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极端降雨条件下航空发动机吞雨的数值研究

推进技术 2023年第1期44卷 46-54页

作者：王司昭邢菲吴松霖周伟张巍厦门大学航空航天学院福建厦门361005 中国航发沈阳发动机设计研究所辽宁沈阳110015

为了探究极端降雨条件下发动机入口吞雨量,基于欧拉多相流模型,针对不同涵道比发动机,选取不同降雨强度、攻角及飞行阶段进行计算,分析不同条件对于发动机入口吞雨量的影响,并将计算所得结果与国军标中对于吞水的试验条件进行对比。计... 详细信息

为了探究极端降雨条件下发动机入口吞雨量,基于欧拉多相流模型,针对不同涵道比发动机,选取不同降雨强度、攻角及飞行阶段进行计算,分析不同条件对于发动机入口吞雨量的影响,并将计算所得结果与国军标中对于吞水的试验条件进行对比。计算结果表明,发动机入口吞雨量会随着降雨强度和飞行速度的增大而增大,但攻角变化对其影响较小。当降雨强度低于709.2mm/h时,发动机入口吞雨量始终低于国军标吞水试验条件中的入口流量最大值5%,能够保证飞行安全。但当降雨强度达到1872mm/h时,爬升阶段的吞雨量高于5%,可能存在安全隐患。

关键词：航空发动机极端降雨吞雨量数值模拟欧拉-欧拉法

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极端降雨条件下绿色屋顶径流调控效益研究

环境科学学报 2023年第11期43卷 134-143页

作者：何瑛瑛张守红闫婧章孙逊王任重远杨航王恺北京林业大学水土保持学院北京100083 北京市水土保持工程技术研究中心北京100083 山西吉县森林生态系统国家野外科学观测研究站临汾042200

气候变化导致极端降雨频发,绿色屋顶作为海绵城市建设的重要措施之一,可有效调控雨水径流,但目前缺少极端降雨条件下绿色屋顶径流调控效益的实测研究.本研究于北京市搭建了3种基质类型(改良土、田园土和轻质生长基(轻质基))的绿色屋顶,... 详细信息

气候变化导致极端降雨频发,绿色屋顶作为海绵城市建设的重要措施之一,可有效调控雨水径流,但目前缺少极端降雨条件下绿色屋顶径流调控效益的实测研究.本研究于北京市搭建了3种基质类型(改良土、田园土和轻质生长基(轻质基))的绿色屋顶,每种基质绿色屋顶分别设置2种植被类型(大花马齿苋(Portulaca grandiflora)和佛甲草(Sedum lineare))以及无植被覆盖的裸露基质(对照组).基于2017—2019年实测降雨特征,采用百分位阈值法筛选极端降雨,定量分析极端降雨条件下不同配置绿色屋顶的径流调控效益.结果表明,采用百分位阈值法第90百分位值确定的2017—2019年研究区极端降雨的阈值为30.1 mm;极端降雨条件下绿色屋顶的平均径流削减率和洪峰削减率(44.5%和48.6%)均极显著低于非极端降雨(94.6%和94.3%,p极端降雨条件均无显著差异(p>0.05);极端降雨条件下不同植被类型与基质类型绿色屋顶的平均径流削减率、洪峰削减率、产流延迟时间和峰现延迟时间均无显著差异(p>0.05),表明调整植被或基质类型对提升绿色屋顶在极端降雨条件下的径流调控效益作用有限.研究结果可望为气候变化背景下绿色屋顶设计和径流调控效益评估提供科学参考.

关键词：极端降雨绿色屋顶植被类型基质类型径流调控效益

极端降雨与强人类活动复合作用下山洪灾害研究构想和成果展望

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工程科学与技术 2024年

作者：王协康四川大学山区河流保护与治理全国重点实验室

全球气候变暖导致山丘区极端降雨事件多发，降雨强度与量级不断突破区域历史极值，同时叠加山丘区脆弱环境和强人类活动影响，山洪形成及演进致灾成因复杂多变，由此加重了暴雨山洪引发的人员伤亡和财产损失。山洪灾害具有显著的自然和... 详细信息

