摘要:针对水电工程多灾害耦合效应连续模拟数据传递困难且缺乏全过程顺次模拟工具等问题,结合灾害链传递过程中的关键节点及参数,提出了多种数值模拟工具和物理引擎耦合的动力灾害链传递混合模拟方法。该方法采用数值模拟工具得到结构强度、变形等物理场及破坏模式,通过二次开发将物理场变量及结构破坏模式映射进入物理引擎,基于计算流体力学方法和物理引擎模拟方法顺次混合模拟结构损毁后的块体运动、库水下泄和洪水演进过程,从而实现极端动力灾害链传递的全过程模拟。某重力坝枢纽极端爆炸毁伤事故动力灾害链传递验证结果表明,该方法克服了单一数值模拟工具的局限性,实现了从原生灾害的结构响应到次生灾害演进全过程的集成一体化仿真预演,在计算精度和效率方面均达到工程应用尺度上较为理想的效果。

摘要:采用数值模拟方法研究了管涌发生后堤防渗流场响应特征,探究了堤防不同深度和不同水平位置处的孔隙水压力变化规律,分析了管涌位置和管涌通道尺寸对堤防孔隙水压力变化的影响,提出了基于孔隙水压力变化特征快速识别堤防管涌险情的思路,得到了可用于堤防管涌监测的孔隙水压力测量设备合理布设区域。结果表明:管涌发生后,堤防不同位置处的孔隙水压力均出现一定程度的降低,管涌通道底部及其上部1m深度范围内孔隙水压力有较大幅度的降低,可作为监测管涌发生的孔隙水压力测量设备埋设深度范围；管涌发生后,同一水平面上与管涌通道距离相同的位置孔隙水压力变化基本一致；管涌通道与堤脚的距离越远,管涌发生后管涌通道周边位置孔隙水压力降低值和降低率越小；随着管涌通道直径的增大,管涌发生后管涌通道周边位置孔隙水压力降低值和降低率显著增大。

摘要:为了优化大底坡竖缝式鱼道池室水力特性,在验证物理模型的基础上,构建三维水动力数学模型,考虑5种大底坡坡度对竖缝有无隔板及竖缝隔板不同安装高度的池室水力分布进行了数值模拟分析。结果表明,竖缝设置隔板能有效减小池室最大流速和平均湍动能；当底坡为1/20时,池室最大流速下降率为10.16%~14.84%,平均湍动能下降率为21.88%~42.19%,主流最大流速衰减率为61.24%~61.82%,池室内形成了小流速、低湍动的Ω形连续性水流；改变竖缝隔板安装高度会影响隔板上下水深处的竖缝流速大小,但对隔板上下水深处的流速、湍动能、应变率的分布规律无显著影响。

摘要:针对入流水舌引起的跌流竖井内负压过大问题,对前人研究中的原始竖井模型进行了结构优化设计。采用可实现的 k-ε 湍流模型以及VOF两相流模型研究了不同入流量下原始竖井模型和优化竖井模型中的流态分布规律及气压分布情况,建立了可用于确定优化竖井模型中通气管道底部安装高程的水舌撞击模型,探讨了通气管道相对进水管的位置对优化模型中气压分布的影响。结果表明:进水管附近的跌落水舌束窄了井内气体的正常流通通道,水舌上方形成了大面积气体回流区,水舌下方补气不足,进水管附近负压突增现象明显；建立的水舌撞击模型能够较准确地预测出水舌末端的撞击点位置,最大误差不超过10%；得到的通气管道底部安装高程为2.31 m,顶部高程略高于进水管上壁面；相比原始竖井模型,优化竖井模型能够使负压突增区的压差降低70%以上,并且当通气管道与进水管水平中心延长线之间的夹角为30°时,优化竖井模型所发挥的效果最好。

