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《水利水运工程学报》2019年第6期中文摘要
日期:2020年01月03日 17:54:27点击数:字号:【

关于智慧水利的认识与思考

张建云1, 2, 3,刘九夫1, 3,金君良1, 2, 3

(1. 意甲被万博赞助 水文水资源与水利工程科学国家重点实验室,江苏 南京 210029; 2. 长江保护与绿色发展研究院,江苏 南京 210098; 3. 水利部应对气候变化研究中心,江苏 南京 210029)

摘要:智慧水利是运用物联网、云计算、大数据等新一代信息通信技术,促进水利规划、工程建设、运行管理和社会服务的智慧化,提升水资源的利用效率和水旱灾害的防御能力,改善水环境和水生态,保障国家水安全和经济社会的可持续发展。智慧水利是水利信息化发展的新阶段,也是水利现代化的具体体现。信息是智慧水利的基础,要高度重视信息的收集、监测和分析;知识是智慧水利的核心,要应用新的信息技术,加强信息的挖掘、提取和知识的积累;能力提升是智慧水利的目的,要着重提升流域的监测能力、预测预报能力、调度决策能力和运行管理能力。

关键词:智慧水利; 信息化; 大数据; 人工智能

水电站厂房组合框架结构静动态服役性态分析研究进展

胡少伟1,叶宇霄1,喻江1,王宇航2,孙岳阳1

(1. 意甲被万博赞助, 江苏 南京 210029; 2. 重庆大学 土木工程学院,重庆 400045)

摘要:为准确、高效地评估高发频率、高烈变地震区水电站厂房钢-混框架结构静动力服役性态特征,结合模型试验、数值分析、方法评估等研究成果,重点进行了钢管组合柱复合服役性能试验研究与机理分析、钢-混凝土组合楼板服役性能试验与理论分析、钢-混凝土组合节点服役性能与安全承载分析试验研究与机理分析、钢-混凝土组合框架结构静动态服役性能研究、钢-混凝土组合框架结构抗冲击服役性能研究、大型组合框架结构服役性能优化分析。对水电站厂房框架结构服役性态研究方法,以及水电站厂房钢筋混凝土结构、水电站厂房钢-混凝土框架结构服役性态方面的研究进展进行了归纳,总结出钢-混凝土组合结构在水电站厂房框架结构中的发展与工程运用中存在的问题及需要推进的研究工作,旨在进行水电站厂房结构服役性能提升与安全保障技术研究。

关键词:水电站厂房; 钢-混框架结构; 静动力服役性态; 综述

混凝土结构内锈蚀钢筋的疲劳研究综述

张军1,金伟良2,张凯1, 2,毛江鸿1,李强1

(1. 浙江大学 宁波理工学院,浙江 宁波 315100; 2. 浙江大学 结构工程研究所,浙江 杭州 310058)

摘要:腐蚀环境和反复荷载共同作用下混凝土结构的疲劳问题愈发突出,特别是混凝土结构在荷载作用下产生和发展的裂缝为腐蚀介质提供了快速传输通道,引起开裂区域钢筋局部坑蚀。动态荷载作用下疲劳裂纹在蚀坑底部形成并扩展,导致钢筋脆性断裂,进而导致混凝土构件的疲劳失效。回顾并分析了混凝土裂缝对钢筋疲劳性能的影响、坑蚀钢筋疲劳性能研究进展和基于弱磁效应的钢筋疲劳研究,指出掌握坑蚀钢筋的裂纹扩展行为是进行服役混凝土结构疲劳寿命预测的关键。弱磁效应能够实时地表征锈蚀钢筋的疲劳断裂行为,建立基于弱磁理论的锈蚀钢筋等效裂纹扩展长度和应力强度因子变幅表征方法,是服役钢筋混凝土结构疲劳寿命预测的一个创新方法。

关键词:混凝土结构;锈蚀钢筋;钢筋疲劳;弱磁理论;寿命预测

黄河无定河流域“2017.7.26”洪水泥沙来源辨析

余欣1, 2,侯素珍1, 2,李勇1, 2,史学建1, 3

(1. 黄河水利科学研究院,河南 郑州 450003; 2. 水利部黄河泥沙重点实验室,河南 郑州 450003; 3. 水利部黄土高原水土流失过程与控制重点实验室,河南 郑州 450003)

