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  • 水利学报
  • 2019年 第50卷 第9期
  • 出刊日期:2019-09-30
《水利学报》创刊于1956年,是中国水利学会、中国水利水电科学研究院、中国大坝工程学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。

2019年第50卷第9期

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  • 先导活塞式泄压阀的运动规律
    杨开林
    先导活塞式泄压阀是一种新型的防水击危害的安全阀,但理论研究尚不成熟。本文系统地考虑了影响先导活塞式泄压阀运动的各方面因素,包括水压力、运动部件的重力、弹簧力、活塞环摩阻力和渗漏等,基于结构运动力学和水力学原理,得到了主阀启闭速度与液压传动系统流量的函数关系,建立了描述主阀启闭速度与时间关系的运动方程。然后,通过对主阀关闭运动方程的解析,修正了现有活塞渗漏流量的计算公式,提出了合理选择活塞直径与主阀瓣直径以减小水压变化对关闭过程影响的方法,进而解析得出主阀关闭速度、行程、关闭时间的计算公式。最后,通过数值实例检验了解析式的准确性,并计算分析了一些关键参数对泄压阀开启和关闭的影响。本文主阀运动规律也适用于活塞式压力波动预止阀。
    2019  Vol.  50(9):    1039-1051    [摘要](41)    [PDF](29)
  • 压-剪复合应力下非球形颗粒材料空心圆柱剪切试验的离散元模拟
    史旦达,王威,薛剑峰,邵伟
    采用离散元模拟平台PFC3D构建空心圆柱型数值试样,分析了压-剪复合应力条件下非球形颗粒材料数值试样的宏细观力学响应,重点探讨了颗粒形状和围压对数值试样初始变形模量、抗剪强度、剪切带倾角和组构各向异性演化的影响。结果表明:在保持大主应力方向角α=30°不变的单调剪切条件下,数值试样的初始变形模量能够反映实际砂土的压硬性规律,也即初始变形模量随着围压的增大而增大。数值试样的峰值内摩擦角随着颗粒长短轴比Se的增大而增大,且随着围压的增大而减小。数值试样的剪切带倾角在16°~25°范围内,且随着Se的增大,剪切带倾角越大。无论接触法向初始各向异性分布如何,随着剪切荷载的施加,接触法向各向异性的主方向均逐渐接近大主应力方向,也即试样发现明显的应力诱发各向异性,且在低围压下这一规律更为显著。
    2019  Vol.  50(9):    1052-1062    [摘要](38)    [PDF](19)
  • 不同VC值下基于压实功的RCC碾压参数控制标准确定方法
    刘东海,孙龙飞,夏谢天
    碾压混凝土(RCC)的压实质量主要由VC值及各施工碾压参数(碾压机静压力、激振力、行驶速度、碾压遍数等)控制。若对单个碾压参数分别加以控制,不但会增加控制难度,而且由于现场施工情况的多变性,不易保证压实质量。本文基于压实功这一综合反映施工碾压参数的指标,利用自主研制的多参数可调式RCC碾压模拟试验装置,开展了不同VC值下RCC碾压试验,分别建立了考虑VC值的改进单位体积压实功与RCC本体压实密度、改进单位面积压实功与层面抗剪强度比的关系模型,进而提出了基于压实功的不同VC值下碾压参数控制标准的确定方法。结果表明:所建立的关系模型相关性良好,利用提出方法确定的碾压遍数标准与实际施工基本一致,从而可为应对现场VC值变化情况下的RCC碾压参数的动态调整提供依据和途径。
    2019  Vol.  50(9):    1063-1071    [摘要](24)    [PDF](16)