摘要:为了促进曝气技术在减缓过饱和溶解氧(DO)影响中的应用,设计开展了无曝气工况和曝气工况下的过饱和DO释放试验,研究了曝气对过饱和DO消散过程的影响规律,分析了不同曝气条件下过饱和DO的释放过程和释放系数。试验结果表明,曝气能显著促进过饱和DO的消散,曝气工况下DO饱和度从170%左右消散至105%左右所需时间均小于11 min,而无曝气工况下所需时间最少为240 min；过饱和DO释放系数随曝气量的增大而增大,随曝气水深的增大而减小,与曝气孔径呈现较强的负相关幂函数关系。根据曝气对过饱和DO的释放规律建立了过饱和DO释放系数与曝气条件的定量关系,通过量纲分析建立了过饱和DO释放系数与曝气条件、模型尺寸、流体参数之间的定量关系,两种定量关系中,后者的均方根误差和平均绝对误差较小、相关系数较高,且参数较易获取,因此实用性更好。

摘要:为了提高潮流能发电涡轮机的出力,设计了一种新型涡轮机叶片及其文丘里型导管。通过室内水槽试验,研究了文丘里型导管对低速来流的增速作用和对斜向来流的矫正作用,剖析了自由流不同偏流角、文丘里型导管不同长径比和不同面积比对涡轮机转速的影响。从理论上推导出作用于潮流涡轮机上荷载(推力、转矩和径向力)的计算公式,并结合试验结果分析了潮流作用于涡轮机上的荷载随自由流偏流角及文丘里型导管长径比和面积比的变化关系。结果表明,文丘里型导管可显著提高涡轮机的转速,其大小取决于导管的长径比和面积比；在不同偏流角情形下,转速在长径比为1.5~2.0时最大,即导管不宜太长或太短；转速随面积比的增大而增大,在偏流角为30°时达到极大值；转矩和径向力随面积比的增大而增大,但随长径比、偏流角的变化存在临界值,推力则随偏流角的增大而减小；与自由流情形相比,文丘里型导管不仅可以增大潮流速度,同时还具有矫正偏流的作用,从而提高输入涡轮机的功率。

摘要:利用ABAQUS数值软件分析了斜桩在水平荷载 H 和扭矩 T 耦合作用下的承载特性、桩身内力以及桩-土界面上的摩阻力等变化特征并与直桩进行了对比,探讨了桩-土刚度比、荷载偏心距和桩身长径比对斜桩受扭承载力的影响。分析结果表明:斜桩在水平荷载与扭矩耦合作用下,桩身为受扭破坏；斜桩的受扭承载力大于直桩,斜桩受扭承载力的大小与桩身倾角相关；桩-土刚度比、荷载偏心距和桩身长径比对斜桩受扭承载力也有一定的影响,而桩身长径比的影响较大。

摘要:为了解纤维-水溶性聚合物的抗剪强度和砂土的破坏机理,通过一系列直剪试验和数值模拟,研究了不同水溶性聚合物含量和纤维含量条件下加固砂土的剪切强度特性,分析了加固砂土的抗剪强度特性及其参数变化和破坏特征。试验结果表明:加固砂土的抗剪强度特性随水溶性聚合物含量和纤维含量的增大而显著提高；水溶性聚合物和纤维的掺入提升了加固砂土的黏聚力,但对内摩擦角的影响较小；当纤维含量为0.8%时,水溶性聚合物含量从1%增大至4%,加固砂土的抗剪强度增强了55.58.kPa；当水溶性聚合物含量为4%时,纤维含量从0.2%增大至0.8%时,黏聚力增加了32.69.kPa。聚合物和纤维含量的增大促进了复合砂土各组分之间的联合,增强了加固砂土的整体性,提升了土体的稳定性。

摘要:为提高新疆卡拉贝利水利枢纽工程坝体砂砾石的抗震稳定性,通过建立与原大坝施工参数一致的实体模型试验区,采用水泥灌浆的方式形成胶结砂砾石,并对其进行室内抗剪特性试验研究。研究结果表明:试验区砂砾石料在碾压完成后,能够形成“密实-骨架”结构；水泥灌浆后砂砾石的内摩擦角和黏聚力皆有很大提高；胶结物强度、胶结物与砾石的黏结强度、上部施加的法向应力对水泥灌浆胶结砂砾石的抗剪强度起主要作用；水泥灌浆胶结砂砾石的破坏是其在剪切应力作用下内部微裂隙逐步发展成贯通裂隙的结果；由于颗粒间的咬合作用及剪涨效应,水泥灌浆胶结砂砾石的残余黏聚力下降不明显。

