• 2022年第50卷第5期文章目次
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    • >城市极端水灾害专题
    • 郑州“7·20”暴雨的精细化特征及主要成因分析

      2022, 50(5):1-9. DOI: 10.3876/j.issn.1000-1980.2022.05.001

      摘要 (569) HTML (0) PDF 13.17 M (2103) 评论 (0) 收藏

      摘要:为研究2021年7月20日郑州地区历史罕见暴雨洪涝灾害的精细化特征及其成因,基于实况观测和再分析资料,采用合成分析、距平分析等统计方法对此次暴雨过程进行了分析。结果表明:郑州“7·20”暴雨过程具有突发性极强、短时雨量极强、降水极端性突出的特征;200.hPa存在异常偏强且稳定的高空槽及高空冷涡,使暴雨区上空高层具备强的辐散条件;偏强偏北的副热带高压、台风“烟花”和“查帕卡”向暴雨区持续输送了大量水汽;郑州上空回波发展旺盛,且有对流性回波不断汇聚,呈现明显的“列车效应”;在地形作用下,郑州具备比周边更强烈的低层辐合及上升运动条件,对降水量的增幅起到了重要作用;高、中、低空极为有利的环流配置、极强的水汽条件,以及地形的增幅作用共同导致了此次致洪暴雨过程。

    • 基于多模式预报优选融合技术的短时定量降水预报

      2022, 50(5):10-15. DOI: 10.3876/j.issn.1000-1980.2022.05.002

      摘要 (309) HTML (0) PDF 5.79 M (1007) 评论 (0) 收藏

      摘要:为提升短时定量降水预报准确率,使其更好地支撑城市暴雨洪涝及中小河流洪水预报,基于多源数值天气模式预报值,构建了基于预报成员优选融合的短时(0~12.h)逐小时定量降水预报模型,模型由单模式百分位映射订正技术模块、模式订正预报成员实时优选技术模块、预报成员实时融合技术模块和融合预报的百分位映射订正技术模块4个技术模块组成。以河南省为例对模型进行检验,结果表明:模型预报降水分布和强度随着预报时效临近更接近实况降水;模型提前6.h预报出郑州“7·20”暴雨最强时段降水的落区和强度;在2021年1—9月降水预报对比检验中,模型预报准确率高于任意单模式订正预报和原始模式预报,且准确率随着预报时效的临近逐步提高。

    • 长江中下游一次暖区极端致洪暴雨特征及天气学成因分析

      2022, 50(5):16-24. DOI: 10.3876/j.issn.1000-1980.2022.05.003

      摘要 (246) HTML (0) PDF 11.80 M (854) 评论 (0) 收藏

      摘要:基于多源观测资料和再分析资料,采用天气学诊断分析方法研究了2019年5月长江中下游地区发生的一次致洪暴雨的特征及主要成因。结果表明:该次极端致洪暴雨过程是在稳定的“西低东高”天气形势下,由持续时间长的短时强降水累积而成,具有明显的中尺度和阶段性特征。直接造成极端暴雨的中尺度对流系统在低空急流前沿不断新生东移,表现出明显的“列车效应”和准静止特点。过程中低空急流和超低空急流异常强盛,为极端暴雨提供了持续有利的水汽和对流不稳定条件,特别是整层高湿、较低的抬升凝结高度和较大暖云层厚度有利于提高降水效率,产生雨强较大的短时强降水;高低空急流耦合是强降水发生发展的重要动力机制,强垂直风切变区与暴雨落区有较好的对应。