  • 不同水文年型海绵城市径流总量控制率特征研究
    刘家宏,丁相毅,邵薇薇,杨志勇,梅超
    国家海绵城市试点已进入验收阶段,径流总量控制率是建设效果评估的关键指标之一。海绵城市建设技术指南中给出了径流总量控制率的计算方法,但它是通过长序列(一般30年以上)降雨数据排序计算得到的,是反映了长期降雨规律的一个综合平均值。海绵城市考核的年份往往对应具体的水文年型,用统一的综合平均值去考核具体的水文年型,在丰水年标准偏严,在枯水年偏松,不能客观反映海绵城市的建设效果。本文定量分析了海绵城市径流总量控制率的年际变化特性和概率分布特征,基于海绵城市建设技术指南核算了特定年份径流总量控制率的客观指标,可为海绵城市建设效果的考核提供参考依据。
    2019  Vol.  50(9):    1072-1077    [摘要](39)    [PDF](26)
  • 植被覆盖结构对坡面产流产沙的影响及调控机制分析
    杨春霞,姚文艺,肖培青,秦东远
    利用野外模拟降雨试验,以自然修复草本植被完整覆盖、地表覆盖、高层覆盖和无覆盖有根系等4种不同垂直覆盖结构为研究对象,分析了植被不同垂直结构对坡面产流产沙的影响作用。研究表明:(1)不同垂直覆盖结构条件下的坡面产流产沙特征差异明显,以无覆盖有根系坡面作对照,完整覆盖、地表覆盖及高层覆盖结构减流率分别为91.12%、83.28%和61.55%,减沙率分别为98.71%、96.10%和64.69%,完整覆盖结构对产流产沙过程的抑制作用最强;(2)试验条件下,植被完整覆盖、地表覆盖和高层覆盖可截留降雨1.85、1.01和0.84 mm,场次降雨截留率分别为1.73%、1.09%和0.90%;(3)坡面径流特征与植被覆盖结构有关,试验条件下,与无覆盖有根系坡面相比,完整覆盖、地表覆盖、高层覆盖坡面流速分别降低66.69%、53.47%和19.21%,径流深降低66.70%、51.17%、39.38%。植被垂直结构是影响坡面产流产沙的重要因素,仅用单一的覆盖指标难以充分反映植被对水沙的调控作用。研究成果对于定量评价不同植被覆盖结构的减水减沙作用有参考价值。
    2019  Vol.  50(9):    1078-1085    [摘要](28)    [PDF](21)
  • 深水航道整治丁坝群对鱼类生境的影响
    常留红,徐斌,张鹏,汤薇
    航道整治丁坝群一定程度上改变了局部水动力条件,从而对鱼类的生境也产生了影响。依托长江12.5 m深水航道整治工程,选择仪征水道整治工程为典型河段,建立二维数值模型,分析了三种典型工况下整治丁坝群实施前后研究河段的水流特性变化,基于对鱼类生境需求的调查分析的基础上,探讨了丁坝群对鱼类产卵场、索饵场、越冬场和洄游通道的影响及成因,揭示了潮汐河段航道整治丁坝群对鱼类"三场一通道"的影响规律。研究表明:丁坝群附近的复杂水流结构及近岸缓流区,为漂流性鱼类和沉黏性鱼类提供了适宜的产卵场;丁坝坝后的底层缓流及静水环境,为鱼类提供了良好的越冬场;丁坝群独特的水流结构,将河道内的浮游生物横向输移至坝后富集,为鱼类觅食提供了丰富的饵料场;丁坝群建成后世业洲右缘近岸缓流区的范围有明显扩大,为鱼卵和仔鱼的降河洄游提供了稳定的洄游通道。
    2019  Vol.  50(9):    1086-1094    [摘要](22)    [PDF](19)
  • 基于降雨入渗全过程的非饱和湿润峰模型
    徐旭,席越,姚文娟
