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《水利水運工程學報》2018年第6期中文摘要
日期:2019年01月11日 16:25:11點擊數:字號:【

防洪排澇排水一體化模型在洪水風險圖編制中的應用

烏景秀1,范子武1,楊帆1,劉國慶1,賈本有1,顧芳芳2

(1. 南京水利科學研究院 水文水資源與水利工程科學國家重點實驗室, 江蘇 南京 210029; 2. 南京瑞迪建設科技有限公司, 江蘇 南京 210029)

摘要:隨著城市洪澇災害頻繁發生,編制洪水風險圖已成為當前國內外城市防洪減災工作中重要內容,它可反映區域洪澇成因、量級、特性、危及對象及應急對策等風險信息分布特征。采用水力學方法構建水力學模型模擬研究區域洪水演進情況是洪水風險圖編制常用的方法,通過構建考慮河道、城市地下管網、排水系統設施、阻水建筑物、水利工程及調度的防洪排澇排水一體化模型,將城市防洪排澇與排水有機結合,并兼顧流域與區域風險,通過歷史降雨對模型進行校核驗證,保證模型的可靠性。模擬計算了景德鎮市城區因超標準洪水導致防洪墻潰決或城市暴雨可能發生的受淹和積水情況,并根據計算結果繪制洪水風險圖,對景德鎮市預防外圍洪水、降低城市內澇洪水影響及土地利用和城市發展規劃等提供決策依據和技術支持。

關鍵詞:洪水風險; 城市洪水風險圖; 水力學模型; 防洪排澇排水一體化; 防洪減災

基于水輪機特征頻率的組合長柱振動特性研究

胡少偉1,許毅成1,張潤1,喻江1, 2

(1. 南京水利科學研究院, 江蘇 南京 210029; 2. 河海大學 水利水電學院, 江蘇 南京 210098)

摘要:為了有效改善當前水電站廠房整體結構的使用性能與抗震性能,以水電站水輪發電機組運行的特征頻率為參數指標,分別對矩形截面空心鋼管長柱、圓形截面空心鋼管長柱、矩形截面鋼-混組合長柱、圓形截面鋼-混組合長柱4種模型進行模態分析及共振校核。分析表明,圓形截面鋼管混凝土組合長柱的自振頻率與振源頻率錯開度大于20%,能夠有效避免共振,具有顯著的抗震特性。在此基礎上,開展室內足尺寸模型振動特性試驗,通過位移響應和加速度響應等力學指標進行對比分析。結果表明,在20 Hz的振源頻率下,方截面柱的振動響應小于圓截面柱。上述振動特性分析結果可為水電站廠房柱結構的工程設計提供技術支持。

關鍵詞:特征頻率; 組合長柱; 模態分析; 共振校核; 振動特性試驗

黃河上游梯級水庫聯合調水調沙及合理庫容研究

金文婷1,王義民1,白濤1,石靜濤2

(1. 省部共建西北旱區生態水利國家重點實驗室(西安理工大學), 陜西 西安710048; 2. 國網陜西安康水力發電廠, 陜西 安康 725000)

摘要:隨著對黃河水資源利用要求的提高,需明確未來調水調沙及南水北調西線工程對黃河上游梯級水庫所需庫容的影響,探求未來多工況用水要求下合理的梯級水庫興利庫容。考慮黃河上游蘭州斷面需水、梯級水庫發電、調水調沙、防洪、防凌等要求,首先建立了以缺水量最小為目標的梯級水庫聯合調度模型,設置了現狀年及遠景年共8個方案;其次采用自迭代模擬優化算法求解模型,用長系列徑流資料進行優化調度計算;最后對模型求解結果采用時歷法推求梯級水庫所需興利庫容,確定梯級水庫合理庫容。從總調沙次數、調沙頻率、多年供水量、供水保證率、多年平均發電量、發電保證率等指標分別量化了調水調沙、供水和發電效益。未來梯級水庫所需合理庫容將因綜合需水和調沙次數的增加而增大,而西線工程的實施將有助于減小合理庫容規模。在各調沙方案中,僅當2030年西線調水80億m3時現有的梯級水庫興利庫容能夠滿足綜合用水需求,適當降低調沙力度與調沙頻率或許是解決這一矛盾的折衷選擇。研究成果量化了未來新水資源利用形勢下的梯級水庫合理庫容,為科學指導黃河上游總體工程布局提供了決策依據。

