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《水利水运工程学报》2018年第6期中文摘要
日期:2019年01月11日 16:25:11点击数:次字号:【

防洪排涝排水一体化模型在洪水风险图编制中的应用

乌景秀1,范子武1,杨帆1,刘国庆1,贾本有1,顾芳芳2

(1. 南京水利科学研究院 水文水资源与水利工程科学国家重点实验室, 江苏 南京 210029; 2. 南京瑞迪建设科技有限公司, 江苏 南京 210029)

摘要:随着城市洪涝灾害频繁发生,编制洪水风险图已成为当前国内外城市防洪减灾工作中重要内容,它可反映区域洪涝成因、量级、特性、危及对象及应急对策等风险信息分布特征。采用水力学方法构建水力学模型模拟研究区域洪水演进情况是洪水风险图编制常用的方法,通过构建考虑河道、城市地下管网、排水系统设施、阻水建筑物、水利工程及调度的防洪排涝排水一体化模型,将城市防洪排涝与排水有机结合,并兼顾流域与区域风险,通过历史降雨对模型进行校核验证,保证模型的可靠性。模拟计算了景德镇市城区因超标准洪水导致防洪墙溃决或城市暴雨可能发生的受淹和积水情况,并根据计算结果绘制洪水风险图,对景德镇市预防外围洪水、降低城市内涝洪水影响及土地利用和城市发展规划等提供决策依据和技术支持。

关键词:洪水风险; 城市洪水风险图; 水力学模型; 防洪排涝排水一体化; 防洪减灾

基于水轮机特征频率的组合长柱振动特性研究

胡少伟1,许毅成1,张润1,喻江1, 2

(1. 南京水利科学研究院, 江苏 南京 210029; 2. 河海大学 水利水电学院, 江苏 南京 210098)

摘要:为了有效改善当前水电站厂房整体结构的使用性能与抗震性能,以水电站水轮发电机组运行的特征频率为参数指标,分别对矩形截面空心钢管长柱、圆形截面空心钢管长柱、矩形截面钢-混组合长柱、圆形截面钢-混组合长柱4种模型进行模态分析及共振校核。分析表明,圆形截面钢管混凝土组合长柱的自振频率与振源频率错开度大于20%,能够有效避免共振,具有显著的抗震特性。在此基础上,开展室内足尺寸模型振动特性试验,通过位移响应和加速度响应等力学指标进行对比分析。结果表明,在20 Hz的振源频率下,方截面柱的振动响应小于圆截面柱。上述振动特性分析结果可为水电站厂房柱结构的工程设计提供技术支持。

关键词:特征频率; 组合长柱; 模态分析; 共振校核; 振动特性试验

黄河上游梯级水库联合调水调沙及合理库容研究

金文婷1,王义民1,白涛1,石静涛2

(1. 省部共建西北旱区生态水利国家重点实验室(西安理工大学), 陕西 西安710048; 2. 国网陕西安康水力发电厂, 陕西 安康 725000)

摘要:随着对黄河水资源利用要求的提高,需明确未来调水调沙及南水北调西线工程对黄河上游梯级水库所需库容的影响,探求未来多工况用水要求下合理的梯级水库兴利库容。考虑黄河上游兰州断面需水、梯级水库发电、调水调沙、防洪、防凌等要求,首先建立了以缺水量最小为目标的梯级水库联合调度模型,设置了现状年及远景年共8个方案;其次采用自迭代模拟优化算法求解模型,用长系列径流资料进行优化调度计算;最后对模型求解结果采用时历法推求梯级水库所需兴利库容,确定梯级水库合理库容。从总调沙次数、调沙频率、多年供水量、供水保证率、多年平均发电量、发电保证率等指标分别量化了调水调沙、供水和发电效益。未来梯级水库所需合理库容将因综合需水和调沙次数的增加而增大,而西线工程的实施将有助于减小合理库容规模。在各调沙方案中,仅当2030年西线调水80亿m3时现有的梯级水库兴利库容能够满足综合用水需求,适当降低调沙力度与调沙频率或许是解决这一矛盾的折衷选择。研究成果量化了未来新水资源利用形势下的梯级水库合理库容,为科学指导黄河上游总体工程布局提供了决策依据。