    • 基于Budyko假设和微分方程的淮河上中游径流变化归因分析

      2022, 50(5):25-32. DOI: 10.3876/j.issn.1000-1980.2022.05.004

      摘要 (172) HTML (0) PDF 6.20 M (1195) 评论 (0) 收藏

      摘要:为探究淮河上中游流域气候变化和人类活动对不同时间尺度径流特征的影响,采用包括高流量、平均流量和低流量在内的7个流量指标表征径流变化特征,运用Mann-Kendall趋势检验、滑动T检验识别各流量指标的突变年份,并利用推导出的流量指标变化微分方程改进原有的基于Budyko假设的方法,从而定量识别气候变化与人类活动对径流变化的贡献率,并构建了土地利用转移矩阵分析人类活动对径流特征变化的驱动机制。结果表明:淮河上中游大部分径流特征在突变年份后呈现下降趋势,其中平均流量特征最为明显,下降幅度为2.25%~44.25%;高流量指标、汛期径流深与气候指标的相关性最高,相关系数为0.859~0.987,低流量指标和非汛期径流深的相关性较低;气候变化和人类活动使得大部分径流特征呈下降趋势,其中人类活动为主导因素,其在息县、王家坝、鲁台子和蚌埠站的贡献率范围分别为87.55%~98.46%、80.91%~88.50%、80.42%~92.42%和83.23%~99.99%。

    • 千岛湖极端水位变化对温跃层的影响

      2022, 50(5):33-40. DOI: 10.3876/j.issn.1000-1980.2022.05.005

      摘要 (171) HTML (0) PDF 7.15 M (864) 评论 (0) 收藏

      摘要:为分析千岛湖极端水位变化对温跃层的影响,在水温垂直剖面数据缺测情况下,采用率定后的一维水动力模型DYRESM模拟了不同水位变幅下的温跃层,并设置了极端水位变化情况(情景1)和正常水文条件(情景2)两种情景进行对比分析;基于湖泊分析程序Lake Analyzer计算了两种情景下温跃层表层和底层深度、温跃层厚度和施密特稳定度等。模拟结果表明:情景1水体混合期为2013年11月20日至2014年3月23日,同时段内情景2水体混合期则为2013年12月5日至2014年3月16日;情景1在高水位时,湖体从上到下呈“混合层、温跃层、均温层(30~40.m水层)、温跃层、均温层”的双温跃层结构,同时段内情景2则呈“混合层、温跃层、均温层”的单温跃层结构;情景1与情景2相比,平均水位低2.24.m,施密特稳定度均值低119.19.J/m2,可见极端水位变化条件下出现的低水位情况能显著降低水体稳定度。

    • 基于河道纳污能力的北运河城市副中心段合流制溢流污染控制研究

      2022, 50(5):41-48. DOI: 10.3876/j.issn.1000-1980.2022.05.006

      摘要 (124) HTML (0) PDF 6.55 M (1022) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对北运河北京城市副中心段合流制溢流污染问题,采用监测和模拟手段,以出口断面受纳水体水质不恶化为管理目标,计算了场次溢流事件河道纳污能力,提出了将超标频次作为合流制溢流控制指标,并与以溢流频次作为合流制溢流控制指标进行了对比。结果表明,2013—2017年各排口年均溢流频次为7~9次,平均场次溢流量14.27万m3;2017年降雨19场,溢流10次,均超过河道纳污能力;分别以超标频次和溢流频次为控制指标,投入产出比最佳的频次为3次,实现该目标所需的调蓄规模分别为18.116.m3、13.899.m3,年溢流体积控制率可达52%和44%,溢流污染负荷控制率可达59%和51%;以超标频次为合流制溢流控制指标,兼具水量和水质控制意义,可利用受纳水体自净能力,降低工程规模。

    • 里下河腹部地区典型湖泊浮游动物演替特征及水质评价

      2022, 50(5):49-57, 65. DOI: 10.3876/j.issn.1000-1980.2022.05.007

      摘要 (133) HTML (0) PDF 8.43 M (1025) 评论 (0) 收藏

      摘要:为探究大纵湖浮游动物群落演替特征和驱动因素,综合评价输水工程稳定运行后其水环境状况,于2017年1月至2019年12月在位于里下河腹部地区的大纵湖开展为期3.a的浮游动物及环境因子逐月调查。调查结果表明,调查期间在大纵湖共鉴定出浮游动物49种,其中轮虫、枝角类及桡足类分别为33种、9种和7种;种间联结性检验统计量表明,大纵湖优势种总体上呈显著正关联,且关联性逐年增长,浮游动物群落结构趋于稳定;浮游动物平均密度为623.17 个/L,呈下降趋势,平均生物量为1.63 mg/L,呈上升趋势,相较于轮虫,枝角类和桡足类的比重逐渐上升。冗余分析结果表明,叶绿素a、总氮和水温是影响大纵湖浮游动物物种演替的重要因子。采用Shannon-Wiener多样性指数、Margalef丰富度指数和Pielou均匀度指数评价大纵湖污染情况,结果均为寡污,B/T指数与TLI富营养评价结果相符合,大纵湖处于中-富营养状态;浮游动物对大纵湖水温、营养盐和叶绿素a的变化有良好的响应。

