摘要:基于一维盐度对流扩散模型,推导了规则半日潮河口盐通量输运机制的解析表达式,并分析了径流、盐度、潮汐振幅、潮流振幅、潮流与潮汐相位差、水深和河口宽度等因素对盐度扩散的影响,定量揭示了潮汐河口盐水入侵过程中的物理机制,并利用该解析解对珠江口虎门盐度输运机制各分量的重要性进行了解释。结果表明:欧拉输运机制受控于上游径流,斯托克斯漂流输运机制则受控于潮汐、潮流振幅及两者的相位差,而潮泵效应则是潮汐脉动、潮流脉动与盐度脉动三者相互作用的结果；虎门小潮期半日潮特征明显,平流输运是主要动力机制,欧拉余流输运占主导,潮泵效应不明显,除口门区域外,潮周期内盐通量整体呈现向海输运趋势；虎门局部区域受潮汐捕获机制的控制,在漳澎与麻涌站之间,盐水下泄受阻,进一步加剧了虎门的盐水入侵现象。

摘要:为研究金沙江流域河网结构特征,基于ASTER GDEMV3数据与河网密度法提取河网,采用Horton-Stahler分级法结合盒维数、分支比、河长比、侧枝比等指标,分析了金沙江流域的自相似性规律与结构特征及干流形态特征。结果表明:金沙江流域1~6级河流在结构与拓扑上符合自相似性,而7~8级河流自相似性不明显；盒维数与河网密度在流域尺度上满足自相似性,且上游地区盒维数较小、河网密度较大,下游地区相反,地形因素较气候因素在影响西南高山峡谷型流域(金沙江流域)盒维数与河网密度方面起着主要作用；高山高原区流域河网整体表现出分支比、河长比较大而侧枝比较小的特性；金沙江干流上游坡度缓、弯曲半径较大,中游坡度陡、河道顺直,下游坡度缓、弯曲半径较小,且随着研究河段长度的增大,平均弯曲度、弯曲度极差以及数据离散程度都相应增大,河段弯曲度与河段比降整体上存在反比关系。

摘要:为提高无资料中小河流流量的模拟精度,通过卫星影像(Sentinel系列及高分影像)反演河道水面宽度并估算初步流量,将其作为流量观测值,与MIKE11模型模拟的流量数据利用卡尔曼滤波算法进行同化,将同化后的流量结果作为MIKE11模型的更新输入,形成闭环迭代,从而持续修正MIKE11模型误差,提高模拟精度。曲周县黄口闸段的验证结果表明,卡尔曼滤波算法数据同化后MIKE11模型模拟流量的 R 2为0.820,纳什效率系数NSE为0.813,相对均方根误差RRMSE为0.260,较同化前 R2 提高了28.1%,NSE提升了27.0%,RRMSE降低了43.5%,有效提高了河道流量模拟精度。

摘要:为完善并发式复合灾害脆弱性研究体系,考虑并发式灾害间的叠加(折减)效应、脆弱性各维度的不同特征,推导了并发式复合灾害系统暴露度指数、敏感性指数、适应性指数的理论公式,建立了并发式复合灾害系统脆弱性评估指标体系。该体系采用卷积神经网络对敏感性进行评估,采用熵权-TOPSIS评估法对暴露度和适应性进行评估,采用ArcGIS技术进行系统脆弱性综合评估并得到脆弱性等级区间分布。粤港澳大湾区崩塌-滑坡实例验证结果表明:该评估体系逻辑合理、方法可靠、评估结果准确,具有较强的科学性与适用性,可有效应用于并发式复合灾害脆弱性定量评估；粤港澳大湾区崩塌-滑坡高脆弱区和次高脆弱区集中分布在越秀区、天河区等湾区中部地区和南山区、福田区、罗湖区等湾区中南部地区；越秀区、福田区等脆弱性排名前十的区县需要着重考虑强化抗灾基础设施和加强灾害管理。