关键词:黄河上游; 合理库容; 自迭代模拟优化算法; 调水调沙; 西线工程

含多个行洪区的淮干中游段洪水模拟Ⅱ:模型应用

王立辉1,谢伟杰1, 2,王宗志2,程亮2,刘克琳2,王坤1, 2,何岩雨1

(1. 福州大学, 福建 福州 350002; 2. 南京水利科学研究院 水文水资源与水利工程科学国家重点实验室, 江苏 南京 210029)

摘要:基于所建立的淮河中游洪水演进模型,对正阳关-茨淮新河河口段内行洪区弃用、洪泛区分洪后淮干水位变化进行了计算分析,包括弃用上六坊堤、下六坊堤行洪区对淮河干流水位的影响。结果显示,淮河在遭遇50年一遇和100年一遇洪水情况下,弃用上、下六坊堤行洪区后洪峰水位仅上升2~4 cm,验证了《淮河流域防洪规划报告》中废弃上述两个行洪区的合理性。同时分析了淮河遭遇200年一遇洪水、黄苏段洪泛区弃守分洪对淮干水位的影响。计算结果表明,在弃守分洪后的3~4 d内溃口对应的淮干水位降低10~14 cm,溃口上下游淮干水位也有不同程度下降,可见利用黄苏段分洪可以显著降低淮河干流水位,从而有效保护附近重要堤防的安全,为防洪调度争取更多的时间和空间。

关键词:洪水演进; MIKE11; 淮河中游; 行洪区; 黄苏段洪泛区

孤立波作用下组合型港池共振响应的数值研究

赵松颖1, 2,郝嘉凌1, 2,杨氾3,董洪汉1, 2,王强3

 (1. 海岸灾害及防护教育部重点实验室(河海大学), 江苏 南京 210098; 2. 河海大学 港口海岸与近海工程学院, 江苏 南京 210098; 3. 南京水利科学研究院, 江苏 南京 210029)

摘要:港池受到孤立波入射时会在港池内激发多种模态的共振响应。为进一步研究不同平面布置形式港池的响应特性和共振规律,建立不同内外港池长度和连接位置的组合型港池,采用基于Boussinesq方程的波浪数值模型MIKE 21-BW模拟了孤立波作用下组合型港池的共振响应,对数值模拟的结果进行频谱分析和波幅分布测定并与现有理论值比较。结果表明,孤立波正向入射组合型港池激发的主要响应模态的频率和与其长度相等的细长港池的理论固有频率接近,各主要共振模态的振幅与内外港池的长度和两港池口门的距离有密切关系;波浪入射方向和港池内边界反射条件的改变对狭长组合型港池中形成的各共振模态的形状影响不大,但是增大港池宽度会使港池内激发明显的横向共振。最后提出了消减港湾共振的平面布置形式,可为实际工程设计提供指导。

关键词:孤立波; 港湾共振; 组合型; MIKE21BW; 固有频率

多因素耦合的内河限制性航道维护底宽确定方法

夏峰,陈一梅,王宗传,毛礼磊

(东南大学 交通学院, 江苏 南京 210096)

摘要:航道维护底宽是内河航道养护管理工作的重要指标之一。为探究限制性航道维护底宽的确定方法,基于航海学和可靠性理论,分析计算了满足通航标准、船舶运动特性、航行可靠性的航道底宽,构建了内河限制性航道维护底宽的效益费用模型。其中效益模型由船舶运输、节能减排、替代公路运输以及防洪等效益构成,费用模型由一次性疏浚及日常维护等费用构成。在此基础上,耦合多因素综合分析计算了京杭运河镇江段的航道维护底宽,结果表明该航段40 m维护底宽较为合理。该限制性航道维护底宽确定方法较好地考虑了内河限制性航道多因素多目标需求,具有较高实用价值。