摘要:2017年7月25—26日无定河流域降大到暴雨,支流大理河发生建站以来的最大洪水,无定河下游形成高含沙洪水。为深入认识“7.26”暴雨无定河流域产沙和输沙等情况,选择典型小流域进行了侵蚀调查和淤地坝拦沙观测,对城区淤积及河道冲刷进行了调查和测量,采用不同方法对坡面和沟谷产沙进行分析。结果表明,无定河“2017.7.26”暴雨分布集中,单站最大24 h降雨量近100年一遇,无定河白家川水文站洪峰流量为建站以来第二大值,相应最大含沙量873 kg/m3;洪水期输沙量64.1%来自大理河流域;以闷葫芦淤地坝拦沙分析为依据,推算“2017.7.26”暴雨期无定河流域侵蚀产沙量约为1.249亿t,其中70%~85%来自沟谷坡,在泥沙沿程输移过程中,淤地坝拦沙对减少河道输沙入黄起重要作用。

关键词:无定河; 暴雨; 洪水; 泥沙来源; 淤地坝拦沙; 侵蚀产沙

基于全偏确定度的区域水资源承载力动态评价

金菊良1, 2,沈时兴1, 2,张浩宇1, 2,陈梦璐1, 2,陈雅静1,张火链1,许兴寒1

(1. 合肥工业大学 土木与水利工程学院,安徽 合肥 230009; 2. 合肥工业大学 水资源与环境系统工程研究所,安徽 合肥 230009)

摘要:为尽可能挖掘联系数所隐含的各类信息价值以更准确地评价分析区域水资源承载力时空状况,利用同一度、差异度、对立度之间的模糊关系作为计算基础,求解差异度与同一度、对立度之间的偏确定度,进而改进联系数中对差异度系数的分配方式,并将该方法用于实际区域水资源承载力动态评价中。结果表明:(1)改进的差异度系数分配方式在实际评价中得到的结果与安徽省水资源承载力实际状况基本一致。(2)2011—2015年安徽省水资源承载力状况随时间有向好的发展趋势,但仍处于临界超载状况;从空间上看,安徽省水资源承载状况由北往南逐渐向好,其中皖北地区处于超载状态、皖中处于临界超载状态、皖南处于未超载状态;从承载子系统看,承载支撑力方面皖南较皖中和皖北偏好,承载压力方面皖北较皖中和皖南偏好,承载调控力方面皖中和皖南偏好。(3)评价结果显示皖北处于超载状况,主要是由于水资源支撑力偏弱;承载子系统间相对均衡发展是皖中处于承载临界状况的主要原因;皖南水资源承载状况最好,得益于较强的调控力和支撑力。由分析可知,上述动态评价分析结果合理可靠,该方法直观简便、在资源环境承载力动态评价分析问题中具有较好的推广应用价值。

关键词:水资源承载力; 动态评价; 时空状况; 联系数; 全偏确定度; 安徽省

水资源空间均衡理论应用规则和量化方法

左其亭1, 2,韩春辉1,马军霞1

(1. 郑州大学 水利科学与工程学院,河南 郑州 450001; 2. 郑州市水资源与水环境重点实验室, 河南 郑州 450001)

摘要:空间均衡是新时期水利发展的重要导向,是水利工作开展所需要遵循的基本要求。如何实现水资源空间均衡管控是水利发展的重要内容和挑战。在前期水资源空间均衡理论方法及应用框架研究的基础上,阐述了水资源空间均衡的理论需求及基本原理,以回答“为什么要实施水资源空间均衡?”;介绍了水资源空间均衡的理论体系框架与主要内容,以回答“水资源空间均衡理论是什么?”;提出了水资源空间均衡理论的应用规则和量化方法,以回答“水资源空间均衡理论如何应用?”。其应用规则包括遵循三大规律、符合三条原则、承担四项任务、具备三大功能,是正确应用水资源空间均衡理论的守则。其量化方法包括水资源空间均衡判别准则量化、水资源空间均衡度计算、水资源空间均衡优化模型、水资源空间均衡规划方法、水资源空间均衡预警评价与综合调控。研究认为,水资源空间均衡理论是指导区域或流域水利乃至综合空间均衡发展的一个重要支撑,为完善水资源空间均衡理论、落实空间均衡管控提供了解决途径和具体方法。