    • 涌潮CFD数值模拟若干问题探讨

      2022, 50(5):58-65. DOI: 10.3876/j.issn.1000-1980.2022.05.008

      摘要 (121) HTML (0) PDF 7.06 M (695) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了探究现有不同方法生成涌潮的区别,研究涌潮模拟过程中网格划分及湍流模型选择等求解策略问题,应用CFD数值模拟方法对流量生潮法和边界生潮法生成的涌潮水动力特性进行对比,同时分析了网格尺度、湍流模型选择对涌潮模拟精度的影响。研究结果表明:在边界单宽流量一致的条件下,流量生潮法和边界生潮法可模拟得到水位变化、流速分布及传播速度均比较接近的涌潮水流; 当网格尺寸不大于0.100倍涌潮高度时,网格尺度对计算结果的影响基本较小;相比标准k-ε湍流模型,RNG k-ε模型更适合于涌潮的模拟。

    • 局部冲坑对导管架刚度影响的模型试验

      2022, 50(5):66-74. DOI: 10.3876/j.issn.1000-1980.2022.05.009

      摘要 (115) HTML (0) PDF 8.88 M (735) 评论 (0) 收藏

      摘要:采用缩尺4桩导管架风机模型试验研究冲坑对导管架刚度的影响。通过控制导管架基桩冲坑出现顺序及不同冲坑深度模拟冲刷过程,研究静力荷载作用下局部冲坑对导管架基础刚度、内力分配规律的影响以及冲坑分布、冲坑深度、冲坑出现顺序、冲坑坡度对导管架共振频率的影响。结果表明:荷载较小时,1.5D(D为桩径)深度以内的局部冲坑对导管架静刚度的影响较小,但冲坑对静刚度的影响随荷载增加而逐渐增大;当冲坑深度大于1D时,导管架共振频率开始出现下降趋势,此时任意基桩再出现更深冲坑都会引起共振频率的较大下降;当局部冲坑深度分别为1.5D和2D时,风机共振频率分别下降约3.2%和6.3%;当冲坑形状为圆锥形时,保持局部冲坑深度不变,改变冲坑坡度对导管架风机共振频率影响较小。

    • U型渡槽参数化有限元建模与智能优化设计研究

      2022, 50(5):75-81. DOI: 10.3876/j.issn.1000-1980.2022.05.010

      摘要 (162) HTML (0) PDF 7.84 M (940) 评论 (0) 收藏

      摘要:为推动U型渡槽的结构优化设计更好地向智能化、自动化发展,建立了一套结合参数化有限元分析程序及智能优化算法程序的结构优化设计系统。基于自主研发的大型有限元通用程序HSNAP,开发了参数化建模程序模块,实现了渡槽三维设计模型的参数化描述;结合多核并行技术,编制了并行化鲸鱼优化算法程序进行优化计算。结合某灌区U型渡槽工程,以混凝土用量最低为优化目标,采用所提出的结构优化设计系统对渡槽结构尺寸参数进行优化,分析结果表明,与原设计方案相比,优化方案能够满足结构的安全要求,并具有显著的经济效益。

    • 变水头下管涌细颗粒迁移试验

      2022, 50(5):82-88, 110. DOI: 10.3876/j.issn.1000-1980.2022.05.011

      摘要 (114) HTML (0) PDF 9.53 M (869) 评论 (0) 收藏

      摘要:为研究洪峰过境堤基发生管涌时内部细颗粒运动及迁出规律,采用变水头模拟洪水,对间断级配无黏性土进行室内管涌试验。以常水头下管涌规律作为对照组,使用彩砂追踪管涌过程中细颗粒的迁移,依据试验结果对不同细颗粒含量和不同孔隙比试样的渗透系数、细颗粒流失量等进行了分析。结果表明:变水头作用下,细颗粒在下降段存在逆流运动;细颗粒流失主要集中在下游,相同试验条件下,变水头流失的细颗粒比常水头多,迁移通道贯通范围大;细颗粒含量越大,孔隙比越小,在水头循环后最大破坏水力梯度差越大,细颗粒流失越严重。