关键词:效益费用模型; 航行可靠性; 限制性航道; 维护; 底宽

西淝河闸站工程开孔导流墩整流试验研究

徐波1,姚天雯1,夏辉2,高琛3

(1. 扬州大学 水利与能源动力工程学院, 江苏 扬州 225127; 2. 江苏省水利勘测设计研究院有限公司, 江苏 扬州 225127; 3. 江西省水利规划设计研究院, 江西 南昌 330029)

摘要:针对西淝河闸站工程在闸、站单独运行时存在的回旋和斜流问题,采用整体正态模型对闸站工程进行水工模型试验研究。在抽排水工况下,设计了不同导流墩长度,不同导流墩开孔尺寸包括开孔宽度、开孔间距、开孔高度等7种导流墩整流方案;其中对仅25 m 长导流墩方案和导流墩最优开孔尺寸方案进行了自排工况下自排闸的过流流态及流速分布研究。通过对比各方案下导流墩侧回旋区面积大小及各孔流速均匀度,建议导流墩长25 m,开孔宽4.5 m,相邻的孔口间距6.25 m,开孔高度5 m。5#和6#流道中间加设1 m短隔墩的方案可减小泵站前池及闸前水流回旋区域,改善水流流态,提高各孔流速均匀度,为泵站机组及水闸运行提供良好的水力条件。试验研究结果可为闸站结合工程选择导流墩整流方案提供技术参考。

关键词:西淝河闸站; 导流墩开孔; 整流; 模型试验

江心洲地下水浸没预测与控制研究

刘亚南,周志芳,杨蕴,李明远

(河海大学 地球科学与工程学院, 江苏 南京 210098)

摘要:针对新干航电枢纽工程引起的库区江心洲浸没问题,通过建立江心洲浸没评价的地下水三维非稳定流有限元渗流模型,在多年平均水文条件下,按堤外抬田防渗和堤内多种浸没控制措施(防渗墙与减压井联合布设工况方案)进行浸没评价和控制预测。结果表明:①在无防渗措施工况下,江心洲迅速发生顶托型浸没,而防渗墙可延缓江心洲堤内浸没发生的时间,同时在堤外抬田,可有效控制浸没程度;②对比预测不同的减压井(井径及其与防渗墙的垂直距离)布设方案的运行效果,结果显示在大井径且井列线位于居民建筑物临界处时,能够有效控制江心洲堤内的浸没范围;③防渗墙与减压井联合布设时,在达到浸没控制要求的条件下,防渗墙可大大减小减压井排水量。不同工况的对比研究可为新干航电枢纽工程库区江心洲浸没控制及方案设计提供科学依据。

关键词:航电工程; 库区浸没; 地下水; 减压井; 防渗墙; 数值模拟

基于滑移效应的水煤浆膏体管道输送阻力计算

吴优,曹斌,夏建新

(中央民族大学 生命与环境科学学院, 北京 100081)

摘要:随着煤化工产业的发展,煤炭如何高效清洁输送成为研究的热点。利用管道水力输送高浓度水煤浆具有投资少、节能环保等明显优势。由于小管径试验操作更加方便,更加节省物料,试验室中常用小管径进行工艺参数试验。试验研究了质量浓度为53%和58%的高浓度水煤浆在管径为50,47,32和29 mm管道中的流动特性。推导了滑移条件下不同流型流体的流变参数计算式,并基于滑移效应分析,得到了水煤浆的阻力系数。通过均质流阻力计算式得到高浓度水煤浆的阻力,计算结果表明,水煤浆的流变模型符合Herschel-Bulkey模型,考虑滑移效应条件下,高浓度水煤浆阻力系数与广义雷诺数存在一定关系,阻力可用均质流公式进行计算。

关键词: 阻力系数; 雷诺数; 水煤浆; 阻力特性; 管流

高速明渠流条件下高性能加筋草皮抗侵蚀特性研究

张壮1, 2,潘毅1, 2,陈永平1, 2,胡玉植3,张同鑫1, 2,李琳4

(1. 河海大学 水文水资源与水利工程科学国家重点实验室, 江苏 南京 210098; 2. 河海大学 港口海岸与近海工程学院, 江苏 南京 210098; 3. 中国电建集团中南勘测设计研究院有限公司, 湖南 长沙 410014; 4. 杰克逊州立大学 土木与环境系, 杰克逊 密西西比 39217)

