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  • 水利学报
  • 2016年 第47卷 第4期
  • 出刊日期:2016-4-28
《水利学报》创刊于1956年,是中国水利学会、中国大坝协会主办的综合性学术刊物,是水利行业创刊最早、国内外最具影响的学术期刊,在水利工程类核心期刊中排第一位,被国内外多家检索系统收录。《水利学报》刊登反映水利、水电、水运领域较高水平的学术论文、专题综述和工程技术总结,开展学术论文的讨论和评论,介绍国内外科技动态和消息。主要专业范围包括:水文及水资源、防洪减灾、灌溉排水、水力学、泥沙、河港水运、岩土工程、水工结构及材料、水利水电施工及监理、水力机电、水利经济、水环境、水利史研究等。

2016年第47卷第4期

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  • 黄河主要产沙区近年降水变化的空间格局
    刘晓燕,李晓宇,党素珍
    采集整理了1966-2014年黄河潼关以上主要产沙区604个雨量站的逐年逐日降水,并基于GIS制作了1966-2014年不同时期的年降水量和日降水大于10、25、50、100mm的年降水总量空间分布图,进而分析了该区不同雨强量级的年降水总量和大暴雨发生频次等降水因子的变化。研究认为,该区日降水大于50mm的降水总量占年降水量的比例为2.3%~7.8%,其产洪产沙量占年水沙量的比例分别为20%和44%;在潼关来沙较天然时期减少约88%的2005-2014年,河龙间大部、泾河上中游和汾河上游等日降水大于10、25、50mm的年降水总量总体偏丰;2010-2014年,日降水大于25mm和50mm的年降水总量偏丰程度更高,其偏丰程度大于5%的面积占研究区总面积的比例分别为76.9%和69.6%;近年降水偏枯区主要分布在祖厉河和渭河上游西北部。2012-2013年几乎是1966年以来研究区降水最丰的时段。2001年以来,河龙间大部和泾河上中游地区大暴雨发生频次偏高,其它区偏低。
    2016  Vol.  47(4):    463-472    [摘要](154)    [PDF](38)
  • 基于改进重抽样法的高拱坝施工进度仿真研究
    钟登华,关涛,任炳昱
    施工进度仿真是高拱坝施工进度控制的重要手段。当前高拱坝施工进度仿真分析中,仿真施工参数基本都是根据施工经验参考近似工程选取,然而不同工程之间施工参数差距较大,可能导致仿真计算结果的失真。针对以上问题,本文提出基于贝叶斯更新理论,根据现场实际施工信息,实时更新仿真施工参数,以进行仿真计算分析。然而贝叶斯更新过程需要大量精确的统计数据,在实际工程中,由于人为及机器等多种因素,收集到的数据往往不够充分且不够精确。为此,本文将改进重抽样(Bootstrap)方法引入到贝叶斯更新中,提高了样本数据的代表性,使得样本统计参数的估计值更为准确。仿真分析结果表明,相比于传统方法,采用本文提出的施工参数实时更新方法,可以提高仿真参数精度。
    2016  Vol.  47(4):    473-482    [摘要](78)    [PDF](16)
  • 水工建筑物防渗墙技术60年II:创新技术和工程应用
    宗敦峰,刘建发,肖恩尚,陈祖煜
    中国水利水电工程的高速发展产生了大量新兴技术。本文聚焦于防渗墙三大典型技术领域:(1)深度超150m的防渗墙修建技术;(2)病险水库防渗加固;(3)围堰防渗墙的特殊施工工艺。本文对这些技术及相应的典型案例进行了回顾。重点包括以下几个方面:(1)150m级防渗墙建设中泥浆以及造孔机械的技术创新;(2)存在管涌风险的老旧大坝的特殊堵漏工艺;(3)围堰防渗墙工程施工方法。
    2016  Vol.  47(4):    483-492    [摘要](84)    [PDF](15)
  • 沙漠砂混凝土动态力学性能数值模拟
    刘海峰,王亿颖,宋建夏
