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  • 水利学报
  • 2017年 第48卷 第12期
  • 出刊日期:2017-12月-28日
《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。

2017年第48卷第12期

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  • 额尔齐斯河水库群多尺度耦合的生态调度研究
    邓铭江,黄强,张岩,张连鹏
    针对我国额尔齐斯河流域生态问题,给出了水库群生态调度的定义。以保障河流健康、河谷生态系统安全为目标,构建了宏观、中观、微观相互嵌套多尺度耦合的水库群生态调度体系;结合生态调度的原则和依据,建立了水库群多尺度耦合的生态调度多目标模型,以及水库群中长期、短期和实时生态调度模型;提出了多时间尺度耦合的水库生态调度技术、多目标非线性水库调度模型求解技术和生态系统漓漫灌溉技术;定义了漓漫灌溉,构建了生态漓漫灌溉系统。应用上述体系、模型和方法,计算结果表明,中长期调度方案能满足额尔齐斯河流域水资源综合利用各部门的供水量及保证率要求,尤其是满足河谷林草生态供水的破坏深度要求和最大连续缺水年数的限制;水库群实时生态调度模型的计算结果表明:模型计算的河谷林草、湿地的水库人工生态洪水过程与实测值比较接近,相对误差为0.04%,说明模型结果合理。实时监测了河谷林草的漓漫灌溉效果,包括范围、面积、水深等,监测结果表明:水库人工生态洪水过程基本满足河谷林草漓漫灌溉面积、水深等生态需水要求。研究成果对额尔齐斯河维持河流健康、保障生态安全、解决国际河流的水资源综合利用问题、发展水库群生态调度的理论和方法,具有重要的理论意义与应用价值,可供我国北方河流生态调度借鉴。
    2017  Vol.  48(12):    1387-1398    [摘要](353)    [PDF](333)
  • 水资源承载力理论基础探析:定义内涵与科学问题
    王建华,姜大川,肖伟华,陈琰,胡鹏
    水资源承载力是评判水资源与经济社会及生态环境之间是否协同发展的一项综合指标,研究水资源承载力对实现人水和谐具有重要的意义。在综述水资源承载力研究进展基础上,以现阶段人类活动对水资源要素利用和水资源系统扰动的主要方式为出发点,从水量、水质、水域空间和水流状态4个维度赋予了水资源承载力新的内涵,并基于新内涵构建了水资源承载力评价指标体系。认为在水量上应以保障生态用水为前提,确定地表水可利用量和地下水可开采量阈值;在水质上应满足水功能区划水质目标及生物多样性的需求,确定保障鱼类等正常生长的浓度阈值;在水域空间上应统筹考虑防洪、生态、景观等需求,确定不同降水条件下的适宜水域面积阈值;在水流状态上应侧重水系连通对水生态的影响,确定不同水系连通指标的阈值。最后,指出水资源承载力"量-质-域-流"四维演变机制、"水资源-经济社会-生态环境"系统的承载弹性阈值、经济社会发展与生态环境保护之间的"平衡点"以及水资源承载力调控机制是水资源承载力研究的四大关键科学问题。
    2017  Vol.  48(12):    1399-1409    [摘要](279)    [PDF](322)
  • 农田排水沟渠底泥-间隙水-上覆水氮磷迁移转化规律研究
    王晓玲,郑晓通,李松敏,张福超
    研究氮磷在底泥、上覆水以及两者间交换介质-间隙水三者之间的迁移转化规律对控制农业面源污染具有重要科学意义。本研究对降雨和无降雨情况下氮磷在沟渠底泥、间隙水和上覆水间的迁移转化规律进行了分析;同时,对扫描电子显微镜(SEM)下底泥颗粒的微观形貌进行了观测。结果表明:在水稻生长前期氮磷被吸附贮存在底泥中,中后期被再次释放出来;在整个水稻生长期内,间隙水的总氮、总磷浓度约为上覆水的3.1和6.5倍,氮主要以NH4+-N形式存在;在降雨过程中,沟渠底泥成为氮磷释放的源,NH4+-N为氮的主要迁移形态,上覆水中NH4+-N逐渐向NO3--N转化,颗粒态氮磷对TN、TP流失有较大影响;沟渠底泥颗粒表面粗糙、具有一定的微孔结构,为底泥吸附氮磷提供了条件。
