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  • 水利学报
  • 2017年 第48卷 第4期
  • 出刊日期:2017--
《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4期

(下载当期目录)

  • 非平稳时间序列极值统计模型及其在气候-水文变化研究中的应用综述
    鲁帆,肖伟华,严登华,王浩
    伴随全球气候变暖和平均海平面持续上升,极端气象事件出现的频率增加、强度增大,气候变化已经成为导致水文极值非平稳性的一个重要原因。本文总结了气候-水文变化研究中常用非平稳时间序列极值统计模型的结构以及统计推断方法,从降雨极值变化、洪水极值变化等方面分析了非平稳时间序列极值统计模型在气候-水文变化研究中的典型应用案例。国内外研究表明:非平稳时间序列极值统计模型能体现水文极值随时间或协变量的变化情势,非平稳情况下水文极值重现期和风险的概念和计算方法与传统平稳时间序列的频率分析相比存在显著差异。最后对需要进一步研究的问题进行了展望。
    2017  Vol.  48(4):    379-389    [摘要](214)    [PDF](239)
  • 基于k-最近邻筛选的BMA集合预报模型研究
    刘开磊,李致家,姚成,韩通,钟栗,孙如飞
    针对冗余训练样本会降低BMA参数求解效率与精度问题,本文提出在BMA运算之前采用k-最近邻(k-nearest neighbor)算法筛选有价值训练样本,并用于BMA参数求解的改进模型。模拟试验在淮河王家坝站进行,分别以k-最近邻筛选、不筛选两种方案为BMA提供训练样本,统计分析两种方案中王家坝站流量模拟结果,评价BMA改进法的性能。模拟结果显示,采用k-最近邻样本筛选方法后,BMA模型对洪水过程以及洪峰的预报精度提升明显;概率预报结果的离散程度降低的同时,可靠性程度获得提升。k-最近邻样本筛选方法的引入,能够有效去除BMA模型训练样本中的冗余数据,以少量的样本获得更可靠的模型参数,改善集合预报性能。
    2017  Vol.  48(4):    390-397,407    [摘要](1206)    [PDF](136)
  • 冻土离心模拟技术研究进展
    蔡正银,张晨,黄英豪
    冻土工程实践的发展和需求不断给冻土工程提出新的问题。冻土离心模拟技术是专门针对冻土工程的物理模拟技术,即在已有的土工离心机的基础上实现了温度场与应力场的耦合,并可在较短的时间内完成对大跨度时间下冻土工程实际问题的模拟。近30年来,随着热交换装置不断革新、相似准则不断完善以及试验方法不断创新,使得冻土离心模拟技术在世界范围内发展迅速,为冻土工程问题的研究开辟了新的途径。本文介绍了试验装置的发展过程,综述了已开展的主要试验及研究成果,在此基础上展望了冻土离心模拟技术未来的发展方向。冻土离心模拟技术在冻土工程领域中将拥有广阔的应用前景。
    2017  Vol.  48(4):    398-407    [摘要](125)    [PDF](112)
  • 河套灌区间作系统根系土壤水盐运移机理及间作优势研究
    张作为,史海滨,李仙岳,闫建文