    沙漠砂混凝土动态力学性能非常复杂,利用SHPB进行沙漠砂混凝土动态冲击压缩试验,分析冲击速度对沙漠砂混凝土动态性能影响规律。编写沙漠砂混凝土圆形骨料随机分布程序,运用ANSYS/LS-DYNA软件对试件尺寸、冲击速度、粗骨料体积含量和粗骨料颗粒大小不同沙漠砂混凝土动态破坏过程进行模拟,分析试件尺寸、冲击速度、粗骨料体积含量和粗骨料颗粒大小对沙漠砂混凝土动态力学性能的影响规律。数值模拟表明:沙漠砂混凝土具有明显尺寸效应;随着粗骨料颗粒最小粒径增大,沙漠砂混凝土峰值应力逐渐减小;随着粗骨料颗粒最大粒径增大,沙漠砂混凝土峰值应力呈先增大后减小趋势;随着粗骨料体积含量增大,沙漠砂混凝土峰值应力呈先增大后减小趋势,数值模拟结果为沙漠砂混凝土优化设计提供依据。
    2016  Vol.  47(4):    493-500,508    [摘要](83)    [PDF](10)
  • 非均匀悬移质输沙率
    孙志林,张超凡,杜利华,许丹
    结合Jasmund-Nikurads对数流速分布和作者提出的非均匀悬移质含沙量垂线分布规律,建立了非均匀悬移质输沙率公式。公式为显式函数形式,结构简单,适用于非均匀沙任意粒级,对Di=DmσD=1的均匀沙情形具有自适应性。考虑近底层床面至z=a处的输沙率,理论上精度有所提高。与以往积分形式的输沙率计算公式相比具有优越性。根据长江口2005至2012年实测水沙资料与计算结果的比较,两者符合良好。
    2016  Vol.  47(4):    501-508    [摘要](67)    [PDF](13)
  • 考虑上游溃坝洪水的水库漫坝失事模糊风险分析
    张锐,张双虎,王本德,王浩
    随着大江大河的规模化梯级开发,水库和电站的风险不再是单一工程风险,传统的"单库、定值"研究模式已难以满足当今水电站枢纽的安全风险分析需求。为此,本文将上游溃坝洪水的作用考虑到水库漫坝失事风险分析中,在具体评估水库承担的失事风险率时,基于现有的模糊风险分析模型尝试采用直角梯形模糊数描述水库漫坝失事的风险指标,结合α-截集技术将模糊集合转化为经典集合,提出基于直角梯形模糊数的水库漫坝失事风险分析模型。以某流域尚在筹建的水库为例进行研究,结果表明:(1)该模型能考虑多种不确定性因素影响的漫坝失事风险的可能状况,思路更接近于实际情况,其计算结果可为有关部门决策提供更多参考信息;(2)就研究对象而言,尽管考虑上游溃坝洪水时较高起调水位方案对应的漫坝失事模糊风险率均不同程度超出最大可接受风险,但只要做好预警工作并及时预泄水库蓄水就可以降低外部原因引起的漫坝失事风险,保障水库安全运行。
    2016  Vol.  47(4):    509-517    [摘要](105)    [PDF](20)
  • 固结应力状态对超深厚覆盖层深埋砂土动强度参数的影响
    杨玉生,刘小生,李小泉,刘启旺
    在室内固结不排水动三轴试验基础上,对较低有效固结应力到较高有效固结应力范围内超深厚覆盖层深埋紧密砂土的动强度特性进行了研究,重点研究了固结应力状态对动强度参数的影响。结果表明:(1)有效固结围压力对抗液化动剪应力比有明显影响,其影响随土类和相对密度的不同而不同,有效固结围压力越增大,抗液化动剪应力比越减小,相对密度越大,这种效果越明显;(2)有效固结应力比的影响规律比较复杂,在有效固结围压力较低时,抗液化动剪应力比随有效固结应力比的增大而越大,相对密度越大,这种效果越明显;在固结应力较高时,随有效固结应力比的增大,抗液化动剪应力比可能增大,也可能减小,主要取决于相对密度和有效固结应力比的大小;当紧密砂土在较高的有效固结应力下呈现剪胀时,抗液化动剪应力比随有效固结应力比的增大而增大;当紧密砂土在较高的有效固结应力下呈现剪缩时,抗液化动剪应力比随有效固结应力比的增大而减小;(3)对于中密和紧密砂土,在由剪胀到剪缩状态转变的过程中,存在一个剪胀与剪缩分界的临界固结应力状态,其对应的临界有效固结围压力随相对密度的增大而增大。
