• 2021年第41卷第3期文章目次
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    • >专题综述
    • 土石坝力学参数反演技术研究进展与展望

      2021, 41(3):1-10. DOI: 10.3880/j.issn.1006-7647.2021.03.001

      摘要 (2182) HTML (0) PDF 1.29 M (4026) 评论 (0) 收藏

      摘要:系统梳理了影响力学参数反演结果的三项基本要素(待反演参数、反演方法和实测数据),并从4个方面系统总结了近年来土石坝力学参数反演技术的研究进展:(1)发展了智能反演算法;(2)针对多材料、多模型的参数反演问题,发展了“参数解耦”方法;(3)发展了影响反演结果可靠性的测点布置优化方法,以及消除观测误差、补充虚拟测值等测值预处理方法;(4)反演结果唯一性可通过相关性分析和试算验证等方式进行评判,反演结果的唯一性与工程特性、反演分析的基本要素相关。随着土石坝工程规模的扩大以及坝料、坝型的创新,需进一步发展实时动态反演技术和适用于新材料坝、新坝型的反演技术。

    • 流域水文、水动力、水质模型联合应用研究进展

      2021, 41(3):11-19. DOI: 10.3880/j.issn.1006-7647.2021.03.002

      摘要 (3580) HTML (0) PDF 1.07 M (5400) 评论 (0) 收藏

      摘要:流域水文、水动力、水质模型联合应用可以实现水资源从源头运动到不同水体的全过程模拟,对水资源开发利用与综合管理决策具有重要的意义。为深入了解流域耦合模型的发展与演变过程,总结了水文、水动力与水质3类模型的结构与特点,探讨了各类模型在耦合应用中的作用,综合评价了单向传输耦合、双向传输耦合与接口传输耦合各自的优势与不足,并对耦合模型中的时空匹配问题进行了讨论。指出目前耦合模型中存在着结构松散和参数率定、应用标准不明确等问题,未来耦合模型将成为解决流域智能管理与决策问题的重要手段。

    • >研究探讨
    • 区域水资源代谢效率时空变化及驱动因素

      2021, 41(3):20-26. DOI: 10.3880/j.issn.1006-7647.2021.03.003

      摘要 (1654) HTML (0) PDF 3.31 M (2286) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对当前水资源短缺的重大问题和现有研究的薄弱环节,从异质性资源禀赋的角度揭示了1990—2015年中国京津冀、中部地区、西部地区9省(市、区)水资源代谢效率时空演变规律和驱动因素。结果表明:时间尺度上1990—1995年水资源代谢效率变化不大,自2000年以后总体呈明显提高的趋势;从空间分布看,在早期阶段,水资源代谢效率较低,空间分布区域差异不明显,2005年以后,京津冀和中部地区明显高于西部地区;综合京津冀、中部地区、西部地区来看,废弃虚拟水回用率、单位用水社会消费品零售额、森林覆盖率以及淡水回用率是影响区域水资源代谢效率的主要驱动因素。

    • 嫩江下游洪水演进及对洪泛区植被影响分析

      2021, 41(3):27-33. DOI: 10.3880/j.issn.1006-7647.2021.03.004

      摘要 (1700) HTML (0) PDF 4.89 M (2878) 评论 (0) 收藏

      摘要:为揭示嫩江下游洪水演进规律及对洪泛区植被的影响,利用MIKE FLOOD建立了嫩江江桥—大赉河段的一、二维水动力耦合模型,选取1998年与2013年汛期实测资料对河段糙率进行了率定与验证,并模拟了典型河段4种不同重现期洪水的演进过程。在此基础上基于2000—2019年MODIS卫星的MOD13Q1数据集,获取了不同洪水频率淹没范围内的植被指数(NDVI、EVI),评估了嫩江下游不同重现期洪水扰动对植被的影响。结果表明:模型在率定期与验证期的模拟效果符合甲级预报精度,模型模拟精度较高;不同重现期内的植被指数具有较强的季节变化规律,且洪水对植被具有明显的破坏作用,但这种破坏作用在嫩江流域周期性相对较短,表明该地区植被的可恢复性较强;同时受洪水频繁淹没程度影响,不同重现期的植被指数符合中度干扰假说。