    2017  Vol.  48(12):    1410-1418    [摘要](117)    [PDF](112)
  • 曝气生物滤池处理农村生活污水效率与微生物群落分析
    李斌,杨继富,赵翠,纪雪梅
    以北京大兴区农村生活污水为处理对象,设计了4个反应柱,研究了3种填料结构、2种气水比条件下曝气生物滤池(BAF)对农村生活污水处理效率及微生物群落的影响。结果表明:①1#、2#、3#柱气水比相同、填料结构不同,BOD5、CODCr和氨氮的去除率达到84.51%~96.49%;4#柱与2#柱填料结构相同,但气水比小,BOD5和CODcr处理效果差;4个柱TP的去除率低,需要强化除磷。②1#、2#、3#柱OTU数量差异很小,说明微生物种类数量基本相同;2#柱特有OTU数远大于4#柱,说明填料结构相同条件下较大气水比有利于增加微生物种类。③1#、2#、3#柱优势菌群主要有6种,在不同高度的优势菌群种类基本相同,但数量上有所差异;仅变形菌门中可能含有聚磷菌,这也是除磷效果差的原因之一。
    2017  Vol.  48(12):    1419-1428    [摘要](100)    [PDF](100)
  • 平原河网区水系连通改善水环境效果评估
    崔广柏,陈星,向龙,张其成,许钦
    河流水系是城市重要的资源和环境载体,经济社会快速发展的同时,城市发展与水环境保护之间的矛盾日益突出,尤其是平原河网地区,由于地貌条件制约,城市河道水环境改善难度大。城市水系的可持续发展将直接关系到城市乃至整个社会的健康发展,贯彻现代水系治理思路,通过水系连通促进水环境的改善成为城市治水的重要一环。论文选择常熟市城区作为研究区,以引水实验与水量水质模型作为技术支撑,找出水系连通改善水环境的关键问题,基于此整合水系结构连通性与水力连通性概念,提出水系连通度评价方法。引水实验成果表明,骨干河道水流交换通畅,重要河道水质在引水实验中改善率平均在20%~30%,但主城区河道存在连通受阻。河道连通性的提升与水利工程的合理调度对于以水环境改善为目标的连通体系有着重要影响,以本文两个连通情景为例,河道的整治使得结构连通性增强,河道水质平均改善率提升至30%~50%。从连通性指数的变化来看,结构性连通的提升提高了调水效率,极大地促进了水力连通与水质改善。论文建立的水系连通改善水环境的方法体系能够为水系连通决策提供理论依据,对我国城市水系连通实践提供参考。
    2017  Vol.  48(12):    1429-1437    [摘要](167)    [PDF](189)
  • 预应力钢筒混凝土管结构变形规律的原型试验研究Ⅰ:内压
    窦铁生,程冰清,胡赫,夏世法,杨进新,张奇
    为研究预应力钢筒混凝土管在极限内水压作用下的承载能力和破坏机理,对内径2.6 m埋置式预应力钢筒混凝土管原型管进行了内水压试验,试验在国内外首次采用BOTDA和FBG光纤传感技术,并将光纤在PCCP制造过程中植入钢筒表面,在加载过程中连续测试PCCP各层结构的应变响应。通过深入分析测试数据发现,试验管内压在0~1.8 MPa时管道受力均匀,各层结构变形较协调一致并共同抵御内压,内压大于1.8 MPa时砂浆和管芯混凝土发生开裂。钢筒和预应力钢丝在加压过程中的变形规律基本一致,屈服内水压力均为1.8 MPa。钢筒内侧管芯混凝土开裂后通过钢筒传递径向应力,内水压力由预应力钢丝承担。原型试验不但获得了PCCP各层结构在内水压力作用下的受载响应规律,确定了管体各层材料开裂和屈服荷载,而且为PCCP结构深层次的基础理论研究和工程应用提供了宝贵的试验资料。
