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冬奥会延庆赛区造雪引水工程潜在泥石流灾害模拟与对策研究

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工程地质学报 2023年第2期31卷 514-525页

作者：王俊飞金超袁鸿鹄王学良方文欣孙娟娟王宗刚河北工程大学地球科学与工程学院邯郸056038 北京市水利规划设计研究院北京100048 中国科学院地质与地球物理研究所页岩气与地质工程重点实验室北京100029 中国科学院地球科学研究院北京100029 中国科学院大学地球与行星科学学院北京100049 山东科技大学青岛266590

2022年北京冬奥会延庆赛区造雪引水工程是赛区重要的配套工程,担负着为赛区造雪系统提供储水及供水的任务。受工程功能和场区地形地貌条件约束,工程场区主要水工设施面临较高的泥石流风险。针对目前利用泥石流动力学数值模拟方法难以考... 详细信息

2022年北京冬奥会延庆赛区造雪引水工程是赛区重要的配套工程,担负着为赛区造雪系统提供储水及供水的任务。受工程功能和场区地形地貌条件约束,工程场区主要水工设施面临较高的泥石流风险。针对目前利用泥石流动力学数值模拟方法难以考虑多种降雨条件下泥石流启动厚度以进行多情景泥石流灾害模拟预测的问题,基于雨洪法,本文提出了考虑多降雨重现期泥石流沟平均产水厚度和物源平均产石厚度两个指标及计算公式,并结合无人机精细测量、遥感解译、现场调查、Massflow等手段工具,开展了冬奥会延庆赛区造雪引水工程在不同降雨重现期下潜在泥石流灾害的模拟预测。结果表明:不同高程处的水工构筑物(塘坝和泵站)在不同降雨重现期(20 a、50 a、100 a)下受泥石流威胁的程度存在差异,其中1050塘坝泥石流风险最高,面临淤埋和冲击双重破坏;900塘坝和1290蓄水池泥石流风险次之,前者以淤埋破坏为主,后者以冲击破坏为主;900泵站和1050泵站泥石流风险较低。结合模拟分析和现场调查,建议在1050塘坝上游修建拦砂坝,在900塘坝库尾设置沉砂池,在1290蓄水池东侧修建导流槽,以保障水工设施长期安全运行。

关键词：冬奥会延庆赛区泥石流水工设施 Massflow 重现期模拟预测

冬奥会延庆赛区造雪引水工程泥石流灾害风险评估

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冬奥会延庆赛区造雪引水工程泥石流灾害风险评估

作者：王俊飞河北工程大学

学位级别：硕士

当前,随着水电、道路、管线、桥隧等工程不断向山区布局,工程泥石流灾害有不断增多的态势。2022年北京冬奥会延庆赛区造雪引水工程是赛区重要的配套工程,主要为赛区造雪系统提供储水及供水保障。主要水工设施受自身功能约束,主要水工设... 详细信息

当前,随着水电、道路、管线、桥隧等工程不断向山区布局,工程泥石流灾害有不断增多的态势。2022年北京冬奥会延庆赛区造雪引水工程是赛区重要的配套工程,主要为赛区造雪系统提供储水及供水保障。主要水工设施受自身功能约束,主要水工设施多沿沟口或河道布置,加之工程所在的延庆山区属泥石流易发区,造雪引水工程面临较高的泥石流灾害风险。为了定量评估主要水工设施面临的泥石流风险,本文在对区域地质资料整理的基础上,结合现场踏勘、遥感解译、无人机精细测量、层次分析法等手段方法详细分析了工程区泥石流形成条件、基本特征和潜在泥石流沟的易发性。然后,基于雨洪法原理,提出了多降雨重现期下沟域平均产水厚度和物源平均产石厚度两个指标及计算公式,并利用泥石流动力学数值模拟软件Massflow对工程区开展了不同降雨重现期下潜在泥石流灾害的模拟预测。最后,基于风险评估理论,根据易发性评价和泥石流数值模拟得到泥石流动力学参数,对主要水工设施的泥石流风险进行了定量评估,并提出了相应的防治建议。通过研究,本文主要获得以下结论:(1)造雪引水工程所在区域位于北京山区,该区域具备泥石流形成的基本条件,历史上便是泥石流易发区。利用层次分析法对工程区潜在泥石流沟的易发性评价结果显示:N02、N08、N09、N10易发性为高,N04、N06、N07易发性为中,N01、N03、N05易发性为低,其中存在工程扰动的沟道泥石流易发性显著高于未扰动沟道。(2)针对目前利用泥石流动力学数值模拟方法难以考虑多种降雨条件下泥石流起动厚度以进行多情景泥石流灾害模拟预测的问题,基于雨洪法原理,提出了确定不同降雨重现期下沟域平均产水厚度和物源平均产石厚度指标及计算公式,实现了利用Massflow开展考虑物源分布的不同降雨条件下的泥石流灾害模拟。(3)对工程区不同降雨情景(20a、50a、100a)下潜在泥石流灾害的模拟表明,影响900塘坝和泵站的泥石流沟主要为N02、N03,影响1050泵站的为N03、N04和N05,影响1050塘坝和1290蓄水池的泥石流沟分别为N01和N07。其中,1050塘坝附近泥石流淤积厚度和冲击力均较大,900塘坝面临的淤积厚度较大,1290蓄水池面临的泥石流冲击力较高,900泵站和1050泵站泥石流淤积和冲击力较小。(4)本文利用构建的造雪引水工程泥石流风险评估体系,计算得到了主要水工设施在不同降雨条件下的泥石流风险,结果表明:当泥石流重现期为20年一遇和50年一遇时,主要水工设施泥石流风险等级为1050塘坝>900塘坝>1290蓄水池>1050泵站>900泵站。当泥石流重现期为100年一遇时,主要水工设施泥石流风险等级为1050塘坝>900塘坝>900泵站>1050泵站>1290蓄水池。总体来看,1050塘坝和900塘坝泥石流风险较高,建议优先治理。(5)为了降低造雪引水工程面临的泥石流风险,根据泥石流对主要水工设施的作用方式和强度,建议在1050塘坝上游修建拦挡坝,在900塘坝库尾修建拦砂池,在900泵站和1050泵站靠近沟道一侧修建挡墙,在1290蓄水池东侧修建排导槽。