    • 基于真空联合水平电渗法的水力冲挖淤泥脱水量计算方法

      2021, 41(3):34-40. DOI: 10.3880/j.issn.1006-7647.2021.03.005

      摘要 (1310) HTML (0) PDF 2.06 M (2186) 评论 (0) 收藏

      摘要:以阜阳市城区水系水力冲挖淤泥为研究对象,通过模型试验采集了疏浚淤泥在真空、水平电渗、真空联合水平电渗这3种作用下的脱水量,分析这3种作用下淤泥脱水量间关系,提出基于真空联合水平电渗法的水力冲挖淤泥脱水量计算方法。结果表明:真空作用下,淤泥的脱水过程可分为主要排出液态水的快速脱水阶段和主要排出气态水的稳定促排阶段,液态水和气态水的质量比约为3∶5;水平电渗作用下,水力冲挖淤泥的脱水速率与电流强度呈线性关系,淤泥的电导率与含水量呈线性、指数或二次函数关系,其中基于线性关系拟合得到的电渗脱水量与实测值吻合最好;基于真空联合水平电渗脱水法的水力冲挖淤泥脱水量可通过叠加真空和水平电渗作用下脱水量进行综合计算。

    • 流凌条件下弯道水力特性数值模拟

      2021, 41(3):41-49. DOI: 10.3880/j.issn.1006-7647.2021.03.006

      摘要 (1491) HTML (0) PDF 6.52 M (2339) 评论 (0) 收藏

      摘要:采用VOF技术,利用RNG k-ε湍流模型,结合拉格朗日粒子模型,通过建立弯曲度不同的弯道,对流凌条件下弯道的水力特性进行了模拟研究。结果表明:流凌过弯后主要集中在凹岸,集聚明显;流凌的存在增大了凹岸表层水流的横向环流,在一定程度上影响凸岸底部大环流的发展;各弯道进口断面最大水面流速均大于出口;随弯曲度的增大,冰水流凹岸低流速区和高紊动能区呈扩大趋势,弯顶断面主流区逐渐向凸岸偏移。

    • 基于粒子滤波的一维非恒定流模拟多变量校正方法

      2021, 41(3):50-55. DOI: 10.3880/j.issn.1006-7647.2021.03.007

      摘要 (1420) HTML (0) PDF 2.79 M (2081) 评论 (0) 收藏

      摘要:为减少数值模型的不确定性,将粒子滤波方法引入一维非恒定流水量计算,建立了一维水量模拟的多变量校正方法。该方法通过对水流状态粒子进行统计估值,实现模型状态变量的最优估计。以单一河道洪水演进过程为例,探讨了多变量校正方法在一维非恒定流计算中的性能,分析了粒子数量、状态变量扰动误差和边界条件的不确定性对滤波效果的影响,从准确性、稳定性和高效性三方面对粒子滤波和集合卡尔曼滤波的性能进行了比较。结果表明:粒子数量为100时可兼顾滤波效果和模拟效率;水位、流量扰动误差标准差均取实际值的10%,边界条件相对误差在20%以内时,模拟精度可达94%以上;粒子滤波虽然在准确性和稳定性上较集合卡尔曼滤波稍弱,但是计算效率约是集合卡尔曼滤波的2.3倍。太湖流域河网水量校正证实,粒子滤波可显著改善模拟精度。

    • 水泥改性膨胀土基本特性试验

      2021, 41(3):56-60. DOI: 10.3880/j.issn.1006-7647.2021.03.008

      摘要 (1490) HTML (0) PDF 1.91 M (3013) 评论 (0) 收藏

      摘要:通过无侧限抗压强度试验、收缩试验、X射线衍射(XRD)试验、压汞(MIP)试验、扫描电镜(SEM)测试,从宏观力学特征、物相构成演变以及微观结构特性三方面,对水泥改性膨胀土进行系统研究。结果表明:掺入水泥可以有效改善膨胀土的土体强度和胀缩特性;掺入水泥使得膨胀土微观结构发生显著变化,随水泥掺入量的增加,水化反应产生的C-S-H凝胶态产物总量逐渐增多,将土体颗粒粘联胶结形成较大的絮状体,优化土体孔隙结构,改性膨胀土土体内孔径小于100 nm的微细孔体积分数逐渐增大,说明水化产物的总量是决定水泥改性膨胀土微观孔隙结构特征、土体强度及收缩特性的关键因素。

    • >工程技术
    • 基于树木年轮的弯曲河流河湾迁移速率估算

      2021, 41(3):61-65. DOI: 10.3880/j.issn.1006-7647.2021.03.009

      摘要 (1411) HTML (0) PDF 2.18 M (2238) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对河流源区缺乏长期的河流监测数据,难以确定河湾迁移速率的问题,通过2016年和2017年2次对黄河源区的实地考察和采样情况,以典型弯曲河流白河的9处河湾为例,根据河湾凸岸淤长与植被演替的关系,利用树木年轮分析判断树龄,依据树木位置和树龄的关系估算弯曲河流河湾迁移速率。估算得出白河9处河湾迁移速率为0.38~6.10 m/a,迁移速率与水流流速、河道比降、凹岸滩高和河谷宽相关,最大迁移速率出现在河湾弯曲度最小的9号河湾。

