用微界面分析技术、高分辨率平衡式间隙水采集技术(HR-Peeper)和薄膜扩散梯度技术(DGT),探究纳米Fe3O4原位覆盖对表层沉积物中Co、Ni释放的影响机制。试验结果表明:在纳米Fe3O4覆盖下沉积物pH值较对照组逐渐增大,Eh值先减小后增大;纳米Fe3O4覆盖可有效吸附间隙水中的溶解态Co和Ni,间隙水中的溶解态Co和Ni最大有效吸附率分别为27.07%及26.42%,有效影响深度分别为30 mm和10 mm;纳米Fe3O4覆盖有效抑制了沉积物中有效态Co和Ni向间隙水和上覆水扩散,沉积物中有效态Co和Ni含量分别降低了50.26%和15.31%。
2022, 50(1):59-66. DOI: 10.3876/j.issn.1000-1980.2022.01.009
摘要:基于多源信息融合理论,结合安全监测数据及滑坡变形破坏特征,构建完善的滑坡安全性评价体系,应用云模型生成各评价指标隶属度,采用引入权重系数的改进D-S证据理论进行数据融合分析,建立一种基于云模型和改进D-S证据理论的滑坡安全性多指标综合评价模型,以实现对滑坡安全性的综合评判。以雅砻江卡拉水电站周家滑坡安全评价分析为实例进行研究,按最大隶属度原则判定周家滑坡的安全状态,分析表明其整体处于基本稳定状态,B1区处于不稳定状态,与实际基本相符。
2022, 50(1):67-75. DOI: 10.3876/j.issn.1000-1980.2022.01.010
摘要:定义了表征骨料分布均匀性的指标——均匀度,借助离散元方法和EDEM软件建立了基于像素的均匀度数字化算法,并基于多个算例验证了该指标的正确性和合理性。研究结果表明:均匀度指标具有明确的物理意义,其取值范围为0~1,且骨料分布均匀性随该指标的增加而增加;基于均匀度的数字化算法与已有方法相比,计算结果规律性高度吻合,但前者更符合常规思维方式,且能够定量和准确反映搅拌过程中骨料分布均匀性的变化;由于基于均匀度的数字化算法考虑了搅拌成型过程中骨料间的相互作用,均匀度亦可表征轻骨料上浮导致的骨料分布均匀性下降等现象。最后对新拌混凝土成型过程中的若干问题进行分析论证并提出了具有工程参考价值的建议。
2022, 50(1):76-84. DOI: 10.3876/j.issn.1000-1980.2022.01.011
摘要:为了更好地掌握大坝变形的长期行为和演变规律,在考虑位移与环境量相关性的前提下,将多重分形理论应用到大坝变形实测数据分析中。以某混凝土重力坝的变形分析为例,利用多尺度滑动时间窗消除由传统多重分形子区间划分产生的伪波动,通过多重分形去趋势相关性分析法(MF-DCCA)刻画位移与环境量相关性的多重分形特征,进一步利用多重分形非对称去趋势相关性分析法(MF-A-DCCA)分别对位移原序列、正趋势、负趋势进行波动性、非对称性和长程相关性分析,从位移整体波动和局部趋势两个层面描述了位移在环境量影响下的多重分形特征。分析结果表明,坝体变形性态较好,且位移多重分形特征受环境量影响明显,其中库水位的变化是导致该混凝土重力坝水平位移多重分形特征的主要原因。
2022, 50(1):85-90. DOI: 10.3876/j.issn.1000-1980.2022.01.012