关键词：冬奥会延庆赛区泥石流水工设施 Massflow 重现期风险评估

重大工程建设中地质灾害综合遥感监测技术方法应用——以北京2022冬奥会延庆赛区为例

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自然资源遥感 2023年

作者：马晓雪焦润成曹颖南赟王晟宇郭学飞赵丹凝闫驰倪璇北京市地质灾害防治研究所

随着我国经济社会发展,工程建设成为地质灾害的主要诱因之一。天-空-地一体化综合遥感监测技术能够实现不同尺度、不同规模的立体监测,为重大工程建设中地质灾害隐患提供丰富监测手段。在阐述天-空-地一体化综合遥感监测技术的基础上,... 详细信息

随着我国经济社会发展,工程建设成为地质灾害的主要诱因之一。天-空-地一体化综合遥感监测技术能够实现不同尺度、不同规模的立体监测,为重大工程建设中地质灾害隐患提供丰富监测手段。在阐述天-空-地一体化综合遥感监测技术的基础上,以北京2022年冬奥会延庆赛区为例,针对赛区发育的多类型、多灾种的地质灾害隐患,综合利用高分辨率光学遥感、时序合成孔径雷达干涉测量技术(interferometric synthetic aperture Radar,InSAR)、无人机航空摄影测量、激光雷达(light detection and ranging,LiDAR)和地基干涉雷达测量对赛区地质灾害隐患开展动态监测,查明了泥石流沟内物源变化特征以及工程边坡、雪道的变形区域和时序变形特征,总结了重大工程建设中地质灾害综合遥感监测方法,并提出多手段、多平台、多灾种、全流程的灾害监测应用设想。

关键词：综合遥感监测冬奥会延庆赛区天-空-地一体化地质灾害

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冬奥会延庆赛区复杂山地建筑环境工况特点

暖通空调 2022年第8期52卷 56-60页

作者：高伟张群力王峥李思瑶温玉央全巍中国建筑设计研究院有限公司北京100044 北京建筑大学北京中国建筑技术集团有限公司北京

以北京2022年冬奥会延庆赛区所处海坨山区域为研究对象,分析了该区域气温、风速与地热能等客观因素的特点及变化特征,为延庆赛区冬奥村建筑场馆暖通空调系统设计与运行策略提供科学依据,为实现延庆赛区冬奥村建筑场馆节能降耗提供参考。

关键词：冬奥会延庆赛区复杂山地建筑环境工况条件风速地热能

面向对象分类方法在水土保持措施提取中的应用

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中国水土保持科学 2022年第1期20卷 122-127页

作者：赵搏华王秀茹阎世煜张羽飞张婷北京林业大学水土保持学院北京100083 大连科技学院辽宁大连116052

无人机遥感影像与面向对象分类方法相结合的方式在水土保持监测中的应用越来越广泛,而不同的分类方法存在精度差异。为提高水土保持监测中措施分类测算的准确率,依托北京2022年冬奥会延庆赛区雪车雪橇中心水土保持监测工程,采用隶属度... 详细信息

