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  • 水利学报
  • 2016年 第47卷 第5期
  • 出刊日期:2016-5-28
《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5期

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  • 胶凝砂砾石坝抗震特性及其地震作用计算方法
    何蕴龙,张劭华,石熙冉
    胶凝砂砾石坝具有独特的结构型式,且由低强度材料填筑而成,因此其动力特性和抗震性能具有独自的特征。采用时程动力法,计算分析了胶凝砂砾石坝的动力特性及地震响应规律,探讨了坝体材料、基岩刚度以及坝高变化对该类大坝地震动力响应的影响规律。研究结果表明,与同等高度混凝土重力坝相比这种坝的地震动力响应明显较小,即使在强震作用下,坝体地震动应力仍处于较低水平;胶凝砂砾石坝具有明显不同于重力坝的动力特性和地震响应规律,按现有重力坝拟静力法不能正确计算胶凝砂砾石坝的地震作用效应。在大量分析成果的基础上,研究提出适用于该坝的地震动态分布系数和动水压力分布系数计算方法,可方便用于坝体地震惯性力和坝面动水压力的计算,为采用拟静力法进行该坝抗震设计工作提供了参考依据。
    2016  Vol.  47(5):    589-598    [摘要](92)    [PDF](13)
  • 含隐患土石堤坝的三维波场数值模拟及其特征分析
    赵明阶,邹颖,张欣
    含隐患土石堤坝的三维波场特征分析,是利用波动测试信号反演识别土石堤坝内部隐患的前提和基础。为了获得含不同类型隐患的波场特征和波动测试信号的畸变规律,本文采用有限元数值方法对含隐患土石堤坝的三维波场进行模拟分析,结果表明隐患体的位置与堤坝表面接收到的波场信息有密切相关性,隐患正上方测点的时程曲线相位与测线上其他测点的时程曲线相位具有明显差异,且散射波起跳时间较周围测点提前,据此可初步判断隐患体沿测线方向的位置。为验证这一波场特征,采用模型试验对无隐患土石堤坝和含渗漏通道的土石堤坝分别进行了波动测试试验,结果表明:坝顶同一测线接收到的波动信号,对于无隐患堤坝仅存在直达波;对于含隐患体堤坝,由于散射波与直达波的叠加,在含隐患测点上方的波动信号发生畸变,发生信号畸变的测点与实际设置隐患位置完全对应。由此可见,数值模拟结果与试验结果在反应隐患的位置和波动测试信号特征上具有相同的变化规律。
    2016  Vol.  47(5):    599-607    [摘要](55)    [PDF](4)
  • 灌溉农业的地下水保障能力评价方法研究——黄淮海平原为例
    张光辉,费宇红,王茜,严明疆,田言亮
    在我国北方粮食主产区,尤其黄淮海平原农业区,地下水是农业灌溉的重要水源,地下水超采状况与灌溉农业对其依赖程度和地下水保障能力密切相关。本文以黄淮海平原为例,通过农业灌溉用水强度与降水量和农作物播种强度之间关系研究,以及灌溉农业用水对地下水依赖程度和对地下水超采影响特征研究,提出灌溉农业的地下水保障能力相应概念和评价方法。应用结果表明:(1)采用灌溉农业用水对地下水依赖程度、地下水对灌溉农业用水保障程度和灌溉农业的地下水保障能力的评价理论方法,能够客观阐明灌溉农业用水对地下水依赖状况、地下水保障能力的区域分布特征及其成因;(2)黄淮海平原西北部灌溉农业的地下水保障能力较弱,尤其河北平原已处于“难以保障”或“无法保障”状态;而黄河以南地区的地下水保障能力较强。
    2016  Vol.  47(5):    608-615    [摘要](70)    [PDF](12)
  • 新疆膜下滴灌棉田暗管排盐的数值模拟与分析Ⅱ:模型应用
    李显溦,左强,石建初,BENGALAlon,王数