关键词:水资源空间均衡; 理论体系; 应用规则; 量化方法; 空间均衡

珊瑚岛礁护岸对礁坪上极端波浪传播特性的影响

陈松贵1, 2,郑金海1,王泽明1, 2,陈汉宝2,张弛1

(1. 海岸灾害及防护教育部重点实验室(河海大学), 江苏 南京 210098; 2. 交通运输部天津水运工程科学研究院, 天津 300456)

摘要:极端波浪要素是珊瑚岛礁护岸工程设计的重要参数。利用大比尺波浪水槽,采用1∶15的模型比尺开展试验,从波浪形态、增水、波速、波谱等方面研究了珊瑚岛礁护岸对礁坪上极端波浪传播特性的影响规律。护岸工程产生了明显的阻水效应:对于波浪形态,反射波的影响使得波浪在礁缘破碎更为剧烈;显著增加了礁坪增水,最大增水值是自然地形下的4倍,影响在波周期较短时更为显著;减小了波速约20%~35%,其影响随波周期的减小而增强;对于波谱,护岸的存在使得波浪的非线性相互作用更加复杂,降低了波浪在礁缘处的主频能量,但同时增大了礁坪上的主频及高频能量;护岸距礁缘距离对堤前水位具有重要影响,随该距离的增加,堤前时均水位先增加后降低。

关键词:珊瑚礁; 护岸; 极端波浪; 增水; 破碎; 波谱

波流作用下淹没圆柱局部冲深影响因素分析

程永舟1, 2,吕行1,王文森1,黄筱云1, 2,夏波1, 2

(1. 长沙理工大学 水利工程学院,湖南 长沙 410114; 2. 水沙科学与水灾害防治湖南省重点实验室,湖南 长沙 410114)

摘要:淹没圆柱在海洋工程中运用广泛,局部冲刷对此类建筑物的安全有较大影响。为掌握该类型建筑物在波流作用下的冲刷特性,在波流水槽内开展了一系列试验研究。试验将圆柱模型安装在波流水槽中部的沙槽内,沙槽内铺设中值粒径0.22 mm的无黏性沙,形成平底海床。试验中圆柱处于淹没情况,改变入射波流条件,观测多种波流作用下,不同高度淹没圆柱周围的局部冲刷深度发展过程,分析了多种无量纲参数对局部冲刷深度的影响。结果表明:当KC数不变时,冲刷深度s/D随着相对流速Ucw和Fr的增大而增大,当Fr增大到一定程度时(Fr>0.80),冲刷深度s/D趋于稳定;Ucw在固定范围内时,冲刷深度s/D随KC数的增加而增加,增长速率逐渐变慢;引入淹没因子Ks,得到了淹没圆柱与非淹没圆柱的冲刷深度计算关系式。

关键词:淹没圆柱; 波流共同作用; 冲刷深度; 局部冲刷

钱塘江涌潮对风场响应的三维数值研究

潘存鸿1, 2,汪求顺1, 2,潘冬子1, 2

(1. 浙江省水利河口研究院,浙江 杭州 310020; 2. 浙江省河口海岸重点实验室,浙江 杭州 310020)

摘要:台风作用下钱塘江涌潮观赏性强,破坏力大。结合台风期实测潮汐资料分析,基于三维数学模型研究了顺风和逆风条件下恒定风况对钱塘江涌潮水流的影响,得到了不同风况对涌潮高度、流速、传播速度和涌潮潮景的影响程度。顺风作用导致涌潮高度、流速和传播速度均增大,风速愈大,增加幅度愈大,涌潮流速沿水深分布愈不均匀。在顺风30 m/s风况下,盐官涌潮高度增加5%,涌潮流速增大33%,涌潮传播速度加快37%;顺风作用下,老盐仓回头潮更强,回头潮水位更高,反映了台风期间老盐仓经常出现回头潮翻越海堤堤顶的情况。逆风作用与顺风作用相反。计算结果与实际情况在定性上一致。

关键词:钱塘江; 涌潮; 三维数值模型; 台风暴潮; 回头潮

感潮河段航道整治设计理论与方法探讨

张幸农,夏云峰,曹民雄

(意甲被万博赞助,江苏 南京 210029)