    • >城市极端水灾害专题
    • 面板堆石坝水平位移监测统计模型

      2022, 50(5):89-97. DOI: 10.3876/j.issn.1000-1980.2022.05.012

      摘要 (179) HTML (0) PDF 7.48 M (1119) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对目前面板堆石坝的水平位移统计分析中缺少考虑温度分量的问题,以Boussinesq解为假设基础推导了水压分量表达式,得出坝体典型断面处的水平位移与库水位一次方成正比的结论。以Merchant流变模型为基础推导了时效分量表达式,并建立了带有周期项非单调增加的时效关系,加入了以实测温度表示的温度分量表达式,建立了修正的面板堆石坝体内部水平位移MHTT统计模型。工程实例验证结果表明,MHTT模型解释数据的能力优于HTT模型和HT-JU模型,对面板堆石坝水平位移的物理机制阐释能力较强。

    • 胶结土坝漫顶溃坝模型试验研究

      2022, 50(5):98-104. DOI: 10.3876/j.issn.1000-1980.2022.05.013

      摘要 (120) HTML (0) PDF 7.20 M (1914) 评论 (0) 收藏

      摘要:通过开展大尺度胶结土坝溃坝模型试验,对胶结土坝在洪水漫顶作用下的流速分布、坝体侵蚀的变化过程进行了分析,以验证胶结土坝漫顶不溃的可能性。试验结果表明:模型填筑胶结土28.d无侧限抗压强度达到4.MPa以上;胶结土坝在最大坝顶水头为55.cm、下游坡比1∶2、最大流速达5.6.m/s条件下,漫顶冲刷44.h未发生溃决破坏;漫顶冲刷后下游坝坡最大侵蚀深度为10.cm,平均侵蚀深度仅为1.07.cm;胶结土坝可有效防止洪水漫顶冲刷引发的溃决破坏。

    • 蟠龙抽水蓄能电站硐室围岩三轴试验及本构模型

      2022, 50(5):105-110. DOI: 10.3876/j.issn.1000-1980.2022.05.014

      摘要 (137) HTML (0) PDF 5.65 M (783) 评论 (0) 收藏

      摘要:利用岩石全自动伺服试验仪对重庆蟠龙抽水蓄能电站硐室围岩的砂岩试样开展了不同围压下的常规三轴压缩试验,进而构建了包含统一硬化/软化函数的弹塑性本构模型并进行了验证。试验结果表明,随着围压的增大,由原生缺陷闭合引起的初始非线性变形阶段逐渐减小,试样破坏时的峰值强度随围压增大而增大,由单轴压缩时的84.8.MPa增大到围压10.MPa时的168.5.MPa;峰值强度和围压之间呈现较好的线性关系,黏聚力和内摩擦角分别为15.2.MPa和52°。数值模拟与试验数据的比较表明,提出的弹塑性本构模型能够描述砂岩的主要力学现象,验证了该模型的可靠性。

    • 高放废物处置库非饱和多场耦合数值模拟与参数分析

      2022, 50(5):111-117, 146. DOI: 10.3876/j.issn.1000-1980.2022.05.015

      摘要 (104) HTML (0) PDF 7.76 M (714) 评论 (0) 收藏

      摘要:为对高放废物处置库进行安全评估,建立了岩土材料饱和非饱和的渗流温度应力(THM)多场耦合数值模型,对处置库(处置容器、缓冲材料和围岩)进行非饱和THM多场耦合数值模拟。基于COMSOL Multiphysics软件平台,以北山花岗岩高放废物处置库和内蒙古高庙子膨润土为研究对象,对高放废物处置库进行长达500.a的数值模拟,对比分析耦合与非耦合的模拟结果,并对渗透率、导热系数和地下水深度等参数进行敏感性分析。结果表明:耦合模拟的温度比非耦合模拟的温度低13℃;地下潜水面由0.m上升到1.000.m的时候,缓冲材料完全饱和的时间由703.a下降到了28.a;围岩的固有渗透率下降5个数量级时,缓冲材料的饱和时间由28.a上升到了250.a;各个物理场相互耦合,共同影响处置库的长期稳定性。