摘要:针对径流数据缺失问题,构建了基于多个回归模型的长短期记忆(LSTM)神经网络和反向传播(BP)神经网络相结合的日径流预测模型(MM-LSTM-BP模型),该模型采用回归模型提取径流线性、非线性、时序性、随机性特征,使用LSTM神经网络、BP神经网络串联回归模拟日径流过程。渭河流域实例验证结果表明:MM-LSTM-BP模型在验证期表现总体优于单一回归方法,日径流数据的均方根误差(RMSE)降低50%以上,纳什效率系数(NSE)提升到0.935；MM-LSTM-BP模型在平水期和退水期的稳定性更好,与单一回归方法相比,洪水期洪峰模拟误差减少6%以上。

摘要:以具有较高精度的融合降水产品CMORPH与CMFD作为模型输入,以新安江流域上游屯溪流域2013—2018年18场洪水过程为研究对象,分析了两种融合降水产品在屯溪流域降水量的时空分布特征,探究了两种融合降水数据驱动WRF-hydro模型对中小尺度流域山洪过程模拟的适用性。结果表明:对比站点观测降水,CMORPH融合降水数据在降水峰值、降水量方面精度更高,而CMFD融合降水数据高估了流域降水量,尤其对降水峰值高估更明显,同时CMORPH融合降水数据在不同时间尺度上均有更高的精度；基于CMORPH融合降水数据的模拟结果中,仅3场洪水模拟结果纳什系数小于0.8(其中1场小于0.7),总合格率为94%,达到甲级精度；基于CMFD融合降水数据的洪水模拟总合格率为67%,为丙级精度；WRF-hydro模型对大洪水的模拟精度优于小洪水过程；高分辨率CMORPH融合降水数据驱动的WRF-Hydro模型能够很好地适用于中小流域的山洪过程模拟。

摘要:为探究黄河上游高原区冻土水文要素对气候变暖的响应特征,通过建立VIC模型模拟2006—2018年的黄河上游高原区流域水文过程,分析了研究区域内径流过程、活动层厚度(ALT)、土壤含水(冰)量、土壤温度等要素的变化特征。结果表明:多年冻土可依据年均地温划分为高温和低温两种类型,高温多年冻土分布较广,约占70%,低温多年冻土主要分布于海拔4 000 m以上的山地地区,低温多年冻土ALT增厚速率更高,对气候变化的响应也更为敏感；上层(0~10.cm)、下层(10~30.cm)、深层土壤(30~100.cm)的年平均未冻水含量和土壤含冰量呈减少趋势,其中上层土壤变幅最小,鄂陵湖、扎陵湖附近下层土壤的未冻水含量和土壤含冰量减少明显；土壤深处节点的年内增温趋势相对稳定,升温速率约为0.02℃/a,秋冬季节增温趋势更为迅速且显著,该时段升温速率可达0.03℃/a。

摘要:为进一步探究江苏盐城典型盐沼潮沟系统的地表水与地下水交换过程,通过现场原位连续监测和取样分析获取水量、盐度、同位素等数据,估算了大、小潮期的地表水与地下水交换通量,揭示了地表水与地下水相互作用规律。结果表明:潮汐是引起盐沼潮沟系统地表水与地下水交换的主要驱动因素,其交换量受潮汐条件影响显著,大潮期交换通量可达小潮期的26~30倍；潮汐过程中地表水补给量和地下水排泄量相当,虽然净通量可忽略,但地表水与地下水交换会引起地层盐分大量排泄,平均盐分通量可达140.t/d；盐沼潮沟系统内发生在较大时空尺度下的深层滞留海水排泄过程,对水、盐、热交换的影响不可忽略。

摘要:基于2022年生态调查数据,构建了木兰溪河口与其上下游对照区(河流区和海湾区)的Ecopath模型,比较分析了3个生态系统的营养结构、能量流动特征和系统总体特征。结果表明:木兰溪河口、河流和海湾生态系统营养结构均呈金字塔形,结构复杂程度由低到高依次为河流、河口、海湾；3个生态系统中能量流动主要集中在营养级Ⅰ~Ⅲ中,能流占比均在99%以上；河口生态系统总能量转化效率(TE)偏低(0.9%)；底栖动物和浮游植物是影响河口生态系统的关键营养群落；木兰溪河口的初级生产量与呼吸量比值(3.33)、Finn’s循环指数(0.085)和Finn’s平均路径长度(2.683)介于河流和海湾之间,而连接指数(0.32)、杂食性指数(0.051)最小,说明河口生态系统尚处于不成熟、不稳定阶段；NO₃-N和CODMn的增加可能会影响生态系统的成熟度和复杂性；建议通过实施合理有效的水环境治理措施改善水质,通过适度增加草食性鱼类和肉食性鱼类的增殖放流数量和种类提高河口生态系统的成熟度和稳定性。