    为了降低新疆地区盐碱棉田根区土壤盐分含量,尤其是排走长期使用膜下滴灌技术造成的下部根系层(40~60 cm)累积盐分,针对当地实际情况设计了2种改进排盐模式,分别是淋洗防渗排盐模式(情景1)和暗管局部冲洗排盐模式(情景2),利用经过校验的模型和参数对不同模式下暗管排水、排盐动态过程进行模拟。情景1在暗管下方铺设一定宽度(Lf,分别设定为20、50、100、250和500 cm)的防渗材料以增加汇流面积,提高排水、排盐量;情景2 先通过暗管直接供水湿润周围土壤,达到设定时间(Ti,分别设定为0.25~10 d 的9 种情形)后停止供水,然后再通过暗管进行排水、排盐,以期利用较小的冲洗定额达到排盐的目的。对情景1进行模拟时,以0~40 cm和40~60 cm土壤含盐量分别低于3 g/kg和6 g/kg作为结束淋洗的标准进行对比分析,结果表明:当暗管处于非饱和区域、下方无防渗处理(传统暗管排盐模式)时,其排盐率仅为9.8%,单方水的排盐效率约1.86 kg/m3;在暗管下方进行防渗处理有利于增加暗管排盐量,排盐率可达11.9%~32.1%,排盐效率可提高至2.27~3.15 kg/m3;然而,随着Lf 增加,施工难度和成本均会大幅上升,尤其是当Lf >100 cm,单方水排盐效率的提高程度却较为有限,因此建议Lf 在100 cm 以内。而采用暗管供水进行局部冲洗(情景2)时,即使在暗管下方进行防渗处理,其单方水的排盐效率最高也不超过0.6 kg/m3,整体表现并不理想,在新疆地区使用不太现实。
    2016  Vol.  47(5):    616-625    [摘要](63)    [PDF](7)
  • 水文变异下淮河长吻鮠生境变化与适宜流量组合推荐
    孟钰,张翔,夏军,吴绍飞,王俊钗,Christopher J. Gippel
    以淮河干流鱼类长吻鮠为保护目标,建立长吻鮠分时期生态需求与流量之间的概念性模型。对FLOWS法进行改进,加入水文变异前后长吻鮠生态环境对比分析,根据分析结果推荐一组适于长吻鮠生长繁殖的流量组合。结果表明,在环境流量成分的对比分析中,变异前的高脉冲流量历时长、发生时间合适,变异后发生洪水的频率增高,变异前的流量更适于长吻鮠的生长繁殖;在相关水力参数满足程度的对比分析中,在长吻鮠生长繁殖的各个时期,变异前的流量条件均优于变异后。选取变异前的平水年1970年的流量作为基础,推荐适宜流量组合,即产卵期的流量为545~1 212m3/s,幼鱼索饵期应大于1 750 m3/s,越冬期应大于等于74 m3/s。该研究可为保护淮河珍稀物种,为淮河生态调度提供依据。
    2016  Vol.  47(5):    626-634    [摘要](75)    [PDF](15)
  • 闸控河段水质转化机制研究Ⅱ:主导反应机制
    窦明,米庆彬,李桂秋,张永勇
    根据前文提出的闸控河段水质多相转化模型,设置不同的水闸调度情景,进一步开展在不同水闸调度情景下的水质浓度数值模拟;引入“贡献率”的概念,定量评估水闸调度在水质多相转化过程中所起的作用大小,分析水闸调度对水体中各种反应机制的驱动作用,识别其中的主导反应机制。通过分析发现:水闸调控对水质多相转化的贡献率随着闸门调度方式的改变而变化,且水质转化表现出不同的主导反应机制;当闸门维持小开度放水时,吸附、沉降等作用的主导性显著增强,而闸门维持大开度放水时,解吸、再悬浮等作用主导性显著增强;不同反应之间的主导性强弱在闸门调控方式的改变下交替变化。
    2016  Vol.  47(5):    635-643    [摘要](47)    [PDF](4)
  • 砂岩在化学腐蚀和冻融循环共同作用下力学特征劣化的试验研究
    韩铁林,师俊平,陈蕴生