關鍵詞:黃河上游; 合理庫容; 自迭代模擬優化算法; 調水調沙; 西線工程

含多個行洪區的淮干中游段洪水模擬Ⅱ:模型應用

王立輝1,謝偉杰1, 2,王宗志2,程亮2,劉克琳2,王坤1, 2,何巖雨1

(1. 福州大學, 福建 福州 350002; 2. 南京水利科學研究院 水文水資源與水利工程科學國家重點實驗室, 江蘇 南京 210029)

摘要:基于所建立的淮河中游洪水演進模型,對正陽關-茨淮新河河口段內行洪區棄用、洪泛區分洪后淮干水位變化進行了計算分析,包括棄用上六坊堤、下六坊堤行洪區對淮河干流水位的影響。結果顯示,淮河在遭遇50年一遇和100年一遇洪水情況下,棄用上、下六坊堤行洪區后洪峰水位僅上升2~4 cm,驗證了《淮河流域防洪規劃報告》中廢棄上述兩個行洪區的合理性。同時分析了淮河遭遇200年一遇洪水、黃蘇段洪泛區棄守分洪對淮干水位的影響。計算結果表明,在棄守分洪后的3~4 d內潰口對應的淮干水位降低10~14 cm,潰口上下游淮干水位也有不同程度下降,可見利用黃蘇段分洪可以顯著降低淮河干流水位,從而有效保護附近重要堤防的安全,為防洪調度爭取更多的時間和空間。

關鍵詞:洪水演進; MIKE11; 淮河中游; 行洪區; 黃蘇段洪泛區

孤立波作用下組合型港池共振響應的數值研究

趙松穎1, 2,郝嘉凌1, 2,楊氾3,董洪漢1, 2,王強3

 (1. 海岸災害及防護教育部重點實驗室(河海大學), 江蘇 南京 210098; 2. 河海大學 港口海岸與近海工程學院, 江蘇 南京 210098; 3. 南京水利科學研究院, 江蘇 南京 210029)

摘要:港池受到孤立波入射時會在港池內激發多種模態的共振響應。為進一步研究不同平面布置形式港池的響應特性和共振規律,建立不同內外港池長度和連接位置的組合型港池,采用基于Boussinesq方程的波浪數值模型MIKE 21-BW模擬了孤立波作用下組合型港池的共振響應,對數值模擬的結果進行頻譜分析和波幅分布測定并與現有理論值比較。結果表明,孤立波正向入射組合型港池激發的主要響應模態的頻率和與其長度相等的細長港池的理論固有頻率接近,各主要共振模態的振幅與內外港池的長度和兩港池口門的距離有密切關系;波浪入射方向和港池內邊界反射條件的改變對狹長組合型港池中形成的各共振模態的形狀影響不大,但是增大港池寬度會使港池內激發明顯的橫向共振。最后提出了消減港灣共振的平面布置形式,可為實際工程設計提供指導。

關鍵詞:孤立波; 港灣共振; 組合型; MIKE21BW; 固有頻率

多因素耦合的內河限制性航道維護底寬確定方法

夏峰,陳一梅,王宗傳,毛禮磊

(東南大學 交通學院, 江蘇 南京 210096)

摘要:航道維護底寬是內河航道養護管理工作的重要指標之一。為探究限制性航道維護底寬的確定方法,基于航海學和可靠性理論,分析計算了滿足通航標準、船舶運動特性、航行可靠性的航道底寬,構建了內河限制性航道維護底寬的效益費用模型。其中效益模型由船舶運輸、節能減排、替代公路運輸以及防洪等效益構成,費用模型由一次性疏浚及日常維護等費用構成。在此基礎上,耦合多因素綜合分析計算了京杭運河鎮江段的航道維護底寬,結果表明該航段40 m維護底寬較為合理。該限制性航道維護底寬確定方法較好地考慮了內河限制性航道多因素多目標需求,具有較高實用價值。