摘要:以洞庭湖区典型土质堤防为对象,采用FLAC3D软件开展了渗流-温度-应力耦合计算,分析了堤身及堤基在渗漏及结构破坏条件下的渗流场、温度场和损伤场的时空演变特性,探明了温度与渗流、温度与结构破坏之间的内在联系。结果表明,堤坝发生局部渗透破坏乃至整体结构破坏过程中,下游堤脚及地表温度的演变呈阶段性变化特征；地表温度的变化特征可作为预测或判断堤坝内部渗透破坏及结构损伤程度的间接指标。

摘要:针对石梁河水库北泄洪闸异常渗漏问题,基于长系列现场同步原型观测试验,绘制了北泄洪闸二级消力池周边温度场,开展了Ca2+、Cl^-等水化学元素质量浓度相似性和相异性特征分析,基于冒水水源多示踪离子质量浓度穿透特征曲线,查明了北泄洪闸二级消力池冒水的主要来源和渗漏路径,并提出了修建地下连续截渗墙、采用高压旋喷桩截渗、修复二级消力池底部反滤层等可行的除险加固措施,使得除险加固工程能精准施工,成功堵住了渗漏通道,并取得巨大的经济效益。石梁河水库大坝渗漏探测结果表明,温度场示踪、天然水化学示踪和ICP化学示踪联合的示踪探测方法可精准溯源渗漏水源,可在大坝渗漏探测中推广应用。

摘要:由于系统故障、传感器老化等不利因素常会导致监测数据缺失,从时间序列角度出发,针对大坝监测量中间缺失数据构建了一种基于深度学习框架下的双向CNN-BiLSTM-Attention缺失数据插补模型。该模型结合卷积神经网络与长短期记忆神经网络的算法优势,通过提取时间特征,引入注意力机制优化插补过程,同时以时间步递减的权重融合正反向插补结果。以某混凝土重力坝为例,采用该模型对大坝监测量长序列缺失数据进行插补,结果表明,双向融合插补能有效消除长序列缺失数据插补时间步的累积误差,与其他插补模型相比,这种深度学习模型具有更高的插补精度。

摘要:针对混凝土坝变形监测数据存在非线性强、粗差识别与剔除困难等问题,结合改进IGGⅢ法对异常值的抗差能力强、极限学习机(ELM)对数据序列预测效率高和对非线性问题处理能力强、增量ELM寻找最优网络结构速度快等优势,提出了基于改进IGGⅢ-ELM法的混凝土坝变形监测数据粗差识别方法,并采用包含两个调和系数的四段权函数对IGGⅢ-ELM法进行改进,使得权函数的一阶导数处处光滑,增强了权函数突变范围内信息的可利用性。与IGGⅢ-ELM法、DBSCAN聚类算法、罗曼诺夫斯基准则和拉依达准则的实例处理结果对比表明:基于改进IGGⅢ-ELM法的混凝土坝变形监测数据粗差识别方法较其他4种方法粗差识别率更高、泛化能力更强、预测效果更好。

摘要:为探究苏州市渭塘镇平原河道水质提升的可行方案,基于Delft3D构建了该镇区河道的水动力水质耦合模型,采用Delft3D-FLOW模块对镇区河道2021年10月的水动力时空特征进行模拟,确定了镇区活水泵站与活水推流器的流量；采用Delft3D-WAQ模块,以CODMn、NH₃-N、TP为主要评价指标,论证了旁路净化设施规模的合理性。结果表明:模型水动力模拟结果较为理想,活水效果好；确定老镇片1号活水泵站流量为1.0 m³/s,确定珍珠湖片每组活水推流器感应流量为0.4 m³/s；水质模拟结果较为理想,镇区河道水体通过规模为2万m³/d的旁路净化设施处理后,水质能达到GB 3838—2002《地表水环境质量标准》的Ⅳ类水标准,水质提升效果明显。