    通过冻融循环试验的方法,研究砂岩在不同化学溶液下经冻融循环后的损伤劣化机制和力学特性,分析了砂岩在不同化学溶液中经历不同冻融循环次数后,单轴压缩和三轴压缩下力学性能的变化规律;初步分析了化学腐蚀和冻融循环共同作用对砂岩的损伤劣化机理;同时,定义了损伤变量来定量分析砂岩的损伤劣化程度。试验结果表明:浸泡在0.1 mol/L(H2SO4)、0.1 mol/L(NaOH)和pH=7.0蒸馏水中,随着冻融循环次数的增加,砂岩试样的峰值强度和弹性模量均呈指数函数劣化,而其轴向峰值应变却呈指数函数增加。砂岩的损伤程度随着冻融循环次数的增加而逐渐增大;在H2SO4溶液中砂岩的损伤劣化程度大于NaOH和pH=7.0蒸馏水;H2SO4溶液加剧了砂岩的冻融损伤劣化,而0.1 mol/L(NaOH)溶液对砂岩试样的冻融损伤劣化却有一定的抑制作用。化学腐蚀和冻融循环共同作用下,水化学溶液虽然在一定程度上缓解冻融循环所引起岩石的损伤劣化,但同时岩石遭受着水化学溶液的腐蚀作用;水化学溶液与冻融循环的共同作用对岩石的损伤劣化是相互促进的,共同影响着砂岩的损伤劣化。
    2016  Vol.  47(5):    644-655    [摘要](55)    [PDF](7)
  • 汶川地震中沙牌拱坝震情验证研究
    涂劲,李德玉,张翠然,王海波
    本文针对汶川地震中沙牌拱坝的抗震表现,从推求坝址地震复原波、测定坝体混凝土材料实际强度两个方面力求使地震反应分析中的计算条件接近汶川地震中沙牌拱坝的实际情况,并在计算分析中通过调整拱坝接缝的初始强度取值,比对沙牌拱坝在汶川地震震后调查所体现的震损情况以推断震时实际的缝面强度。计算分析与实际抗震表现均验证了沙牌拱坝-地基体系具有较高的实际抗震能力,依据沙牌拱坝抗震表现分析了高拱坝体系较高抗震潜能的主要来源,说明遵照我国抗震规范精心设计施工的高拱坝—地基体系具有较大的抗震潜能。
    2016  Vol.  47(5):    656-662    [摘要](49)    [PDF](3)
  • 水库移民满意度影响因素实证分析
    邱元锋,孟戈,WEIYongping,姚凯文
    以湖北丹江口水库(以供水为主,南水北调源头水库)、湖南涔天河水库(以灌溉为主)、四川亭子口水库(以防洪为主)这3个不同类型的水库移民样本户为案例,通过农户访谈和问卷调查,分别抽样1 031户、697户和683户。以移民满意度为因变量,以移民户特征、移民家庭收入支出情况、移民生产条件、移民生活条件、社会条件、资源条件和环境条件等7大类32个指标为自变量,运用Logistic回归模型,对不同库区水库移民满意度及其影响因素进行了实证分析,提出以少儿抚养比、老年抚养比、家庭经营性纯收入、工资性收入、转移性纯收入、财产性收入、可灌溉比例、耕地半径、人均住房面积、人均水资源量、绿地覆盖率和水土流失率等指标内容,更加全面地体现影响移民满意度的关键因素,结果可以反映出移民满意度在不同类型水库移民中的差异。
    2016  Vol.  47(5):    663-673    [摘要](61)    [PDF](9)
  • 荷载和环境共同作用下混凝土中氯离子传输的试验研究
    付传清,屠一军,金贤玉,张俊芝,闫东明
    荷载和环境作用影响着混凝土中的氯盐传输过程和混凝土结构的服役寿命。采用弹簧加载系统对8根钢筋混凝土梁施加极限抗弯承载力28%、22%、16%和10%的持续弯曲荷载,并测定混凝土梁跨中部位的局部应变;氯盐侵蚀试验在多功能人工模拟环境试验箱中进行,4根混凝土梁置于5%的NaCl溶液并在环境温度为50 ℃下进行浸泡试验,其余4根钢筋混凝土梁在全自动干湿循环试验箱中进行干湿循环试验,干燥过程中环境相对湿度为60%。氯盐侵蚀60 d后对混凝土梁受拉区和受压区取粉分析氯离子浓度。结果表明:与未承受荷载混凝土试件的氯离子传输速率相比,拉应变达到526με时氯离子扩散系数达到未承受荷载时的2.4倍,压应变达到90 με时氯离子扩散系数无明显改变,而当压应变达到175 με 时氯离子扩散系数降低为无荷载作用时的0.4倍,拉应力加速了氯离子的传输速率,而压应力在一定范围内能够抑制氯离子的传输;且干湿循环条件下混凝土的氯离子传输速率明显高于浸泡条件的混凝土。“拉应力+干湿循环”条件对氯离子的传输影响最大;混凝土局部应变与氯离子扩散系数的相关性较好,能够反映荷载作用对氯盐传输的影响。在一定应变范围内,氯离子扩散系数随拉应变的增大而提高,随压应变增大而降低。