    对降雨入渗过程进行研究有助于充分发挥土壤的蓄水能力,减缓城市管网的泄洪压力。为更真实地反映入渗过程中土壤的含水率分布情况,将降雨入渗过程进行分段,确定各阶段土壤含水率分布函数,提出了修正的非饱和湿润峰模型。同时,结合达西定律,引入土体非饱和参数,得到均匀土体在不同降雨强度下,土壤含水率、浸润深度和累计入渗量随时间变化的曲线。结果显示,入渗过程中土壤表层含水率和浸润深度随时间呈非线性变化。对于高强度降雨,当表层土壤饱和后,开始出现积水。累计入渗量最终取决于土壤的饱和渗透性质,降雨强度对其影响有限。分别将4种土质土体的计算结果与有限元法得到的结果进行对比,两者相对偏差均小于5%。
    2019  Vol.  50(9):    1095-1102    [摘要](31)    [PDF](20)
  • 洪灾损失评估系统的研究开发及应用
    王艳艳,李娜,王杉,王静,张念强
    我国是世界上洪涝灾害多发频发的国家之一,每次大的洪涝灾害都造成了巨大的经济损失。开展洪涝灾害损失评估对防洪减灾具有重要意义。本文在对洪灾损失评估方法进行研究的基础上,建立地物空间叠加分析和洪灾损失评估模型,在GIS平台上集成土地利用、社会经济和洪水淹没数据,开发完成独立的洪灾损失评估系统,实现了受淹对象分析和损失评估的通用功能,可实时地对洪水淹没范围内人口和资产的受淹及损失情况进行快速而精细的评估。并在杭嘉湖区(沪)开展了应用实例研究,与实测调查统计数据对比结果表明:利用本文模型和方法评估的洪灾损失与实际相符,开发的相关系统具有较好的推广应用价值,能够为防洪减灾决策提供技术支撑。
    2019  Vol.  50(9):    1103-1110    [摘要](27)    [PDF](18)
  • 黄河洪水洪峰增值机理及影响因素研究
    李薇,谢国虎,胡鹏,贺治国,王远见
    黄河洪水含沙量高,常出现洪峰流量沿程增加现象,但机理和影响因素尚无共识。本文基于断面积分的浑水连续和运动方程,推导了洪峰流量在特征线上变化的(常微分)相容方程,从而得到影响洪峰流量增加/减少的控制因素(即相容方程的源汇项)。据此,对1973-2012年间18场表现出洪峰流量沿程增加的洪水过程进行分析,计算了各控制因素的量级。结果表明,加剧洪峰增值的首要因素是外力的时间累积效应,其次是压力能沿程变化;削弱洪峰增值的主要因素是对流输运不平衡。进一步分析表明,适当增加上游流量并减少来沙,或增加上游流量并增大局部河段的过流面积,有可能抑制甚至消除洪峰增值现象。
    2019  Vol.  50(9):    1111-1122    [摘要](35)    [PDF](23)
  • 覆盖层中混凝土防渗墙的三维河谷效应机制及损伤特性
    余翔,孔宪京,邹德高,周扬
    土石坝覆盖层中混凝土防渗墙的性能对大坝设计及安全评价至关重要,由于传统数值方法局限于非线性弹性,难以开展深入研究。本文首先通过系统的三维非线性有限元数值模拟,聚焦墙体变形模式及应力分布空间特征,研究三维河谷效应机制;然后针对墙体计算应力超过材料强度的现象,开发了混凝土三维塑性损伤模型和堆石体本构模型协同分析的自适应增量迭代算法,揭示了防渗墙的损伤-应力特性;最后讨论了防渗墙性能评价分析的思路。结果表明:在墙体弯曲变形及覆盖层负摩阻力的联合作用下,防渗墙的三维河谷效应表现突出:墙体拉应力的方向偏于轴向,随弯曲变形增大逐渐向竖向偏转,且其峰值存在临界坡度和临界深度。线弹性分析便于认识防渗墙的受力-变形-应力规律,但不适用于评估复杂条件下墙体的防渗性能。损伤分析能描述混凝土的材料特性,反映墙体结构的破损特征,其损伤因子可与防渗性能建立联系,用于评价防渗墙安全更加合理和准确。
    2019  Vol.  50(9):    1123-1134    [摘要](25)    [PDF](15)