摘要:基于鄱阳湖长期观测数据,采用多种数理统计方法探究了水文情势演变的趋势性、突变性和周期性特征,选取高锰酸盐指数、氨氮和总磷指标解析了水质波动过程,剖析了不同水文参数对水质的驱动作用。结果表明:1962—2022年水位普遍下降,平均变化速率达-0.013 5 m/a,突变年份集中于2003年左右,水位变化周期约为36 a；1988—2022年水质呈先下降后稳定趋势,总磷为主要超标因子,超标倍数范围为0.02~2.31,自2015年以来各站点水质指标的小幅波动态势预计在未来大部分站点仍将持续；高锰酸盐指数与水文参数关联性较弱,氨氮和总磷则与多项水文参数显著相关,水位是影响氮磷的首要因素,水温、降水量及入湖水量对水质变化有重要调控作用,水位变化对氨氮有显著单向影响,对总磷影响相对复杂。

摘要:基于混凝土碳化深度建立渡槽结构时变功能函数,采用点估计法求取前三阶统计矩,对比分析了3种三阶矩法的时变可靠指标计算结果,并提出了基于时变可靠指标的渡槽剩余使用寿命预测方法。以湖南省砂子背渡槽为例,计算了其在混凝土碳化失效模式下的失效概率与可靠指标,并通过数据拟合得到剩余使用寿命预测公式。结果表明:基于对数正态分布的三阶矩法精度和适用性最佳,与蒙特卡罗模拟结果高度一致,误差仅为0.42%；基于平方正态分布与指数函数的三阶矩法计算效率较高,但误差分别为8.23%和9.31%。提出的渡槽剩余使用寿命预测方法可用于渡槽碳化失效条件下的结构寿命评估及安全维护。

摘要:为提高混凝土坝变形预测模型的精度和泛化能力,充分利用长时间序列数据前后信息的拓扑关系,并考虑各种不确定性影响,融合改进的Transformer模型(ITransformer)和双向长短期记忆神经网络(BiLSTM),结合开普勒优化算法(KOA),构建了KOA-ITransformer-BiLSTM混凝土坝变形预测模型(KIB模型)；同时为考虑测值误差等各种不确定性的影响,引入分位数回归(QR)方法,建立了QR-KOA-ITransformer-BiLSTM混凝土坝变形区间预测模型(QKIB模型)。实例验证结果表明,KIB模型明显提高了预测精度与迭代效率,平均绝对误差、平均绝对百分比误差、均方误差、均方根误差指标分别比LSTM模型降低了77.89%、90.37%、93.08%、73.69%,决定系数 R 2提高了23.02%；QKIB模型具有更好的稳定性和预测精度,90%置信水平下综合评价指标由QR-LSTM、GRU、QR-BiLSTM的1.387 36、0.786 48、0.543 42减小到0.241 95。

摘要:针对调蓄池底部廊道内沉积泥沙累积导致的运行效能降低问题,基于物理模型试验方法,探究了泥沙含水率对调蓄池水力自清系统冲洗特性的影响及其与泥沙厚度、冲洗流量的耦合关联。结果表明:冲刷率随泥沙含水率呈非线性抛物线变化,泥沙含水率最佳区间为12%～20%；低含水率(＜12%)泥沙因黏结力与抗剪强度高抑制冲刷,高含水率(＞20%)泥沙因整体自重大导致冲刷率下降；泥沙厚度显著影响冲刷效率,中含水率(12%～20%)泥沙对厚度敏感性最弱；冲洗流量与冲刷率的正相关性受含水率影响,中含水率泥沙下流量增益效应最显著；通过优化廊道边墙结构能消除菱形波干扰,不同含水率下冲刷率提升15.34%～37.83%,冲刷形态由波浪状转为条带状。