无人机遥感影像与面向对象分类方法相结合的方式在水土保持监测中的应用越来越广泛,而不同的分类方法存在精度差异。为提高水土保持监测中措施分类测算的准确率,依托北京2022年冬奥会延庆赛区雪车雪橇中心水土保持监测工程,采用隶属度函数、最邻近分类法、支持向量机(SVM)、决策树以及随机森林5种分类方法,详细分析水土保持监测范围内2个片区的措施提取的精度差异。结果表明:1)5种分类方法的Kappa系数均>0.69,分类效果较好;其中,2个片区整体分类精度较好的是SVM分类法。2)挡墙适用最邻近分类法,精度为71.42%。3)SVM分类法对植被和第一片区的临时苫盖措施(裸土)分类精度较好,精度分别为93.25%和80.0%;对编织袋装表土和排水沟的分类精度和为81.51%和70.34%。最邻近分类法对第二片区的临时苫盖措施(裸土)、临时苫盖措施(植物)、框格护坡的精度较好,精度分别为73.94%、76.23%、66.37%。综上所述,SVM分类法更适用本研究的水土保持措施分类。

关键词：水土保持监测面向对象分类水土保持措施无人机遥感影像冬奥会延庆赛区

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冬奥临时建筑被动节能技术研究

冬奥临时建筑被动节能技术研究

作者：郭宝霞北京建筑大学

学位级别：硕士

建筑业同交通、工业都是人类社会能源消耗和碳排放的主要领域。在我国气候寒冷的北方地区,城镇的供暖能耗占全国建筑总能耗的20%。基于“绿色办奥、节俭办奥”的理念,2022年北京冬奥会延庆高山滑雪赛区采用了大量成本较低、运输方便、... 详细信息

建筑业同交通、工业都是人类社会能源消耗和碳排放的主要领域。在我国气候寒冷的北方地区,城镇的供暖能耗占全国建筑总能耗的20%。基于“绿色办奥、节俭办奥”的理念,2022年北京冬奥会延庆高山滑雪赛区采用了大量成本较低、运输方便、可回收再利用、施工工期短的临时建筑。延庆赛区地处海坨山区域,气候寒冷。常规临时建筑因普遍存在热阻小、蓄热性能差等问题,冬季供暖能耗高于永久性建筑。为了降低临时建筑的供暖能耗,本文以冬奥临时建筑为研究对象,开展了严寒环境下临时建筑被动节能技术研究。本文首先对延庆赛区不同海拔位置的气象条件进行了整理分析,对延庆赛区临时建筑样品房的室内热环境进行了实验研究。为加大对太阳能这一可再生能源的有效利用,以样品房的围护结构构造和建筑外形尺寸为基础进行模型改造,确定了本文的研究模型。基于该模型,采用Energy Plus能耗模拟软件探究了赛区不同海拔高度的气象条件下,临时建筑附加阳光间与围护结构集成相变材料两种被动节能技术对房间室温与供暖能耗的影响。为验证模拟计算的准确性,加工了阳光间临时建筑实验模型,开展了围护结构有无集成相变材料对阳光间温度影响的实验研究,利用实验值验证了模拟的有效性。在相变材料的影响研究中,分别对比分析了相变材料层厚度和集成位置对室内环境和供暖能耗的影响。最后,以经济和环保效益为评价指标,分别对两种被动节能技术在临时建筑中的应用进行了评价,以探究其适用性。本文研究工作主要得到了如下结论:1)受海坨山地势影响,延庆赛区低海拔区域的日最低气温比北京市城区低11℃。从赛区的低海拔区域到山顶出发区,供暖季平均温度从-3.9℃降低到-12.5℃,平均风速由3.2 m/s增大到7.7 m/s。赛区样品房的实验结果显示,临时建筑的室内外温度波动幅度接近,白天室温高,昼夜温差大。2)以赛区低海拔区域气象条件下最冷日的模拟结果为例,在临时建筑南向附加阳光间可将室温最高值降低2.2℃,低谷值升高2.1℃,减小了房间全天的室温波动,逐时供暖能耗最大可减少0.594 k W·h。从赛区低海拔区域到山顶出发区,附加阳光间可使临时建筑供暖季节能率达到20.4%至18.82%。3)对于附加阳光间的临时建筑,进一步模拟研究了相变材料应用于临时建筑围护结构的节能效果。相变材料用于墙体可减小房间的室温波动,降低供暖能耗。当在临时建筑墙体保温层内侧布置相变材料的厚度从0增加到40 mm时,三种气象条件下节能率分别增加14.52%、13.28%、12.75%,但每增大5 mm厚相变材料的节能率增量逐渐从4.47%、3.22%、2.57%减小至0.73%、0.8%、0.87%。将相变材料布置在墙体保温层内侧的调温与节能效果优于保温层外侧。4)将相变材料布置在屋顶保温层外侧时的调温效果不明显,节能效果劣于内侧工况。当气象条件较为寒冷时,在屋顶保温层外侧设置5 mm厚相变材料,甚至会出现“反节能”现象。在屋顶和地板的保温层内侧分别布置等量相变材料时,受太阳辐射与室内热空气分布影响,相变屋顶的调温与节能效果均好于相变地板。5)以经济和环保效益为评价指标,当临时建筑只附加阳光间,在赛区三个不同海拔高度的气象条件下,建筑可分别在12.9年、10.9年和9.8年收回成本,在一年的供暖期内,CO、SO、NO和烟尘的减排量(以火力发电污染物排放为参考)分别达610.3～803.2 kg、3.9～5.2 kg,3.4～4.4 kg和1.6～2.2 kg,环保效益明显;如果再将相变材料应用于临时建筑,虽然环保效益会进一步得到提升,但投资回收期过长,不具备经济效益。