摘要:现有针对高性能加筋草皮的抗侵蚀性能研究,大多建立在大规模试验基础上,重点研究允许冲刷流速和表面切应力。为了研究高速明渠水流条件下高性能加筋草皮侵蚀过程,对天然草皮和3种高性能加筋草皮共48个样品进行培植,并布置在高速明渠流的倾斜水槽中,通过不同坡度和流量分别进行间断和不间断冲刷试验,分析流速、流量和侵蚀量的关系。结果表明,间断和不间断冲刷的侵蚀速率有明显差异,说明初始冲刷引起了高性能加筋草皮的大部分侵蚀。样本侵蚀过程显示侵蚀速率随侵蚀量的增加而降低,证明明渠高速水流作用下加筋草皮存在“侵蚀上限”特征。此外,还讨论了流量和生态加筋网结构对侵蚀过程的影响,并尝试拟合了平均侵蚀速率与水流表面流速的关系。

关键词: 护坡; 高性能加筋草皮; 抗冲蚀能力; 初始冲刷; 侵蚀上限

粗粒料湿化变形三轴试验研究

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

 (1. 河海大学 岩土力学与堤坝工程教育部重点实验室, 江苏 南京 210098; 2. 江苏省岩土工程技术工程研究中心, 江苏 南京 210098; 3. 青岛市地铁一号线有限公司, 山东 青岛 266000)

摘要:对小浪底斜心墙堆石坝的砂岩粗粒料采用单线法进行中型三轴湿化变形试验,研究了该种土料的湿化变形特性。通过对试验结果和湿化变形规律的分析,总结了湿化轴向应变、湿化体积应变与湿化应力水平、围压之间的关系。试验结果表明,湿化轴向应变与湿化应力水平呈双曲线关系,湿化轴向应变与围压呈线性关系;湿化体积应变与湿化应力水平和围压均为线性关系。根据对试验结果的分析以及计算湿化变形的单线法,提出了一个适用于计算粗粒料湿化变形的数学模型。该湿化变形模型参数共6个,并给出了通过室内常规试验确定参数的方法。对模型进行了验证,结果表明该湿化模型计算曲线与试验结果吻合较好,表明该模型能较好地反映粗粒料湿化变形的特征。

关键词:粗粒料; 湿化变形; 三轴试验; 湿化变形数学模型

基于GA-BP神经网络的粗粒土渗透系数预测

饶云康1,丁瑜1, 2, 3,倪强4,许文年1, 2, 3,刘大翔1, 2, 3,张恒1

(1. 三峡大学 三峡库区地质灾害教育部重点实验室, 湖北 宜昌 443002; 2. 防灾减灾湖北省重点实验室(三峡大学), 湖北 宜昌 443002; 3. 三峡地区地质灾害与生态环境湖北省协同创新中心, 湖北 宜昌 443002; 4. 嘉兴市规划设计研究院有限公司, 浙江 嘉兴 314050)

摘要:针对粗粒土渗透性能受颗粒级配、密实程度等因素影响而呈现明显差异,提出一种粗粒土渗透系数预测方法。收集并整理得到93组粗粒土数据,以全级配(d10~d100)和孔隙比作为BP神经网络的输入变量,利用遗传算法优化BP神经网络的初始权值与阀值,构建基于BP神经网络和遗传算法的粗粒土渗透系数预测模型。结果表明:该GA-BP神经网络经过55次迭代之后精度满足要求;87组训练样本预测结果的平均相对误差为5.10%,其中有75%的样本相对误差小于平均相对误差;6组检测样本预测结果的平均相对误差为6.39%,该网络模型泛化性能良好。采用GA-BP神经网络,由全级配和孔隙比能较好地预测粗粒土的渗透系数,且收敛速度、预测精度及泛化性能均优于标准的BP神经网络模型。