摘要:为研究温差驱动的密度流对长江与鄱阳湖交汇处水流结构与掺混特征的影响,基于现场监测数据,构建了长江与鄱阳湖交汇处三维水动力数值模型,对不同密度差条件下交汇处的水动力与掺混过程进行了模拟分析。结果表明:长江与鄱阳湖交汇处的剪切层向密度较高的一侧倾斜,两汊水流密度差越大,剪切层倾斜越明显；长江水体密度小于鄱阳湖时,交汇处形成一股顺时针单螺旋结构二次流,反之则形成一对反向旋转的双螺旋结构二次流；密度差效应增强了低密度水体在水面附近对高密度水体的侵入作用,当长江水体密度高于鄱阳湖时,对掺混产生促进作用,反之则抑制掺混。

摘要:为实时精准识别复杂水电工程施工场景中的安全隐患,提出了一种强化特征表达的水电工程施工安全隐患自动辨识模型。该模型通过构建特征提取网络,嵌入压缩与激励模块,自适应地强化特征表达,增强对隐患图像的识别效果并减少背景噪声的影响；构建特征强化网络,引入分组可分离卷积模块和视觉导向的幽灵空间跨阶段部分卷积模块,缓解低层细节信息丢失,强化特征融合能力,提高对多尺度隐患的识别精度。工程实例试验结果表明,该模型通过强化特征表达能够很好地克服复杂现场的干扰,施工安全隐患识别均值平均精度达到86.8%,优于已有水电工程施工安全隐患识别模型,可为水电工程施工安全隐患智能化、精细化管理提供技术支撑。

摘要:针对堤防管涌点定位难、探测时效性低等问题,引入高精度的分布式光频域反射技术(OFDR),通过理论分析和模型试验,研究了流速和管涌通道直径对分布式应变响应特征的影响,建立了应变特征值用于评价渗流速度、管涌通道直径等关键指标的关系,论证了基于高精度应变信息探测管涌的可行性。结果表明:OFDR能够灵敏地探测到水流通过光缆时引起的应变变化,随着流速增大光缆产生的应变相应增大,符合理论推导的变化趋势,流速与应变的相关性可达0.993；管涌通道直径增大也会引起光缆应变增大。

摘要:采用Transition SST湍流模型模拟分析了亚临界雷诺数下不同相对间距和倾斜角的O形环对圆柱表面力学特征、尾涡脱落特征和尾迹流动结构的影响机制。结果表明:相对间距为3/4的倾斜O形环通过延长剪切层、扰乱尾涡脱落的主导频率、减小圆柱前后压差、降低圆柱柱后顺流向脉动流速与湍动能,对圆柱绕流非定常水动力特性控制显著；随着倾斜角的增大,控制效果增强,时均阻力系数、升力系数标准差较无控制工况约分别降低13%和37%,斯特劳哈尔数约降低7%；相对间距为3/4、倾斜角为30°的倾斜O形环表现出最佳控制效果,为最佳倾斜O形环结构。

摘要:通过采用微生物诱导碳酸钙沉淀(MICP)联合活性炭改性季冻区盐渍土,试验研究了含盐量、冻融循环次数对改性盐渍土压缩特性的影响。结果表明:经MICP改性后,产生的碳酸钙对土颗粒的胶结作用能够抵抗盐冻胀带来的膨胀破坏,土体压缩性降低；由于活性炭对脲酶活性的促进作用,添加活性炭促使MICP反应更加剧烈、彻底,产生了更多的碳酸钙强化土体结构,且随着活性炭掺量增大强化效果更加明显,土体压缩性进一步降低；随着含盐量的增大,脲酶的活性被抑制,导致尿素水解速率下降,MICP效果不明显,不能提供足够的碳酸根离子,碳酸钙覆盖面积减小。因此,MICP技术对于季冻区盐渍土的压缩特性有着明显的提升作用。