關鍵詞:效益費用模型; 航行可靠性; 限制性航道; 維護; 底寬

西淝河閘站工程開孔導流墩整流試驗研究

徐波1,姚天雯1,夏輝2,高琛3

(1. 揚州大學 水利與能源動力工程學院, 江蘇 揚州 225127; 2. 江蘇省水利勘測設計研究院有限公司, 江蘇 揚州 225127; 3. 江西省水利規劃設計研究院, 江西 南昌 330029)

摘要:針對西淝河閘站工程在閘、站單獨運行時存在的回旋和斜流問題,采用整體正態模型對閘站工程進行水工模型試驗研究。在抽排水工況下,設計了不同導流墩長度,不同導流墩開孔尺寸包括開孔寬度、開孔間距、開孔高度等7種導流墩整流方案;其中對僅25 m 長導流墩方案和導流墩最優開孔尺寸方案進行了自排工況下自排閘的過流流態及流速分布研究。通過對比各方案下導流墩側回旋區面積大小及各孔流速均勻度,建議導流墩長25 m,開孔寬4.5 m,相鄰的孔口間距6.25 m,開孔高度5 m。5#和6#流道中間加設1 m短隔墩的方案可減小泵站前池及閘前水流回旋區域,改善水流流態,提高各孔流速均勻度,為泵站機組及水閘運行提供良好的水力條件。試驗研究結果可為閘站結合工程選擇導流墩整流方案提供技術參考。

關鍵詞:西淝河閘站; 導流墩開孔; 整流; 模型試驗

江心洲地下水浸沒預測與控制研究

劉亞南,周志芳,楊蘊,李明遠

(河海大學 地球科學與工程學院, 江蘇 南京 210098)

摘要:針對新干航電樞紐工程引起的庫區江心洲浸沒問題,通過建立江心洲浸沒評價的地下水三維非穩定流有限元滲流模型,在多年平均水文條件下,按堤外抬田防滲和堤內多種浸沒控制措施(防滲墻與減壓井聯合布設工況方案)進行浸沒評價和控制預測。結果表明:①在無防滲措施工況下,江心洲迅速發生頂托型浸沒,而防滲墻可延緩江心洲堤內浸沒發生的時間,同時在堤外抬田,可有效控制浸沒程度;②對比預測不同的減壓井(井徑及其與防滲墻的垂直距離)布設方案的運行效果,結果顯示在大井徑且井列線位于居民建筑物臨界處時,能夠有效控制江心洲堤內的浸沒范圍;③防滲墻與減壓井聯合布設時,在達到浸沒控制要求的條件下,防滲墻可大大減小減壓井排水量。不同工況的對比研究可為新干航電樞紐工程庫區江心洲浸沒控制及方案設計提供科學依據。

關鍵詞:航電工程; 庫區浸沒; 地下水; 減壓井; 防滲墻; 數值模擬

基于滑移效應的水煤漿膏體管道輸送阻力計算

吳優,曹斌,夏建新

(中央民族大學 生命與環境科學學院, 北京 100081)

摘要:隨著煤化工產業的發展,煤炭如何高效清潔輸送成為研究的熱點。利用管道水力輸送高濃度水煤漿具有投資少、節能環保等明顯優勢。由于小管徑試驗操作更加方便,更加節省物料,試驗室中常用小管徑進行工藝參數試驗。試驗研究了質量濃度為53%和58%的高濃度水煤漿在管徑為50,47,32和29 mm管道中的流動特性。推導了滑移條件下不同流型流體的流變參數計算式,并基于滑移效應分析,得到了水煤漿的阻力系數。通過均質流阻力計算式得到高濃度水煤漿的阻力,計算結果表明,水煤漿的流變模型符合Herschel-Bulkey模型,考慮滑移效應條件下,高濃度水煤漿阻力系數與廣義雷諾數存在一定關系,阻力可用均質流公式進行計算。

關鍵詞: 阻力系數; 雷諾數; 水煤漿; 阻力特性; 管流

高速明渠流條件下高性能加筋草皮抗侵蝕特性研究

張壯1, 2,潘毅1, 2,陳永平1, 2,胡玉植3,張同鑫1, 2,李琳4

(1. 河海大學 水文水資源與水利工程科學國家重點實驗室, 江蘇 南京 210098; 2. 河海大學 港口海岸與近海工程學院, 江蘇 南京 210098; 3. 中國電建集團中南勘測設計研究院有限公司, 湖南 長沙 410014; 4. 杰克遜州立大學 土木與環境系, 杰克遜 密西西比 39217)