    为探究河套灌区春小麦/春玉米间作系统两作物间水分相互利用量、土壤盐分运移机理和地下部分对间作优势的贡献率及种间相对竞争能力等问题,采用根系分隔法进行了田间试验研究。结果表明:间作小麦利用了玉米侧214.0~224.5 m3/hm2的水量,间作玉米利用了小麦侧108.1~125.2 m3/hm2的水量。间作模式下根系在土壤空间的叠加利用效应可以降低0.2%~1.5%的小麦带土壤EC均值,2.7%~3.1%的玉米带土壤EC均值;水分的流通可使间作小麦带土壤EC均值降低4.4%~4.5%,使间作玉米带土壤EC均值降低3.4%~5.2%。河套灌区小麦/玉米间作系统的产量优势为27.7%~33.1%,其中20.4%~26.6%来源于地下部分的补偿作用,6.5%~7.2%来自于地上部分。间作产量优势中的10.0%~15.8%产生于间作根系对土壤空间的叠加利用,而水分与养分在小麦带与玉米带间的补偿效应为10.4%~10.8%。
    2017  Vol.  48(4):    408-416    [摘要](1206)    [PDF](126)
  • 水害损失与水利综合效应分析核算
    陈敏建,马静,李锦秀,仲志余,倪红珍,姜玲
    对水害造成的损失进行全方位准确的核算,是以降低各类水灾害造成的经济损失作为水利发展目标的技术支撑条件。本文对此开展系统研究,通过资源环境经济学分析,给出水害损失定义;通过和集差效应理论分析,建立各类水害损失计算与水害总损失核算关系;根据量能累积与阻抗交互作用原理证明,水害损失符合S型曲线,由自然现象产生的原生灾害呈现完整的S型,由人类干扰产生的衍生灾害处于S曲线的起始阶段,因此建立了单项损失计算方法;根据量能累积变化的相位互补原理核算转移效应。上述研究形成水害损失与水利综合效应分析核算技术体系。并以长江三角洲为例进行案例分析和评估。
    2017  Vol.  48(4):    417-425    [摘要](1202)    [PDF](107)
  • 土工格栅加筋砂土三轴试验离散元细观分析
    王家全,张亮亮,陈亚菁,施春虎
    以室内单层加筋三轴试验结果为基础,建立离散元PFC3D三轴试验数值模型,并与室内三轴试验结果进行验证对比,分析加筋层数变化对抗剪强度指标及细观参数的影响,探讨加筋土接触力的变化规律及筋材加筋作用的宏细观机理。研究结果表明:加筋三轴试样的峰值强度、黏聚力和内摩擦角随着加筋层数的增加而增大,但是其增幅会逐渐减弱,并且三轴试样在低围压条件下的加筋效果比高围压时要显著。三轴试样颗粒滑动比的数值随着轴向应变的增加发生了显著的起伏变化,反映三轴试验过程中发生了明显的接触滑移和旋转现象。由于筋材的摩擦嵌固约束作用,加筋试样中部区域的孔隙率和滑动比数值相对波动较小,对应中部外侧周围的接触力明显小于纯砂三轴试验情况,加筋材料发挥了扩散应力增强约束砂土的加筋作用。
    2017  Vol.  48(4):    426-434,445    [摘要](83)    [PDF](110)
  • 库水波动下堆积层滑坡稳定性研究
    赵瑞欣,殷跃平,李滨,王文沛
    堆积层滑坡是三峡库区中最常见的地质灾害类型。库水位的不同变化速率对滑坡稳定性影响显著。以三峡库区凉水井滑坡为例,分析了±0.2、±0.4、±0.6、±0.8、±1.0、±1.2、±1.4、±1.6、±1.8和±2.0 m/d 10种速率下,0.01、0.1、1和10 m/d 4种不同饱和渗透系数的堆积层滑坡在库水上升和下降过程中的稳定性变化规律。在此基础上提出了针对堆积层滑坡的三峡库区水位调度风险等级划分方案,认为库水位升降速率小于0.6 m/d为低风险,在0.6 m/d与0.8 m/d之间为中风险,大于0.8 m/d为高风险。利用实际库水位变动获得的安全系数曲线结合地质灾害等级划分方法,直观地显示了凉水井滑坡长期风险过程。研究结果对于滑坡的监测预警和水库调度具有一定的应用价值。
    2017  Vol.  48(4):    435-445    [摘要](1183)    [PDF](124)