    2016  Vol.  47(4):    518-526    [摘要](59)    [PDF](6)
  • 闸控河段水质转化机制研究Ⅰ:模型研制
    窦明,米庆彬,李桂秋,张永勇
    从闸控河段水环境系统的复杂作用机理出发,提出在"水体-悬浮物-底泥-生物体"界面内开展水质多相转化研究的总体思路。综合运用环境水力学、吸附-解吸动力学、水生生物生长动力学等理论,推导了描述各种相态水质成分之间传质过程的数学表达式。以MIKE11模型为基础,建立了具有一定物理机制的闸控河段水质多相转化模型。结合2013年4月和2014年11月两次槐店闸调度影响实验数据,对水动力学模型和水质多相转化模型进行了参数识别和验证,并对实验期间溶解相和悬浮相物质的转化规律进行了分析。结果发现:水流流速和闸门调度方式对闸上和闸下断面各相水质浓度变化均有显著的影响,且闸门调度方式变化越频繁,水质多相转化越复杂。
    2016  Vol.  47(4):    527-536    [摘要](79)    [PDF](13)
  • 新疆膜下滴灌棉田暗管排盐的数值模拟与分析Ⅰ:模型与参数验证
    李显溦,左强,石建初,BENGALAlon,王数
    新疆地区广泛应用膜下滴灌技术进行棉花种植,易在膜下浅层根区(0~40cm)形成淡化区域,而深部根系层(40~60cm)却始终处于积盐状态,具有较大的积盐和返盐隐患。为了更为便捷地探索节水、高效的暗管排盐模式,在开展蓄水淋洗条件下暗管(埋深60cm、间距500cm)排水、排盐田间试验和分析建立相应数值模型的基础上,利用HYDRUS软件和田间试验数据对所建立的数值模型和水盐运动参数进行了校验,结果表明模拟值与实测值之间整体吻合较好,剖面土壤含水量分布的最大均方根差(RMSE)和最小决定系数(R2)分别为0.025cm3/cm3和0.88,含盐量分布的最大RMSE和最小R2分别为2.74g/kg和0.93,基本在可接受范围之内。尽管剖面土壤脱盐率可达77.5%,但绝大部分盐分都被淋洗至暗管以下土层,暗管排盐量十分有限,仅占60cm以上土体盐分总量的11.7%,因此有必要探索膜下滴灌棉田暗管排盐的改进模式或方法,以有效提高其排盐效率。本文所建立的数值模型和相关水盐运动参数可以较好地描述暗管排水、排盐过程中的土壤水盐动态,并进一步用于当地膜下滴灌棉田不同暗管排盐模式的数值模拟与分析,从而为新疆膜下滴灌棉田高效排盐模式的探索提供科学依据。
    2016  Vol.  47(4):    537-544    [摘要](78)    [PDF](11)
  • 长江中下游阻隔性河段特征及成因初步研究
    由星莹,唐金武,张小峰,李义天
    长江中下游长河段长时段的演变资料分析表明河势调整往往会向下游传递,但是部分河段却能阻隔这种河势调整的传递效应,称之为阻隔性河段。统计表明,阻隔性河段应同时具有单一微弯的平面形态、凹岸抗冲性较强且中上段无挑流节点、河宽随水位变化率不超过45等三个特征。进一步分析表明,这种河段具有阻隔性的根本原因是其能够归顺不同流量级的主流平面位置,使得无论上游河势如何调整,其出流的主流平面位置基本稳定,为下游河段提供相对稳定的入流条件。河道整治过程中,宜抓住有利时机塑造阻隔性河段效果,无阻隔性影响的长河段宜自上而下系统规划整治,对大幅度崩岸、滩体大幅萎缩等可能破坏阻隔性的变化应及时整治,防止阻隔性丧失。
    2016  Vol.  47(4):    545-551    [摘要](76)    [PDF](14)
  • 多年调节水库旱限水位优化控制研究
    彭少明,王煜,张永永,蒋桂芹
    在分析多年调节水库功能的基础上,辨析提出多年调节水库旱限水位的概念和内涵。基于最优控制理论和自适应技术,以干旱年份流域供水总收益最大为目标建立具有在线辨识、自动寻优的多年调节水库旱限水位最优控制模型,并引入人工鱼群智能求解算法,实现多年调节水库跨年度补水收益最大化和出库过程最优化。以黄河流域20世纪90年代连续干旱枯水时段为例,优化提出龙羊峡水库旱限水位控制方案,集成多年调节水库旱限水位控制策略。结果表明,通过龙羊峡水库旱限水位最优控制实施跨年度补水和蓄丰补枯,可增加干旱枯水年份的供水量,在一定程度上减轻流域旱灾损失。