摘要:通过长江下游大量航道整治研究成果的总结提炼,探讨和论述感潮河段航道整治设计理论与方法。结果表明:根据不同的径流和潮汐影响,感潮河段中可划分为常年潮流段、季节性潮流段和常年径流段3个区段;根据河型特征和滩槽格局,浅滩类型有单级分汊型、多级分汊型、水下心滩型和水下沙洲型浅滩四种。应综合考虑航道整治影响因素及外部条件,确立航道整治总体原则,梳理得出不同区段设计通航水位及其与上下游衔接,以及整治参数(整治水位和整治线宽度)的确定方法;针对各类浅滩特点,采取相应的整治思路和整治工程措施,整治建筑物包括混凝土构件混合堤和新型生态守护结构。

关键词:感潮河段; 航道整治; 长江; 设计理论与方法

含砾土坡坡面降雨和坡脚浸泡模型试验研究

周成1,王一冰1,王涵1,谭昌明2

(1. 四川大学 水利水电学院 水力学与山区河流开发保护国家重点实验室,四川 成都 610065; 2. 四川省公路规划勘察设计研究院有限公司,四川 成都 610041)

摘要:降雨是诱发边坡失稳的重要因素,为此开展了含砾量分别为10%,20%和40%的含砾土坡的坡面降雨和坡脚浸泡的模型试验。利用体积含水率和吸力传感器测试了含砾土坡的水土特性,观测了边坡湿润锋的发展过程,利用PIV技术研究了边坡的位移变形过程;通过控制坡脚水位及坡顶后续加载研究了坡脚浸泡作用下土坡的沉降变形规律。试验结果表明:降雨条件下,含砾量越高,土坡坡面侵蚀发育越缓慢,边坡的细粒土越容易达到完全饱和状态;坡土饱和后,含砾量10%的土坡主要以坡面侵蚀和变形为主,不易发生整体破坏,含砾量20%和40%的坡土均发生了整体滑移破坏。坡脚浸泡过程中,含砾量越高,边坡变形量越小,在水位下降过程中基质吸力恢复越快,在浸水过程中边坡吸力丧失范围越小。在坡脚浸泡及后续坡顶加载作用下,含砾量10%的土坡会产生较大变形,含砾量20%的土坡最容易发生破坏,含砾量40%的土坡稳定性良好。

关键词:含砾土坡; 坡面降雨; 坡脚浸泡; 水土特性; 模型试验

考虑坝体地基接触效应的特高心墙堆石坝结构安全性研究

李国英1,韩朝军2,魏匡民1,米占宽1

(1. 意甲被万博赞助 水利部土石坝破坏机理与防控技术重点实验室,江苏 南京 210029; 2. 中国电建集团贵阳勘测设计研究院有限公司,贵州 贵阳 550081)

摘要:传统的土石坝结构计算分析中通常忽略坝体与基岩之间的摩擦滑动变形,这与实际情况不符,坝体地基接触摩擦效应对于修建在狭窄陡峻河谷区的特高坝表现尤为明显。采用三维有限元方法对修建在狭窄河谷区特高心墙堆石坝结构安全性进行了研究,研究中考虑了坝体地基摩擦接触效应,模拟了水库蓄水、坝料湿化、流变等多因素共同作用下坝体结构力学行为以及坝体地基接触位移演化过程。基于倾度法对坝体运行过程中可能的裂缝扩展区域进行了预测。研究得出:对于狭窄河谷上特高土石坝,坝体与地基的相对滑移较大,计算中应予以考虑。研究结论可为峡谷区特高心墙堆石坝设计提供技术依据。

关键词:高土石坝; 接触效应; 应力变形

地基液化离心机试验的数值分析及验证

邹德高1,滕晓威1,刘京茂1,王峰2,刘鑫3

(1. 大连理工大学 建设工程学部 水利工程学院,辽宁 大连 116024; 2. 中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司,四川 成都 610072; 3. 中广核工程有限公司 核电安全监控技术与装备国家重点实验室,广东 深圳 518024)