  • 考虑原位结构效应确定深厚覆盖层土体的动强度参数
    杨玉生,刘小生,赵剑明,温彦锋
    深厚覆盖层土体原位结构性强,原状样取样困难,且由于粒径、级配的改变,室内重塑样试验确定的力学参数不能反映原位土体的实际性质,如何考虑原位结构效应确定深厚覆盖层土体的力学参数是工程建设中的难题。本文探索了联合现场原位试验和室内重塑样动力特性试验,考虑原位结构效应确定深厚覆盖层土体动强度参数的方法:(1)基于现场试验确定原位土体的动强度基准值;(2)基于室内重塑样试验确定动强度在不同振动强度和固结应力条件下的变化规律;(3)结合室内动力试验确定的动强度参数变化规律,将基于现场试验确定的动强度基准值推延至多种震级和应力条件。以某实际深厚覆盖层深埋砂土为研究对象,联合现场标贯试验和室内动三轴试验结果,综合确定了能考虑深厚覆盖层土体原位结构效应的砂土动强度参数,并与室内试验结果进行了对比。研究成果可为该工程坝体—覆盖层地基系统抗震安全评价提供依据,也可供类似工程参考。
    2017  Vol.  48(4):    446-456    [摘要](1161)    [PDF](78)
  • 流域非闭合特性对岩溶地区水文过程模拟的影响
    吴乔枫,刘曙光,蔡奕,蒋杨明
    岩溶地区通常发育有大量岩溶裂隙、管道和洞穴,构成错综复杂的地下输水网络,形成了独特的流域水循环模式。地下岩溶构造的存在会造成地下分水岭与地表分水岭的不重合,流域趋于非闭合状态。为了弄清岩溶流域非闭合特性对水文过程模拟的影响,本文以桂林岩溶地区潮田河(漓江支流)流域为研究区域,采用三水源新安江模型模拟该地区多年降雨径流过程。通过比较几组给定流域面积的模拟结果,分析了流域计算面积选取对潮田河流域水文模拟结果精度的影响,并探讨了流域非闭合特性影响下该地区的水体流动模式。研究结果表明:模型率定时,当流域计算面积由340 km2变化至460 km2时,NSE先增大后减小,RE值持续增大,两者在380~390 km2时可同时达到最优;结合不同时间尺度下径流模拟精度的分析结果,给出了合理的流域计算面积,比基于地表分水岭提取的流域面积约小8.9%~11.2%,故部分水量可能通过地下岩溶构造流向邻近流域。合理的流域计算面积对潮田河流域径流模拟精度提高显著,尤其是提升了枯季径流的模拟。
    2017  Vol.  48(4):    457-466    [摘要](79)    [PDF](88)
  • 沙质河床推移质输沙率计算研究
    张罗号
    沙质河床推移质输沙计算无论在河流动力学的基本理论研究,还是在工程应用方面都有重要意义。本文回顾了前人主要研究成果,认为因推移质输沙率测验精度低而使现有公式多不适用于典型沙质河床,故在阐明推移质与悬移质泥沙交换运动机理基础上,借助因测验精度较高而在学科研究较成熟的悬移质含沙量垂线分布公式,通过向河底外延推求出推移质泥沙输沙率,并充分考虑泥沙粒径、水流强度及水力摩阻特性对沙质推移质输沙厚度的影响,得到了物理概念清晰、形式较为简明的沙质推移质输沙率公式。通过黄河细沙河床实测资料验证结果表明,本文建立的公式比前人推移质输沙率公式具有较高计算精度,可以应用到推移质输沙率测验精度不能保证的沙质河段的河床变形计算。
    2017  Vol.  48(4):    467-472    [摘要](97)    [PDF](106)
  • 泥石流龙头的形成及特征研究
    王洋,崔鹏,王兆印,梁双庆