摘要:以洋沙湖镇涝溪桥村地区为例,采用MIKE模型分析了岳阳市湘阴县在遭遇暴雨干扰时的雨水管网健康度。在采用一次降雨过程中严重内涝点的实测积水深度对模型进行率定和验证的基础上,利用该模型模拟了重现期为1、3、5、10、20 a的2.h设计降雨,重点分析了重现期为3a的降雨过程,并结合排水能力、管网结构、环境因素、社会因素4项综合指标和15项子指标构建了雨水管网健康度评价指标体系。结果表明:该区域管网的排水能力综合指标的得分为0.48,管网结构综合指标的得分为0.78,环境因素综合指标的得分为1,社会因素综合指标的得分为0.66,综合健康度为0.54,综合健康度等级为较差；重现期越大,积水深度也越大,但最大积水深度到达的时间并不受重现期影响；积水风险较大、积水较深位置均位于健康度较低的管道附近。

摘要:为优化引江济淮工程河南段水资源配置,构建了以经济效益最大、缺水量最小和污染物排放量最小为目标函数的水资源优化配置模型,利用改进的第三代非支配排序遗传算法(A-NSGA-Ⅲ)对模型进行求解,并优选出了4种侧重不同目标的水资源优化配置方案进行模拟分析。结果表明:引江济淮水的引入可极大地缓解受水区供需矛盾,规划年2030年、2040年缺水率可分别降至10.43%、5.47%,并有助于优化供水结构,改善生态环境；耦合经济-社会-生态环境协调度最大的方案4为最优方案,方案4规划年地下水供水占比分别下降至53.32%、46.59%；A-NSGA-Ⅲ在解决多目标高维水资源配置问题时具有较好的适用性,优化方案可为引江济淮工程河南段水资源调配方案制定提供参考。

摘要:为研究WRF-Hydro模型参数在河西内陆河流域的敏感性,以西营河流域九条岭水文站以上区域为研究区,在离线模式下利用2015—2018年的全球预报系统(GFS)数据驱动WRF-Hydro模型。基于LH-OAT方法对WRF-Hydro模型的6个主要参数对不同评价指标和空间分辨率的汇流演算网格的敏感性进行了分析,定量计算了各参数的敏感性指标,划分了敏感度等级,并结合典型洪水分析了各参数对洪水过程线的具体影响。结果表明:河道曼宁糙率乘子(MANNFAC)为极敏感参数,入渗系数(REFKDT)、土壤饱和导水率(REFDK)、深层导水系数(slope)为敏感参数,地表糙率乘子(OVROUGHRTFAC)为一般敏感参数,地表持水深度乘子(RETDEPRTFAC)为不敏感参数；各参数的敏感性并不是一成不变的,参数敏感度会受到评价指标的影响,有一定程度的变化；随着汇流演算网格空间分辨率的变化,各参数全局敏感度也会有小幅变化,但参数的全局敏感度等级不发生改变；MANNFAC对峰现时间的调节效果最好,REFKDT和REFDK对洪量和洪峰流量的调节效果显著,slope可以很好地调节洪水过程线的形状。

摘要:为探究西江流域水文气象要素演变规律,分析极端降水对洪水径流的影响,基于西江流域1956—2019年水文气象资料,综合利用趋势分析、突变检验等方法剖析了西江流域极端降水、年均径流和年最大日平均流量的演变规律,并采用Pearson相关系数与双累积曲线法评估了极端降水指标与年均径流、年最大日平均流量的相关性,探讨了极端降水对洪涝灾害损失的影响。结果表明:相较于上游高海拔地区,西江流域中下游低海拔地区极端降水的变化更为明显,表现为极端降水频率增大以及降水强度增大；Rx1day、R99p和SDⅡ呈现显著上升趋势,极端降水指标多在1992年发生突变,年均径流和年最大日平均流量均呈现不显著的上升趋势,且均有两个突变点；PRCPTOT、R25、R10、R95p与年均径流呈显著相关关系,R95p、R99p、CDD和R25对洪涝灾害指标的影响相对较大；2002年后极端降水指标同洪涝灾害指标的相关关系发生了显著改变。