  • 等阻力树杈型冲沙管道的试验研究
    曹列凯,刘春晶,任海涛,段炎冲,谷蕾蕾,刘飞
    沙河流上修建的水库必然要面对泥沙淤积问题,合理科学的库容恢复和保持措施对于水库综合效益的正常发挥具有重要意义。排沙廊道是一种一次建设、可持续使用的排沙设施,但传统排沙廊道中各进口为顺序排列,不同部位进口抽沙能力不均,严重影响运行排沙效果。等阻力树杈型冲沙管道是近期提出的一种新型排沙方式,其各级管道采用树杈型布置,多口汇流的旋转流动可消除不同角度水流加速度影响,按每一个进口管至总出口的流动阻力相等为原则设计;在进口管顶部设置倒扣铁锅型防沙罩,防止进口管被落淤的泥沙所阻塞。本文在水槽中开展了树杈型冲沙管道试验,同时开展了相同条件下的进沙口顺序排列的对比试验,结果表明:当进沙口按传统廊道多口顺序排列布置时,位于远端的一半出口将被完全淤堵,难以达到预期的排沙效果;而树杈型冲沙管有效克服了传统廊道不同进沙口抽沙能力不均的缺陷,实现了对所覆盖区域的均匀排沙,正常情况下未发生淤堵;当高含沙水流集中流向某一进口时,会造成该进口淤堵,但由于不同进沙口独立运行,所淤堵进口基本不会对其他进口的正常运行造成影响。本文试验结果表明,等阻力树杈型冲沙管道的稳定排沙浓度可达400~700 kg/m3,远高于顺序排列方式的100 kg/m3;冲刷漏斗体积为多口顺序排列的1.5倍。
    2019  Vol.  50(9):    1135-1144    [摘要](24)    [PDF](19)
  • 设置尾水连通管的抽水蓄能电站引水发电系统小波动稳定分析
    杨秀维,俞晓东,张磊,张健
    设置尾水连通管后,可缓解抽水蓄能电站相继甩负荷工况尾水管最小压力,但其对系统小扰动稳定性的影响还不清楚。本文建立了设有尾水连通管的抽水蓄能电站引水发电系统小波动状态方程,利用状态空间法对小扰动下机组转速、调压室水位等状态变量波动过程进行了稳定性分析,并与基于特征线法的弹性模型计算结果进行了对比,验证本文理论分析模型的正确性。同时基于理论模型,研究了尾水连通管对于系统小波动稳定性产生的影响,并对连通管管径及位置进行了敏感性分析,得出以下结论:尾水连通管及其管径的大小、设置位置对于系统小波动稳定域、机组转速变化及调压室水位波动过程产生的影响基本可以忽略;设置尾水连通管后,系统小波动过渡过程中,尾水支管流量发生变化,使得两侧尾水支管压力平衡,但并不增加整体系统的阻抗。
    2019  Vol.  50(9):    1145-1154    [摘要](21)    [PDF](13)
  • 五台山清水河流域植被垂直带水循环过程研究
    徐飞,贾仰文,牛存稳,唐颖复,刘佳嘉
    五台山为华北地区最高峰(海拔3058 m),发源于五台山的清水河流域,海拔梯度大,植被垂直分异显著,目前关于植被垂直带的水循环过程及其相互之间的差异研究尚显不足。为此,利用分布式水文模型WEP-L模拟清水河流域水循环过程,分析不同植被垂直带的水循环过程。结果表明:受气温显著升高影响,高海拔地区的季节性冻土消退、活动层变厚及土壤蓄水容量增加,促进降水入渗。海拔1500 m以下区域蒸散发主要受降水影响,而海拔1600 m以上区域则主要受能量的影响。不同植被垂直带的水循环过程差异显著,径流系数表现为:耕地 > 亚高山草甸 > 荒漠草地 > 常绿针叶灌木林 > 落叶阔叶林。研究结果可为山区流域水资源高效利用和生态建设提供科学依据。
    2019  Vol.  50(9):    1155-1164    [摘要](23)    [PDF](17)

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