    • 基于改进ACMPSO 并行算法的土石坝本构参数反演

      2021, 41(3):66-71. DOI: 10.3880/j.issn.1006-7647.2021.03.010

      摘要 (1453) HTML (0) PDF 2.35 M (2268) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对一般的优化算法进行土石坝本构参数反演时收敛速度慢,且容易陷入局部最优的问题,引入动态变异系数和OpenMP并行指令,对自适应混沌变异粒子群算法(ACMPSO)进行改进,并采用实例对改进算法进行了验证。实例验证结果表明,与一般优化算法相比,改进的ACMPSO并行算法能够有效避免算法陷入局部最优的问题,大幅降低计算耗时,具有收敛速度快、反演精度高、稳定性好等特点,适用于处理高维度、计算量庞大的复杂参数反演问题。

    • 基于电渗法的新近吹填土快速结壳试验

      2021, 41(3):72-76. DOI: 10.3880/j.issn.1006-7647.2021.03.011

      摘要 (1376) HTML (0) PDF 2.79 M (2060) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对新近吹填土地基承载力低,无法满足机械进场施工的问题,基于电渗固结阳极区域土体固结快的特点,设计了一种新近吹填土快速结壳电渗电极,采用该电极分别开展了电渗、真空不同联合方式的室内试验,对比分析了排水量、电渗能耗、最终含水率、抗剪强度及承载力等土性参数指标。结果表明:采用该电渗电极处理后的吹填土含水率降低31.0%~61.4%,土体表层承载力最高可达192 kPa;单纯电渗处理后土层抗剪强度沿深度衰减,电渗-真空联合作用下土层抗剪强度更高且分布均匀;设计的电渗电极可实现高含水率新近吹填土浅表层快速加固。

    • 疏浚泥浆在线脱水的工艺设计及试验

      2021, 41(3):77-82. DOI: 10.3880/j.issn.1006-7647.2021.03.012

      摘要 (1466) HTML (0) PDF 2.78 M (2170) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对梁溪河底泥的性状特点,对疏浚泥浆在线脱水工艺进行了设计和试验。通过泥浆沉降柱试验和药剂上机选型试验,对比了上清液浊度与沉降柱体积、饼含固率和卸料时间,分析确定了药剂选型及投加量;通过滤布透气量选型试验对比了各透气量下的泥饼含固率和滤布穿滤时间,确定了滤布的透气量;最后利用上述试验所得数据进行板框机的现场调试运行,确定了最佳进料和反压时间下对应的末期排水量特征值并以此作为停泵参考指导施工。工程实践表明,疏浚泥浆在线脱水工艺可达到泥浆减量率不小于50%、泥饼含固率不小于60%、泥饼厚度不小于25 mm的设计要求,工艺具备可行性。

    • 硫酸盐侵蚀作用下水泥砂浆水力劈裂特性

      2021, 41(3):83-88. DOI: 10.3880/j.issn.1006-7647.2021.03.0013

      摘要 (1552) HTML (0) PDF 2.41 M (2268) 评论 (0) 收藏

      摘要:为研究硫酸盐侵蚀作用下水泥砂浆水力劈裂特性,利用三场耦合试验系统,设计4种试验工况进行水力劈裂试验,分析不同pH值的硫酸盐溶液、不同侵蚀时间下水泥砂浆力学性能和抗水力劈裂能力。试验结果表明,不同pH值的硫酸盐溶液对水泥砂浆的水力劈裂力学特性有不同影响,在侵蚀后期,对于0.1 mol/L的Na2SO4溶液,pH值分别为7、3、1时,对砂浆试样水力劈裂力学特性的侵蚀劣化程度逐渐减小;硫酸盐侵蚀下的水泥砂浆抗水力劈裂能力和侵蚀时间有较好的三次函数相关关系。

    • 基于EEMD-RVM的土石坝渗流量时间序列预测模型

      2021, 41(3):89-94. DOI: 10.3880/j.issn.1006-7647.2021.03.014

      摘要 (1584) HTML (0) PDF 2.63 M (2108) 评论 (0) 收藏

      摘要:为避免常规时间序列模型因不考虑非线性环境量而出现过拟合及预测精度不高的现象,建立了基于EEMD-RVM的土石坝渗流量时间序列预测模型。该模型采用集成经验模态分解法(EEMD)对量水堰渗流量监测值进行分解,生成多组平稳本征模态函数(IMF)及剩余分量R,然后采用相关向量机(RVM)对若干组IMF序列和R进行训练拟合及预测,最后将IMF序列和R进行等权求和得到渗流量预测值;讨论了该模型训练集的样本数及时长、预测集个数的选择和突跳点的处理等相关情况。工程算例验证结果表明,EEMD-RVM模型拟合预测精度高,且预测精度明显高于RVM模型以及GA-BP模型,验证了该模型的可行性。

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