    2016  Vol.  47(5):    674-684    [摘要](52)    [PDF](9)
  • 跨界河流合作中的囚徒困境与合作进化的实现途径
    钟勇,刘慧,田富强,林木
    伴随人口增长和气候变化,水资源的稀缺性日益突出,跨界河流的水资源开发与利用越来越成为国家和地区之间既敏感又棘手的难题。跨界河流水资源的激烈争夺符合“囚徒困境”的博弈情势,本文探讨了将互惠策略应用于解决跨界河流囚徒困境问题的思路,论证水资源互惠合作的可行性和必要条件。以非洲尼罗河为例,分析了跨界河流水资源合作存在的挑战和实现互惠合作的途径;以北美哥伦比亚河为例,分析了跨界河流水资源开发利用中实现合作进化的可行性。案例分析表明,跨界河流水资源的合理开发不仅使上下游国家共同受益,而且是促进流域内利益相关方在政治和经济等领域实现合作进化的重要媒介。互惠策略的成功实践对于制定我国与跨界河流利益相关国家水资源领域的合作政策具有借鉴意义。
    2016  Vol.  47(5):    685-692    [摘要](66)    [PDF](6)
  • 封冻期冰塞堆积演变的试验研究
    王军,章宝平,陈胖胖,刘涛
    冬季北方河流中经常出现冰塞现象,极易诱发凌洪灾害。冰塞厚度是冰情预测工作的重要组成内容,不同冰塞演变过程中的冰厚研究成果尚不完善。借助水槽试验,通过改变水流与冰流量条件,对冰塞的堆积演变过程进行了试验研究。结果表明:冰塞堆积演变存在两种不同的顺序,不同的顺序对应不同的厚度变化过程,形成的冰塞分别是以水力增厚为主和以力学增厚为主。这一研究发现可为冰厚计算公式的选取提供有效的技术支撑
    2016  Vol.  47(5):    693-699    [摘要](40)    [PDF](3)
  • 气垫式调压室稳定断面积研究
    李玲,陈冬波,杨建东,刘梅清
    基于刚性水锤理论,考虑了压力管道的水流惯性及实际水轮机特性和调速器作用,运用稳定性理论,推导了气垫式调压室临界稳定断面积的详细公式。在此基础上分析最不利稳定断面积的取值,根据近年来国内十个不同水头段引水式水电站的资料,进行该公式各项参数的统计分析。结果表明:气垫式临界稳定断面详细公式主要由考虑水轮机特性的引水隧洞水流惯性项Fth1、压力管道项Fth2 及调速器特性项Fth3 三部分组成,在形式上与常规调压室一致,区别仅在于(1+m×p0/l0)倍的系数关系。气垫式调压室最不利稳定断面积取决于最大水头与设计水头之间的某个既能满足(1+m×p0/l0)较大,也能满足e >1的水头。随着电站设计水头的增大,系数(1+m×p0/l0)的值也呈线性增大趋势,不能笼统地判断气垫式调压室适用于高水头水电站,应根据电站的工程规模作进一步详细论证。
    2016  Vol.  47(5):    700-707    [摘要](50)    [PDF](4)
  • 基于Nash 瞬时单位线法的渗透坡面汇流模拟
    申红彬,徐宗学,李其军,张书函
    基于Nash瞬时单位线法,结合Horton土壤入渗经验模型,并考虑植被对降雨的截流作用,建立了渗透坡面汇流计算的数学模型。以矩形坡面为研究对象,基于其汇流时间-面积特性,结合等流时线法,推导建立了Nash瞬时单位线参数nK 的确定方法。其中,参数n 的值为1.0,K 的值与坡面汇流时间相等,相当于单一线性水库。应用本文建立的模型,对林地渗透坡面降雨径流进行计算,并与实测值进行比较。结果表明,计算值与实测值的变化趋势基本吻合,初步验证了本文方法的合理性。
    2016  Vol.  47(5):    708-713    [摘要](63)    [PDF](8)

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