    • 袋装膨胀土强度变形特性及其碾压质量控制与检测

      2022, 50(5):118-123. DOI: 10.3876/j.issn.1000-1980.2022.05.016

      摘要 (131) HTML (0) PDF 5.59 M (758) 评论 (0) 收藏

      摘要:为研究袋装膨胀土的强度变形特性,开展了袋装膨胀土的无侧限抗压强度试验,分析了袋体加载过程中的应力应变关系演化规律,并验证了落锤式弯沉仪用于袋装膨胀土施工质量检测的可行性,探讨了小型平板振动碾的碾压时间和小型滚筒振动碾的碾压遍数对袋装膨胀土回弹模量的影响。试验结果表明:土工袋用于处理膨胀土渠道边坡时只需通过适当碾压消除应力应变关系曲线上初始变形模量“较低”的阶段即可;落锤式弯沉仪可用于袋装膨胀土的施工质量检测;建议膨胀土渠道边坡施工过程中采用小型滚筒振动碾对袋装膨胀土进行碾压,碾压遍数应不低于4遍。

    • 考虑不同节理倾角和贯通率的类岩材料单轴压缩试验

      2022, 50(5):124-130, 146. DOI: 10.3876/j.issn.1000-1980.2022.05.017

      摘要 (135) HTML (0) PDF 7.75 M (703) 评论 (0) 收藏

      摘要:为研究节理倾角与贯通率对类岩材料力学特性的影响,选用预制贯通节理类岩材料作为研究对象,对以节理倾角和贯通率为单一变量的两组砂浆试样进行单轴压缩试验。试验结果表明:节理倾角为0°时,随着节理贯通率的增大,试样的峰值强度、峰值应变以及弹性模量均不断减小;不同贯通率试样破坏时均呈现出整体张拉破坏的特征;节理贯通率相同时,随着节理倾角的增大,试样峰值强度呈现V字形变化趋势;试样峰值应变先减小后增大再减小,弹性模量先增大后减小再增大,二者呈现良好对应关系。通过对比节理贯通率和不同倾角对力学特性的影响,发现节理贯通率在试样强度、变形破坏过程中起主要影响作用。

    • 基于B/S架构的土石坝碾压质量三维智能监控系统研发与应用

      2022, 50(5):131-138. DOI: 10.3876/j.issn.1000-1980.2022.05.018

      摘要 (149) HTML (0) PDF 10.44 M (672) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对目前大坝碾压质量监控系统主要采用二维展示界面且采用C/S结构,存在可视化交互水平不佳、无法实现碾压施工信息跨平台查询与共享以及反馈控制水平低等问题,通过耦合基于多细节层次技术的分级加载机制和增强现实技术,采用B/S架构构建了土石坝碾压质量三维智能监控系统。在两河口水电站工程的应用结果表明,构建的土石坝碾压质量三维智能监控系统能够实现碾压过程智能监控,施工信息的跨平台高效、流畅交互查询和沉浸式可视化展示,以及碾压质量智能评价,有效提升了施工过程的智能化水平。

    • 基于特征模型的电力系统在线动态等效建模

      2022, 50(5):139-143. DOI: 10.3876/j.issn.1000-1980.2022.05.019

      摘要 (130) HTML (0) PDF 5.02 M (785) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对现有基于元件机理进行动态等效建模可能导致模型结构复杂及参数辨识难度大的问题,在对电网进行分层分区建模时,引入模型结构简单、工程实现容易的特征建模方法,对下层电网(或区域电网)进行在线的动态等效建模。通过理论分析和仿真对比,确定了特征模型的输入量为电压,输出量为电流实部、虚部;针对实际电网运行工况随时发生变化的问题,当元件机理模型发生慢时变时,采用递推最小二乘算法辨识特征模型的慢时变参数。算例结果表明,该模型拟合误差小且参数平稳性高。

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