    2017  Vol.  48(12):    1438-1446    [摘要](107)    [PDF](107)
  • 沼蛤侵蚀对混凝土的性能损伤试验研究
    姚国友,徐梦珍,安雪晖,严振瑞,秦晓川
    沼蛤侵蚀给混凝土带来的性能影响对防治措施的选择与决策具有重要的参考意义。对于受侵蚀1年的自制试件和受侵蚀20余年的现场芯样,本文采用浸泡增重法、压汞法、场发射环境扫描电镜法和热重法分别测试了有贝附着组和无贝对照组的表层吸水率、表层孔隙特征与孔径分布、表层形貌和成分变化,以及表层钙成分含量变化这4个指标,研究了沼蛤侵蚀混凝土前后以及侵蚀时间对微观性能的影响。定量分析表明:沼蛤附着侵蚀混凝土后,混凝土不同尺寸的孔隙均有增加,同时表观密度分别下降了13.5%(侵蚀1年)和19.5%(侵蚀20余年),表层吸水率分别增加了82%(侵蚀1年)和101%(侵蚀20余年),混凝土表面的铝元素、铁元素和锰元素大幅增加,钙元素尤其是碳酸钙流失严重,分别减少了41.7%(侵蚀1年)和82%(侵蚀20余年)。因此,沼蛤的侵蚀会造成混凝土的微观性能损伤,受侵蚀时间越长,性能损伤越严重。
    2017  Vol.  48(12):    1447-1455    [摘要](90)    [PDF](76)
  • 与鱼道水力设计相关的草鱼幼鱼游泳行为特性研究
    曹平,穆祥鹏,白音包力皋,王秀英,陈云飞
    在25±0.5℃水温条件下,针对体长在5.0~16.0 cm范围内的草鱼幼鱼,利用鱼类游泳行为测试水槽研究了与鱼道水力设计密切相关的草鱼幼鱼游泳特性指标和游泳行为,结果表明该体长范围的草鱼幼鱼平均感应流速为12.84 cm/s,突进游泳速度随着体长增加而线性增加,相对突进游速随着体长增加而线性减小,突进游速约为临界游速的1.05~1.28倍,而且鱼体越长,突进游速超出临界游速就越多。在突进游速试验过程中分析了流速快速变化对鱼类游泳行为的影响,发现试验鱼在适应流速变化过程中,顺流而下、逆流静止、逆流冲刺、逆流后退4种游泳行为相互穿插,并根据鱼类游泳状态的变化,将整个流速递增的游泳过程分为4个阶段,提出以草鱼为过鱼对象的鱼道池室主流最大流速不宜超过第1阶段的最大流速(草鱼幼鱼突进游速的52%~60%),对于竖缝、孔口等鱼道的高流速区,其最佳流速不应高于第2阶段的最大流速(突进游速的76%~79%),绝不可超过第3阶段的最大流速(突进游速的90%~96%)。研究成果补充了四大家鱼游泳特性指标,可为鱼道设计提供水力设计参数。
    2017  Vol.  48(12):    1456-1464    [摘要](91)    [PDF](81)
  • 冲积河流沙质河床推移质级配分布规律
    张罗号,张红武,赵晨苏
    推移质级配是进行推移质输沙率、河床冲淤等计算模拟的重要条件。本文从分析沙质河床近壁紊动源区内泥沙运动临界图景入手,运用瞬时动量对撞平衡原理得到推移质泥沙临界运动条件,并基于垂向瞬时紊动速度所具有的高斯分布规律,求解随机方程,建立了理论性较强的沙质河床推移质颗粒级配计算公式。黄河与长江的实测资料检验结果表明,本文提出的公式能同天然沙质河床推移质实测资料符合,因而对于确定冲积河流沙质河床推移质泥沙级配具有重要的理论意义和实用价值。
    2017  Vol.  48(12):    1465-1472    [摘要](88)    [PDF](89)
  • 水文序列跳跃变异点的滑动相关系数识别方法
    吴子怡,谢平,桑燕芳,雷旭,袁树堂,王超