摘要:現有針對高性能加筋草皮的抗侵蝕性能研究,大多建立在大規模試驗基礎上,重點研究允許沖刷流速和表面切應力。為了研究高速明渠水流條件下高性能加筋草皮侵蝕過程,對天然草皮和3種高性能加筋草皮共48個樣品進行培植,并布置在高速明渠流的傾斜水槽中,通過不同坡度和流量分別進行間斷和不間斷沖刷試驗,分析流速、流量和侵蝕量的關系。結果表明,間斷和不間斷沖刷的侵蝕速率有明顯差異,說明初始沖刷引起了高性能加筋草皮的大部分侵蝕。樣本侵蝕過程顯示侵蝕速率隨侵蝕量的增加而降低,證明明渠高速水流作用下加筋草皮存在“侵蝕上限”特征。此外,還討論了流量和生態加筋網結構對侵蝕過程的影響,并嘗試擬合了平均侵蝕速率與水流表面流速的關系。

關鍵詞: 護坡; 高性能加筋草皮; 抗沖蝕能力; 初始沖刷; 侵蝕上限

粗粒料濕化變形三軸試驗研究

趙振梁1, 2,朱俊高1, 2,杜青3,Mohamed Ahmad ALSAKRAN1, 2

 (1. 河海大學 巖土力學與堤壩工程教育部重點實驗室, 江蘇 南京 210098; 2. 江蘇省巖土工程技術工程研究中心, 江蘇 南京 210098; 3. 青島市地鐵一號線有限公司, 山東 青島 266000)

摘要:對小浪底斜心墻堆石壩的砂巖粗粒料采用單線法進行中型三軸濕化變形試驗,研究了該種土料的濕化變形特性。通過對試驗結果和濕化變形規律的分析,總結了濕化軸向應變、濕化體積應變與濕化應力水平、圍壓之間的關系。試驗結果表明,濕化軸向應變與濕化應力水平呈雙曲線關系,濕化軸向應變與圍壓呈線性關系;濕化體積應變與濕化應力水平和圍壓均為線性關系。根據對試驗結果的分析以及計算濕化變形的單線法,提出了一個適用于計算粗粒料濕化變形的數學模型。該濕化變形模型參數共6個,并給出了通過室內常規試驗確定參數的方法。對模型進行了驗證,結果表明該濕化模型計算曲線與試驗結果吻合較好,表明該模型能較好地反映粗粒料濕化變形的特征。

關鍵詞:粗粒料; 濕化變形; 三軸試驗; 濕化變形數學模型

基于GA-BP神經網絡的粗粒土滲透系數預測

饒云康1,丁瑜1, 2, 3,倪強4,許文年1, 2, 3,劉大翔1, 2, 3,張恒1

(1. 三峽大學 三峽庫區地質災害教育部重點實驗室, 湖北 宜昌 443002; 2. 防災減災湖北省重點實驗室(三峽大學), 湖北 宜昌 443002; 3. 三峽地區地質災害與生態環境湖北省協同創新中心, 湖北 宜昌 443002; 4. 嘉興市規劃設計研究院有限公司, 浙江 嘉興 314050)

摘要:針對粗粒土滲透性能受顆粒級配、密實程度等因素影響而呈現明顯差異,提出一種粗粒土滲透系數預測方法。收集并整理得到93組粗粒土數據,以全級配(d10~d100)和孔隙比作為BP神經網絡的輸入變量,利用遺傳算法優化BP神經網絡的初始權值與閥值,構建基于BP神經網絡和遺傳算法的粗粒土滲透系數預測模型。結果表明:該GA-BP神經網絡經過55次迭代之后精度滿足要求;87組訓練樣本預測結果的平均相對誤差為5.10%,其中有75%的樣本相對誤差小于平均相對誤差;6組檢測樣本預測結果的平均相對誤差為6.39%,該網絡模型泛化性能良好。采用GA-BP神經網絡,由全級配和孔隙比能較好地預測粗粒土的滲透系數,且收斂速度、預測精度及泛化性能均優于標準的BP神經網絡模型。