    2016  Vol.  47(4):    552-559    [摘要](72)    [PDF](14)
  • 基于温度-应力试验的混凝土早龄期应变分离及热膨胀系数计算
    陈波,丁建彤,蔡跃波,张文潇
    针对采用标准试验方法难以测试早龄期混凝土热膨胀系数、难以分离温度应变与自生体积应变问题,本文利用温度-应力试验的特点,引入第一零应力时间作为有效应变测试的起测点;建立了以等效龄期作为时间尺度并考虑温度影响的混凝土自生体积应变的数学模型,实现了自生体积应变与温度应变的分离;提出分两阶段考虑早龄期混凝土的热膨胀系数,在升温阶段和降温阶段混凝土的热膨胀系数均为常数。
    2016  Vol.  47(4):    560-565    [摘要](49)    [PDF](4)
  • 地下式水电站调压室交通洞过渡过程中的风速模拟
    陈闯闯,杨建东,郭文成
    在考虑气体可压缩性的基础上,建立了地下式水电站调压室交通洞过渡过程中的气体运动数学模型,依据气体管道瞬变流的特征线法,提出了风速模拟的方法并编制了完整的模拟程序,通过与试验结果的对比验证了所提求解方法与模拟程序的适用性与合理性。然后分析了交通洞的体型(长度、断面积、倾角)对风速发展、分布及波动过程的影响,并从波动叠加的角度揭示了各因素的作用机理。结果表明:对于地下式水电站调压室交通洞在过渡过程中的风速的模拟,考虑气体可压缩性是必要的。交通洞断面的风速波动过程由低频质量波(基波)与高频弹性波(谐波)叠加而成。通气洞长度影响谐波的振幅和周期、断面积影响基波和谐波的振幅、倾角则仅影响谐波的振幅。
    2016  Vol.  47(4):    566-574    [摘要](58)    [PDF](7)
  • 考虑骨料级配的混凝土有效弹性模量预测模型
    李宗利,邓朝莉,张国辉
    在细观层次上,提出了一种考虑骨料级配预测混凝土弹性模量的多相混合夹杂模型。对连续级配骨料实现粒径区间分级,并求出每级粒径区间的平均骨料粒径。再结合广义自洽模型与Mori-Tanaka法多相夹杂公式,建立含不同粒径骨料夹杂的混凝土骨料级配模型。将该模型与单一粒径模型、Li模型进行比较分析,并用Stock试验相验证。结果表明:骨料级配、骨料间相互作用对混凝土弹性模量有较大影响,且骨料体积分数越大,其影响作用越显著。即使骨料体积分数较大,骨料级配模型也能得到较好预测精度。混凝土弹性模量随骨料级配曲线参数增大而增大,但随界面厚度增大而减小。
    2016  Vol.  47(4):    575-581    [摘要](68)    [PDF](8)
  • 永定河冲洪积扇地下水中硝酸盐来源的同位素识别
    贺国平,刘培斌,慕星,吴琼,刘明柱
    硝酸盐(NO3-)是北京地下水的主要污染物之一。本文分析了永定河冲积扇不同部位第四系地下水的水化学和氮、氧同位素特征,识别了地下水中NO3-的主要污染源,并定量评价了各种源的贡献。研究区地下水的NO3--N浓度介于1.32~37.44mg/L,80%的地下水样NO3--N浓度超过我国《生活饮用水卫生标准》(20mg/L)。地下水的δ15N-NO3-值介于+9.38‰~+16.96‰,均值12.87‰,δ18O-NO3-值介于+3.13‰~+21.18‰,均值+10.39‰,结合反硝化作用的识别,推断地下水中NO3-主要来自粪肥,部分来自NO3-化肥和大气降水。采用氮、氧同位素和物质平衡混合模型定量评价表明,粪肥对地下水NO3-的贡献为58%~81%,据此提出了保护和改善地下水水质的建议。
    2016  Vol.  47(4):    582-588    [摘要](73)    [PDF](13)

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