关键词：冬奥会延庆赛区临时建筑被动节能附加阳光间相变材料节能率效益评价

基于SWAT模型的滑雪场融雪剂迁移与积累研究

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基于SWAT模型的滑雪场融雪剂迁移与积累研究

作者：明瑞涛北京建筑大学

学位级别：硕士

我国冰滑雪行业快速发展,滑雪运动场所一般在山区,其道路和停车场等交通设施密集,在应对冰雪天气时不可避免大量使用融雪剂。融雪剂工作原理是通过降低冰点融化道路上的积雪,给我们带来很多便利,但它的很多危害也慢慢为人所知。融雪剂... 详细信息

我国冰滑雪行业快速发展,滑雪运动场所一般在山区,其道路和停车场等交通设施密集,在应对冰雪天气时不可避免大量使用融雪剂。融雪剂工作原理是通过降低冰点融化道路上的积雪,给我们带来很多便利,但它的很多危害也慢慢为人所知。融雪剂随地表径流在土壤、水系中迁移与积累,对水体、水生生物、土壤、陆地植物和陆地动物都存在影响。现有对融雪剂的研究大多是融雪剂对环境影响的定性研究,本研究选择冬奥会延庆赛区作为研究区域核心,把融雪剂看作非点源污染进行定量研究。力求弥补融雪剂对环境影响定量研究的空白,旨在为融雪剂的工程应用提供参考和指导,为完善融雪剂管理措施提供支撑。考虑到不同类型融雪剂在价格、性能、环境影响等特点的差异性,利用结合灰色关联度的TOPSIS法对不同寒冷程度、不同敏感度等环境下进行融雪剂使用方案择优研究,确定不同环境的不同融雪剂适配方案。在针对研究区域选定融雪剂方案后,在冰雪路面添加融雪剂构成水、冰、融雪剂溶液物理模型(Water-Ice-Salt,简称WIS),以仿真模拟软件Star-CCM+为研究工具模拟融雪过程,确定不同天气状况下的融雪剂标准用量。最后选择研究区域构建SWAT模型,结合天气数据输入融雪剂用量,对研究区域延庆赛区融雪剂在土壤和水系的迁移和积累情况进行模拟预测。本研究利用结合灰色关联度的TOPSIS法评价模型,对氯化钠、氯化钙、氯化镁、氯盐混合型融雪剂和乙酸钙镁这5种常用融雪剂,在四种特定环境高寒高敏地、高寒低敏感地、低寒高敏感地、低寒低敏感地进行融雪剂方案优劣性评价。本研究中选取的融雪剂种类为氯化镁融雪剂。以仿真模拟软件Star-CCM+为研究工具模拟道路除雪过程,考虑环境温度、风速和降雪等级等环境因素,模拟WIS物理模型融化过程。文中共模拟出风速为0m/s、1m/s、2m/s、3m/s,环境温度分别为0℃、-3℃、-5℃、-7℃、-10℃,降雪为小雪、中雪、大雪、暴雪下100种不同环境条件融雪剂用量模拟值。为确定融雪剂在研究区域土壤和水系积累情况,建立研究区域SWAT模型。对研究区域最优融雪剂使用方案进行适配,结合研究区域各子流域的道路、停车场面积,在各子流域输入逐日不同天气状况下的融雪剂标准用量厚度。通过对水系和各子流域在使用融雪剂后氯离子含量变化的模拟结果分析,并对模拟结果和水生生物、植物等耐受性进行比较,可以看出,融雪剂的使用会使研究区域的氯离子含量增长,但仅在研究周期前段2021年到2027年氯离子含量增长较快,2027年后氯离子含量增长逐渐稳定,并基本不会对水体和土壤等环境造成很大影响。

关键词：融雪剂冬奥会延庆赛区 TOPSIS法 Star CCM+模型 SWAT模型