关键词:粗粒土; 渗透系数; BP神经网络; 遗传算法; 孔隙比; 级配

基于施工循环的绞吸挖泥船疏浚作业平稳度分析

李明超1,孔锐1,秦亮2,韩帅1,田桂平2

(1. 天津大学 水利工程仿真与安全国家重点实验室, 天津 300354; 2. 中交天津航道局有限公司, 天津 300042)

摘要:绞吸挖泥船是水利工程疏浚施工领域广泛使用的一类工程船舶,安装在船上的工况监测系统能够实时记录船体的疏浚作业状态,但是所获得的实时监测数据并不能直接提供船体疏浚作业平稳度的关键信息。提出一种基于施工循环的绞吸挖泥船疏浚作业平稳度分析评价方法,通过选择合适的施工监测参数作为绞吸挖泥船疏浚作业平稳度分析指标,然后在预定义的施工循环内对平稳度指标进行计算分析,得到挖泥船在整个施工期间的疏浚作业平稳度变化情况,以及每个施工循环内的疏浚作业平稳度值。据所得的疏浚作业平稳度,能够判断挖泥船操作人员的疏浚作业平稳度优劣,并直观评价其相应的疏浚产量,为绞吸挖泥船的疏浚作业提供有效指导。同时,通过与传统的疏浚作业平稳度分析方法进行比较可见,所提出的方法能够定量地反映绞吸挖泥船在整个施工期间和每个施工循环中的平稳度变化情况,弥补了传统方法的不足,具有更强的实用性和优越性。

关键词: 绞吸挖泥船; 实时监测数据; 疏浚施工循环; 平稳度指标; 疏浚产量

基于博弈论组合赋权的水环境综合治理效果评价

鲁佳慧,唐德善

(河海大学 水利水电学院, 江苏 南京 210098)

摘要: 随着人们对水环境要求的提高和政府投资力度的加大,水环境综合整治取得了一定的效果,但目前还没有针对水环境综合整治效果的评价指标体系。从水体改善、景观、生态、功能和社会民生5个方面选取17项指标建立了水环境综合治理效果评价指标体系。基于博弈论均衡和协调的基本思想,利用AHP法确定主观权重,熵法确定客观权重,通过组合赋权得出综合权重,构建了基于博弈论组合赋权的水环境综合治理效果评价模型。结合宣城市2015—2017年水环境综合治理效果的相关数据进行评价,评价结果显示2015年宣城市水环境综合治理效果评价等级为中,2016年和2017年评价等级均为良;综合评价得分呈逐年上升趋势,表明治理效果不断提高。

关键词: 水环境治理效果; 指标体系; 熵法; 博弈论; 综合评价

河流冲刷作用下石笼网生态护坡技术研究

张桂荣1,张家胜1, 2,王远明3,邵勇4

(1. 南京水利科学研究院 水文水资源与水利工程科学国家重点实验室, 江苏 南京 210029; 2. 河海大学, 江苏 南京 210098; 3. 黑龙江省三江工程建设管理局, 黑龙江 哈尔滨 150040; 4. 江苏省水利工程建设管理局, 江苏 南京 210029)

摘要:与传统护坡相比,生态护坡强调在满足岸坡稳定性的同时达到修复生态、保护环境的目的。概括了河流岸坡生态护坡的内涵和特点,总结了常用于河流岸坡的生态护坡技术,重点介绍了石笼网生态护坡作为一种柔性护坡方式在国内外研究进展及其在工程中的应用。通过对已有理论和试验的分析,阐明了影响石笼网结构护坡性能的主要设计参数。在此基础上,结合工程中出现的问题,提出需要进一步研究的内容:石笼网结构抗冲刷特性研究、石笼网填石料级配、厚度与抗冲流速关系的研究及石笼网与植被的结合试验研究。通过对石笼网结构的深入研究,以获取更多的理论支撑,进一步优化石笼网结构的设计,更好地指导工程实践。

关键词: 河流岸坡; 生态护坡技术; 石笼网结构; 设计参数

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