    泥石流龙头的高度反映了泥石流的规模,是防治工程的重要参数之一。陡峻的地形、大量松散固体物质、丰富的水源构成了泥石流发生的三大要素,同时也是影响泥石流龙头高度的重要因素。通过采用均质沙及宽级配沙进行水槽实验,探究泥石流运动过程中龙头高度与沟道物质级配、流量、坡度之间的关系,提出泥石流龙头高度随流量、坡度、平均粒径、细沙含量的增加,呈先上升后下降的趋势。利用回归分析方法,采用水流功率的概念,建立了泥石流龙头高度计算模型,并采用其他科学家的试验数据进行了验证,可为预测不同条件下泥石流规模提供科学依据。
    2017  Vol.  48(4):    473-479    [摘要](105)    [PDF](102)
  • 基于风险管理的混凝土坝变形预警指标拟定研究
    谷艳昌,王士军,庞琼,王宇,吴云星
    在混凝土坝风险理论和结构计算拟定变形指标方法基础上,研究建立基于风险管理的变形预警指标拟定方法,使得拟定的预警指标不仅满足工程安全需要,同时体现大坝风险的要求。首先根据混凝土坝工程安全运行与下游经济社会发展要求,确立大坝的风险等级标准;其次分析研究相应风险等级标准条件下,混凝土坝的破坏路径与模式;以混凝土坝溃决模式与坝体结构特性转异为纽带,借助专家经验,设置结构计算的荷载条件与约束标准,再采用有限元计算获得相应的变形预警指标值,进而建立了基于风险管理的混凝土坝变形预警指标拟定方法。以某水电站工程为案例,拟定了该水电站低风险运行的变形预警指标值,验证了该方法是切实可行的。
    2017  Vol.  48(4):    480-487    [摘要](95)    [PDF](94)
  • 碾压混凝土中高掺石灰石粉与粉煤灰的耦合作用
    杨梦卉,何真,杨华美
    以占胶凝材料总量60%的石灰石粉与粉煤灰进行不同比例复掺,开展了不同胶凝材料碾压混凝土的抗压强度、抗冻性能和抗渗性能试验研究,利用水化热、扫描电镜以及压汞法对不同比例石灰石粉与粉煤灰胶凝体系的水化过程与微结构形成进行了分析。研究发现,当石灰石粉与粉煤灰总量占胶凝材料总量的60%且石灰石粉取代粉煤灰比例为50%时,由于早期石灰石粉促进水化加上粉煤灰的填充效应、后期粉煤灰的火山灰活性以及石灰石粉的密实效应,二者的耦合作用可使得碾压混凝土形成密实的微结构,获得良好的力学性能和耐久性能。
    2017  Vol.  48(4):    488-495    [摘要](95)    [PDF](104)
  • 基于二维水动力学过程的洪泛区避难逃生路线优化模型及应用
    果鹏,夏军强,张晓雷,李娜,陈倩
    在洪水风险管理中,通常认为逃生距离与淹没水深是灾民避难迁移的控制因素,而洪水泛滥过程以及人员所在位置的时空分布对避难逃生时机与路径选择会产生较大影响。在构建的洪泛区避难逃生路线优化模型中,采用二维水动力学模型,模拟洪泛区的洪水演进过程;采用Dijkstra算法推求最短路线,考虑水流对逃生速度的影响,根据洪水中人体的稳定程度及最迟逃生时刻确定最优避难逃生路线。该模型计算结果能为指导洪泛区灾民逃生及路网选址提供参考依据。以1958年7月和1982年8月兰考东明滩区漫滩洪水为例,分析了漫滩洪水中人体危险程度变化情况,比较了2场洪水中3个受灾点最优避难逃生路线的位置及最迟逃生时刻。计算结果表明:根据最优路线开展逃生将为灾民赢得3~6 h的逃生时间;2场洪水中灾民逃生的最优路线位置相同,可据此适当调整已建路网或规划逃生专用的通道;因1958年洪水的洪峰及水量均较大,所以最迟逃生时间较1982年提前2~3 h。
    2017  Vol.  48(4):    496-504    [摘要](1184)    [PDF](114)

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