摘要:针对深部咸水层CO₂地质封存注入井附近干化结晶可能增大工程运行成本和近井区安全风险且盐结晶对CO₂-咸水两相流的影响机制不清的问题,通过室内CO₂岩心驱替试验研究了不同盐度咸水饱和岩心条件下CO₂的注入性变化规律。结果表明:无论咸水盐度高低,干化效应过程总会产生不均匀盐结晶,去离子水和低盐度咸水内干化效应过程提升了气体有效渗透率,但随着咸水盐度提高,岩心残余水饱和度、干化速率、盐结晶量均显著增加,且气体注入性降低明显；岩心驱替试验可表征为推动驱替、携带驱替和溶解驱替3个阶段,干化效应发生在携带驱替阶段和溶解驱替阶段,开始于孔隙毛细水形成之后；孔隙内盐结晶界面演化包括收缩结晶和结晶扩展两个过程,结晶对气体注入性的影响取决于岩心孔隙内溶液收缩与结晶扩张的竞争,咸水盐度越高,结晶扩展的优势越大,可能造成更严重的气体注入性损失。

摘要:针对山区半挖半填路基边坡受降雨和裂缝影响极易发生失稳滑动破坏的问题,利用土工合成材料加筋土技术对边坡进行局部加固,并基于极限分析上限定理建立了考虑孔隙水压力作用下半挖半填边坡的局部加筋稳定性计算公式,通过参数分析揭示了局部加筋作用对边坡稳定性及弱化系数对破坏模式的影响规律。结果表明:半挖半填边坡稳定所需加筋力随着填方坡度、孔隙水压力的增大而增大,而随着加筋深度、原始坡度的增大而减小；局部加筋深度增大会显著提升边坡稳定性,但需要额外考虑可能发生的平动破坏,当孔隙水压力较大时则需考虑转动破坏。

摘要:通过无侧限抗压强度试验、直接剪切强度试验及扫描电镜微观分析,探究了生物胶与棕丝纤维复合加固方式对黏土的改良效果及作用机理。试验结果表明:生物胶与棕丝纤维复合材料可显著提升黏土的抗压强度,其最大抗压强度达876.4.kPa,最优配比为生物胶掺量2%、棕丝纤维掺量0.6%；改良后土体相较于仅采用生物胶改良减少了脆性破坏,相较于仅采用棕丝纤维改良提高了土体的整体性,受压时棕丝纤维可对土体裂纹起到桥接作用,生物胶则能大幅提高土体黏聚力,并减少了棕丝纤维受压时的向外移动。扫描电镜微观分析表明:生物胶通过形成膜状结构包裹土体,其分子中的羧基、羟基与黏土颗粒表面发生桥接和氢键作用,填充颗粒间隙以提高土体密实度；棕丝纤维主要发挥物理加筋作用,通过与土体间的摩擦力和拉力分担外部荷载,生物胶在棕丝纤维与土颗粒间起到黏结作用,棕丝纤维填充于土颗粒孔隙中,通过拉伸、嵌锁及摩擦效应优化土颗粒排列结构,进而提升土体强度与整体稳定性。

摘要:针对青藏高原高寒环境下红砂岩冻融损伤破坏严重的问题,选取该区域东南部完整性良好的红砂岩为研究对象,采用冻融循环试验、单轴压缩试验、核磁共振检测及表观裂隙定量化分析等多尺度试验方法,揭示了冻融循环作用下红砂岩物理力学性质与孔隙-裂隙损伤的耦合演化规律。结果表明:随着冻融循环次数的增加,岩样表面出现颗粒剥落现象,岩样干质量减小,孔隙率呈线性上升、饱和纵波波速呈指数衰减趋势；红砂岩单轴抗压强度与弹性模量随冻融循环次数增加而降低,70次冻融循环后岩石劣化速率加快；红砂岩横向弛豫时间谱呈3峰分布,随着冻融循环次数的增加,红砂岩大孔(＞4.μm,半径)占比呈线性增长,小孔(＞0.1~1.μm)与中孔(＞1~4.μm)占比整体下降；冻融循环作用下岩石损伤逐渐由微观向宏观演化,30次冻融循环之间主要表现为微观孔隙的扩展与连通,30次后可见宏观裂隙发育,最终导致岩石开裂破坏；提出了结合弹性模量、大孔体积占比及裂隙率的红砂岩总损伤变量,实现了损伤变量的跨尺度定义,可为进一步认识青藏高原高寒环境下红砂岩冻融劣化机理提供理论依据。