關鍵詞:粗粒土; 滲透系數; BP神經網絡; 遺傳算法; 孔隙比; 級配

基于施工循環的絞吸挖泥船疏浚作業平穩度分析

李明超1,孔銳1,秦亮2,韓帥1,田桂平2

(1. 天津大學 水利工程仿真與安全國家重點實驗室, 天津 300354; 2. 中交天津航道局有限公司, 天津 300042)

摘要:絞吸挖泥船是水利工程疏浚施工領域廣泛使用的一類工程船舶,安裝在船上的工況監測系統能夠實時記錄船體的疏浚作業狀態,但是所獲得的實時監測數據并不能直接提供船體疏浚作業平穩度的關鍵信息。提出一種基于施工循環的絞吸挖泥船疏浚作業平穩度分析評價方法,通過選擇合適的施工監測參數作為絞吸挖泥船疏浚作業平穩度分析指標,然后在預定義的施工循環內對平穩度指標進行計算分析,得到挖泥船在整個施工期間的疏浚作業平穩度變化情況,以及每個施工循環內的疏浚作業平穩度值。據所得的疏浚作業平穩度,能夠判斷挖泥船操作人員的疏浚作業平穩度優劣,并直觀評價其相應的疏浚產量,為絞吸挖泥船的疏浚作業提供有效指導。同時,通過與傳統的疏浚作業平穩度分析方法進行比較可見,所提出的方法能夠定量地反映絞吸挖泥船在整個施工期間和每個施工循環中的平穩度變化情況,彌補了傳統方法的不足,具有更強的實用性和優越性。

關鍵詞: 絞吸挖泥船; 實時監測數據; 疏浚施工循環; 平穩度指標; 疏浚產量

基于博弈論組合賦權的水環境綜合治理效果評價

魯佳慧,唐德善

(河海大學 水利水電學院, 江蘇 南京 210098)

摘要: 隨著人們對水環境要求的提高和政府投資力度的加大,水環境綜合整治取得了一定的效果,但目前還沒有針對水環境綜合整治效果的評價指標體系。從水體改善、景觀、生態、功能和社會民生5個方面選取17項指標建立了水環境綜合治理效果評價指標體系。基于博弈論均衡和協調的基本思想,利用AHP法確定主觀權重,熵法確定客觀權重,通過組合賦權得出綜合權重,構建了基于博弈論組合賦權的水環境綜合治理效果評價模型。結合宣城市2015—2017年水環境綜合治理效果的相關數據進行評價,評價結果顯示2015年宣城市水環境綜合治理效果評價等級為中,2016年和2017年評價等級均為良;綜合評價得分呈逐年上升趨勢,表明治理效果不斷提高。

關鍵詞: 水環境治理效果; 指標體系; 熵法; 博弈論; 綜合評價

河流沖刷作用下石籠網生態護坡技術研究

張桂榮1,張家勝1, 2,王遠明3,邵勇4

(1. 南京水利科學研究院 水文水資源與水利工程科學國家重點實驗室, 江蘇 南京 210029; 2. 河海大學, 江蘇 南京 210098; 3. 黑龍江省三江工程建設管理局, 黑龍江 哈爾濱 150040; 4. 江蘇省水利工程建設管理局, 江蘇 南京 210029)

摘要:與傳統護坡相比,生態護坡強調在滿足岸坡穩定性的同時達到修復生態、保護環境的目的。概括了河流岸坡生態護坡的內涵和特點,總結了常用于河流岸坡的生態護坡技術,重點介紹了石籠網生態護坡作為一種柔性護坡方式在國內外研究進展及其在工程中的應用。通過對已有理論和試驗的分析,闡明了影響石籠網結構護坡性能的主要設計參數。在此基礎上,結合工程中出現的問題,提出需要進一步研究的內容:石籠網結構抗沖刷特性研究、石籠網填石料級配、厚度與抗沖流速關系的研究及石籠網與植被的結合試驗研究。通過對石籠網結構的深入研究,以獲取更多的理論支撐,進一步優化石籠網結構的設計,更好地指導工程實踐。

關鍵詞: 河流岸坡; 生態護坡技術; 石籠網結構; 設計參數

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