摘要:地震液化数值分析方法的可靠性验证研究是开展实际工程液化安全评价的前提条件。采用基于u-p形式的Biot动力固结方程的非线性有限元程序GEODYNA,对液化试验和分析项目(LEAP)中的饱和斜坡地基离心机模型试验进行了动力弹塑性有效应力数值分析,其中土体采用改进的广义塑性模型。结果表明:数值模拟的加速度反应谱和加速度时程与试验数据基本吻合;数值模拟再现了试验中孔隙水压力的累积、发展和消散规律,并再现了循环剪切作用下土体应力路径的发展规律和土体的剪胀现象;数值模拟合理地反映了残余变形的累积发展过程,并且数值模拟得到的地基变形分布规律与试验规律相符,变形量值也基本在试验的包线内。研究成果验证了该地震液化分析方法的可靠性,可以为工程液化安全评价提供有效的数值分析方法。

关键词:液化; 数值分析; 孔隙水压力; 离心机模型试验

基于BP神经网络的丁坝坝头冲刷坑变化趋势预测

陈一梅,范丽婵,李鑫

(东南大学 交通学院,江苏 南京 210096)

摘要:丁坝坝头冲刷坑的深度及位置变化影响坝基稳定,是丁坝安全评估的重要参数,且是一个复杂的非线性系统问题。以长江张南水道为研究对象,基于2008—2016年实测资料,分析来水来沙及其变化过程、冲刷坑位置和深度的变化,研究确定影响冲刷坑深度及位置变化的因子是河床边界条件(水深、河宽)、坝体属性(丁坝长度、挑角)及来水来沙因素(年径流量、年输沙量、不同级别来水来沙持续的天数),建立了基于BP神经网络的冲刷坑深度及位置变化趋势预测模型。计算结果表明,BP神经网络模型得到的冲刷坑深度和位置预测值与实测值较吻合,误差在(1.8~6.5)%,研究结果可为丁坝安全评估提供依据。

关键词:丁坝;冲刷坑深度;冲刷坑位置;水沙特征; BP神经网络

水资源利用效率频谱分析方法及应用

刘家宏1,邵薇薇1,王浩1,李元菲2,李维佳3

(1. 中国水利水电科学研究院 流域水循环模拟与调控国家重点实验室,北京 100038; 2.辽宁师范大学 地理科学学院,辽宁 大连 116029; 3. 大连理工大学 水利工程学院,辽宁 大连 116024)

摘要:水资源高效利用是缺水地区缓解水资源供需矛盾的关键措施之一,评价一个国家或地区的水资源利用效率,是水资源管理需要解决的基础科学问题。现有的水资源利用效率评价指标主要有万元GDP用水量、农业灌溉水利用系数等,这些指标表征了一个国家或地区的综合用水水平,不能反映区域内部用水效率的不均衡性,也无法表达不同用水效率水平所支撑的经济体量,因此不能识别低效用水对象,难以对低效用水对象进行精准调控。水资源利用效率频谱分析方法基于伽玛函数解析了不同用水效率及其对应的经济规模,进而计算不同用水效率对应的经济体量占经济总量的比例(类似于概率密度),绘制水资源利用效率频谱图。基于1998—2016年的我国分省区万元GDP用水量及其对应的GDP数据绘制了水资源利用效率频谱曲线,揭示了我国区域水资源利用效率的演变趋势。水资源利用效率频谱分析方法通过解析水资源利用效率及其对应的概率密度分布,揭示了区域内部用水效率的不均衡性,可为水资源管理和高效利用精准调控提供科学基础。

关键词:水资源高效利用; 水资源利用效率频谱; 万元GDP用水量; 精准调控; 节水

城市洪涝灾情评估与风险管理初探

王远坤1,王栋1,黄国如2,马建威3

(1. 南京大学 地球科学与工程学院 水科学系,江苏 南京 210023; 2. 华南理工大学 土木与交通学院,广东 广州 510640; 3. 中国水利水电科学研究院, 北京 100038)

摘要:快速城市化背景下城市洪涝问题日趋严重,城市洪涝已成为制约经济社会可持续发展的重要瓶颈。聚焦城市洪涝灾情评估与风险管理,从城市洪涝灾情评估方法、城市洪涝风险分析与区划和城市洪涝风险管理与对策3个方面开展研究,预期成果可为城市洪涝灾害防治提供科学支撑和技术保障。

关键词:城市洪涝; 灾情评估; 风险分析; 风险管理


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