    跳跃变异点识别与检验是处理非一致性水文序列的首要工作。针对目前方法未能直观反映序列跳跃变异实质的缺陷,本文通过推求原始序列与跳跃成分序列的相关系数表达式,构建其与跳跃变异前后均值差异程度的关系,在此基础上提出水文序列跳跃变异点的滑动相关系数识别与检验方法。统计实验结果显示:所提方法易于操作且容易求解,在受到序列长度、变异点位置、均值变化系数、Cv变化系数与Cs变化系数等多种因素影响时,其变异点识别效率与常用的Pettitt检验法、B-F检验法基本相同,但性能更加稳定。将所提方法应用于澜沧江下游允景洪水文站不同时间尺度的径流序列进行跳跃变异点识别与检验,并结合物理成因分析进行验证,结果显示了该水文站径流过程受其上游水利工程施工与运行影响很大,云南省境内澜沧江干流梯级水电站的调蓄作用(特别是年内的"削丰补枯"作用)十分明显,导致不同时间尺度上的径流过程多在2004年前后呈现出显著的跳跃变异。
    2017  Vol.  48(12):    1473-1481,1489    [摘要](142)    [PDF](172)
  • 干燥再淹没对细颗粒床沙磷吸附特性的影响研究
    李青霞,唐洪武,袁赛瑜
    河流水位变动会使部分床沙经历干燥再淹没,改变床沙吸附特性。本文选取淮河中游细颗粒床沙(<31 μm),通过对比原始湿沙和风干沙的粒径和不同振荡强度下的磷吸附特性,探究考虑水动力条件下干燥再淹没对细颗粒床沙吸附特性的影响。结果表明,湿沙干燥后吸附能力下降,零净吸附磷浓度(EPC0)增大,易成为磷释放源。湿沙在干燥过程中会黏聚形成微团聚体,再淹没后起悬条件发生改变。随着水动力强度的增大,微团聚体会发生分散,使水沙接触面积增大,导致干湿泥沙不同动力条件下吸附特征差异显著。水动力强度和初始磷溶液浓度越低,干湿泥沙吸附特征差异越显著。水位变动改变了床沙对磷的吸附特征,是评估床沙对水环境调节作用的重要因素。
    2017  Vol.  48(12):    1482-1489    [摘要](84)    [PDF](81)
  • 关于海绵城市两种降雨控制模式的讨论
    王家彪,赵建世,沈子寅,王浩,雷晓辉
    我国《海绵城市建设技术指南-低影响开发雨水系统构建(试行)》采用降雨总量控制模式以实现径流总量控制目标,但降雨总量控制率并不等同于径流总量控制率,降雨控制需将降雨转换成径流后才能与径流控制对应。按美国EPA提出的降雨场次控制模式进行设计,其降雨场次控制率等于径流场次控制率,降雨控制与径流控制直接对应。为此,本文开展了关于海绵城市建设中两种降雨控制模式的讨论。论文首先对两种降雨控制模式内涵进行了解析。然后以北京、武汉、广州为代表比较了两种不同控制模式下的城市产流雨量设计结果。研究表明,两种降雨控制模式其设计降雨量具有一定对应关系,但概念上应有所区别;相同控制条件下,按降雨总量控制的设计降雨量要明显高于按降雨场次控制,但两种模式下的最优控制率差异并不大;总量控制模式能较好地反映城市年均产流水平,有利于雨水利用目标实现,而场次控制模式则更能代表城市对场次降雨的消纳能力,有利于径流污染控制目标的实现。
    2017  Vol.  48(12):    1490-1498    [摘要](213)    [PDF](182)
  • 考虑地震与溃坝洪水共同作用的土石坝坝坡稳定分析方法
    陈玺,孙平,李守义,冯上鑫,黎康平
    地震与洪水作用是影响土石坝坝坡稳定的主要因素,在梯级水库中,上游溃坝洪水的影响尤为显著。以上一梯级溃坝洪水引起的坝前水位变化模拟洪水作用,提出在毕肖普法基础上,考虑坝体材料变异系数,大坝遭遇上游溃坝洪水与地震共同作用时的坝坡稳定分析方法。以"卜寺沟-双江口"两梯级为例,假定卜寺沟发生溃坝,进行下游梯级"双江口"下游坝坡稳定的可靠度风险分析。计算结果表明,双江口在遭遇上游溃坝洪水和地震的极端情况下,下游坝坡失效概率为1.571×10-6,对应的可靠度指标为4.667,满足规范对I级建筑物发生二类破坏的要求。
    2017  Vol.  48(12):    1499-1505    [摘要](110)    [PDF](104)

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