摘要:某长江隧道穿越江北大堤,堤身出现施工贯穿式裂缝,且累计沉降较大。考虑长江大堤堤身不同深度施工裂缝对堤身渗透稳定及堤坡抗滑稳定的影响,建立隧道穿越段大堤渗流有限元模型和边坡稳定分析模型,采用饱和-非饱和渗流有限元法和瑞典圆弧法,计算分析历史最高水位条件下不同深度裂缝堤防的渗流性态和堤坡稳定性。计算结果表明:深层搅拌桩对堤防渗流和稳定均有利;贯穿式裂缝对裂缝周围地层的渗流场影响较大,但当裂缝深度小于8.5 m时,堤身与堤基的最大渗透坡降分别为0.206和0.181,均小于相应材料的允许渗透坡降值,堤防渗透稳定能满足要求;贯穿式裂缝位置和深度对堤坡稳定影响显著,当裂缝深度为8.5 m时,两个不同裂缝位置的堤防抗滑稳定安全系数分别为2.419和1.844,当裂缝深度小于8.5 m时,经过深层搅拌桩加固处理后,堤坡稳定能满足要求。
2022, 50(1):91-95. DOI: 10.3876/j.issn.1000-1980.2022.01.013
摘要:通过土壤吸附试验研究不同级配土壤对双酚A(BPA)的吸附特性,并分析了土壤颗粒特性、水力特性与土壤吸附特性间的相关关系。试验结果表明:不同级配土壤对BPA的吸附均为非线性吸附,可用Freundlich吸附等温模型描述;粒径小于0.075 mm的土壤颗粒对BPA的吸附接近线性吸附,非线性因子为0.979;粒径0.01 mm以下颗粒质量分数与土壤吸附能力成正比;土壤吸附能力与土壤渗透系数大小成反比,随着渗透系数增大,土壤对BPA的吸附能力趋于恒定值。
2022, 50(1):96-101. DOI: 10.3876/j.issn.1000-1980.2022.01.014
摘要:为了探讨结构面发育程度对高放废物地质处置库选址的影响,以甘肃北山算井子地段岩体为研究对象,通过调查地表岩体节理和断层几何特征,采用数理统计方法获得节理产状、密度、间距、迹长和断层产状、断裂带宽度和断层泥厚度等统计数据,提出多尺度结构面综合评价指标来评价岩体结构面发育程度。结果表明:BS22和BS23钻孔周围分别发育4个和5个节理优势组,节理产状服从正态分布;BS22和BS23钻孔周围岩体节理平均中点面密度分别为0.037 m-2和0.035 m-2,平均迹长分别为20.38 m和17.39 m;解译出断层F1产状为35°∠85°,延伸长度为4.49 km;BS22钻孔周围岩体结构面发育程度更低,更适合作为我国高放废物处置库建造场址。
2022, 50(1):102-109. DOI: 10.3876/j.issn.1000-1980.2022.01.015
摘要:为探究影响压实黏土干缩裂缝扩展的影响因素,制备不同干密度与初始含水率的压实土样开展试验分析。通过模拟干旱环境,使压实土样逐渐产生干缩裂缝,采用数字图像处理技术对形成的裂缝进行定量统计与分析,并通过裂缝参数变化密度函数分析裂缝发育速度的影响因素。结果表明:初始含水率限制裂缝出现速度,裂缝条数、最大裂缝宽度随着干密度的增大而减小,裂缝宽度的增长速度随含水率的增大而增大;土体干密度对裂缝发育速度影响不明显;初始含水率相同时,分形维数随干密度的增大而减小。
2022, 50(1):110-116. DOI: 10.3876/j.issn.1000-1980.2022.01.016
摘要:使用染色石膏颗粒研究颗粒破碎过程中的形状演化,采用基于正交视图的拍照识别方法获取颗粒形状,借助Weibull分布函数对颗粒形状的统计分布进行定量表征,分析了染色石膏颗粒一维压缩破碎前后的颗粒形状特征。结果表明:破碎产生的颗粒与亲代颗粒粒径相差越大,其表面越粗糙、圆度越差、越扁平,且形状因子分布越不均匀;存活颗粒相比亲代颗粒形状变得更规则,形状因子分布趋向于均一化,而破碎颗粒的形状演化则完全相反;由于整体试样既包含存活颗粒又包含破碎颗粒,其形状演化规律未表现出明显的一致性。
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