全球气候变暖导致山丘区极端降雨事件多发，降雨强度与量级不断突破区域历史极值，同时叠加山丘区脆弱环境和强人类活动影响，山洪形成及演进致灾成因复杂多变，由此加重了暴雨山洪引发的人员伤亡和财产损失。山洪灾害具有显著的自然和社会双重属性，其形成发展是山丘区环境孕灾承灾因子复合作用的结果。我国山丘区局地气候独特，地质地貌类型众多，溪河水系复杂，人类活动影响突出，大量重大山洪灾害事件表明，极端降雨诱发的山洪过程及致灾特征各异，给山洪灾害预报预警防御造成极大困扰，山洪灾害研究仍是当前重大自然灾害防控的重点和难点。长期以来，我国山洪灾害研究多偏重于雨水情时空变化规律，着重研究降雨影响的山洪洪水淹没特征，据此推算山洪灾害防治区的临界雨量/水位阈值，在山洪灾害防治实践应用中取得了较为显著的成效，山洪灾害事件导致的人员伤亡数总体显著下降。然而，受山丘区降雨特征、下垫面组成、溪河形态及人类活动等多因素影响，山洪洪水形成演进时常挟带大量泥沙，从而表现为山洪水沙、山洪泥石流等物理过程，导致的局地冲毁、淤埋、淹没等致灾成因及阈值与山洪洪水致灾也存在本质差异，这也是近年来我国重大山洪灾害事件多发的主要原因。针对极端降雨诱发多类型山洪形成演进与强人类活动复合作用致灾防御难题，拟利用气象学、水文学及河流动力学等多学科知识，采用现场调查、物理实验、数值模拟及理论分析相结合的方法，从传统单一的山洪洪水灾害研究扩展为全类型山洪灾害（山洪洪水灾害、山洪水沙灾害、山洪泥石流灾害）研究，开展全类型山洪引发的冲毁-淤埋-淹没等复合致灾研究，系统探究我国重灾省区重大山洪灾害事件的强降水时空演变规律，剖析极端降雨与强人类活动复合作用下多类型山洪形成及其演进致灾范围、规模特征，揭示气象水文溪河响应与强人类活动影响的不同类型山洪灾害致灾成因，建立气象水文水沙动力过程模拟方法，辨识山丘区流域全类型山洪冲毁-淤埋-淹没风险，提出不同类型山洪灾害易发区识别方法，构建山洪洪水灾害、山洪水沙灾害及山洪泥石流灾害分区分级多指标预警防御方法。该研究有利于提升我国山洪灾害理论技术研究水平，并进一步完善我国山洪灾害防治对策。

关键词：山区流域极端降雨强人类活动山洪灾害致灾成因

极端降雨下黄土高原草被沟坡浅层滑坡特征及其对产流产沙的影响

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生态学报 2022年第19期42卷 7898-7909页

作者：许阳光郭文召王文龙罗少辉陈卓鑫娄义宝费建坪西北农林科技大学水土保持研究所黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室杨凌712100 中国科学院水利部水土保持研究所杨凌712100 青海省气象灾害防御技术中心西宁810000

植被恢复作为黄土高原防治水土流失的重要措施,但极端降雨诱发的浅层滑坡在植被恢复的沟坡上频繁发生,影响流域的产流产沙过程。基于野外原位模拟降雨试验,在60 mm/h降雨强度下,研究草被沟坡浅层滑坡发生特征及其发生前后的产流产沙差... 详细信息

植被恢复作为黄土高原防治水土流失的重要措施,但极端降雨诱发的浅层滑坡在植被恢复的沟坡上频繁发生,影响流域的产流产沙过程。基于野外原位模拟降雨试验,在60 mm/h降雨强度下,研究草被沟坡浅层滑坡发生特征及其发生前后的产流产沙差异。结果表明:(1)极端降雨所诱发的草被沟坡上的浅层滑坡深度为14—36 cm,与自然强降雨所导致的浅层滑坡深度相贴合,均是低于50 cm。(2)植被根系与土壤容重、孔隙度等土壤性质显著相关(P极端降雨下滑坡面上层土壤水分更快达到饱和(饱和度>90%),导致浅层滑坡的发生。(3)草被坡面浅层滑坡后的径流与产沙均显著增大(P<0.05)。三个小区的平均径流率在滑坡后增大了4.0—13.1倍,其平均含沙量和产沙率在滑坡后分别增大了9.9—54.9倍和70—841倍。研究结果有助于加深了解植被沟坡的侵蚀产沙机理,并为浅层滑坡防治提供科学依据。

关键词：黄土高原浅层滑坡极端降雨径流侵蚀产沙植被恢复

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长江流域径流模拟及其对极端降雨的响应

环境科学 2023年第9期44卷 4853-4862页

作者：高爽遆超普汤水荣王心亮王慧勇孟磊颜晓元海南大学热带作物学院海口570228 中国科学院南京土壤研究所土壤与农业可持续发展国家重点实验室南京210008 中国科学院大学北京100049

研究流域径流量变化可为水资源科学调配、利用开发、水旱灾害防治、水环境污染整治和国民经济可持续发展等提供重要依据.但近年来受全球变暖影响,极端气候事件,尤其是极端降雨的发生频率和强度出现了变化,直接或间接影响径流量变化.运用... 详细信息

研究流域径流量变化可为水资源科学调配、利用开发、水旱灾害防治、水环境污染整治和国民经济可持续发展等提供重要依据.但近年来受全球变暖影响,极端气候事件,尤其是极端降雨的发生频率和强度出现了变化,直接或间接影响径流量变化.运用SWAT模型模拟1965~2019年间长江流域径流时空变化规律,分析了不同极端降雨条件下径流对降雨的响应.结果表明,1965~2019年间长江流域径流变化并不显著,流域总径流和中下游径流均经历了“枯-丰-枯-丰” 4个阶段.极端降雨情景模拟发现,50 a一遇极端降雨下,长江上、中和下游代表性子流域日均径流变化率分别为6 200%、 21%和15%,月均径流变化率为355%、 5%和1.3%,年均变化率为78%、 1%和0.24%.而100 a一遇极端降雨下,3个子流域日均径流变化率分别为8 000%、 25%和17%,月均径流变化率为437%、 7%和1.5%,年均变化率为96%、 1.2%和0.28%.研究结果可为流域水资源管理和利用及洪涝灾害预测与防控等提供理论依据.

关键词：长江流域径流极端降雨时空变化水资源管理

极端降雨下的城市地表-地下空间洪涝过程模拟

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水科学进展 2023年

作者：郭元王路瑶陈能志金菊香福州大学土木工程学院郑州大学水利与土木工程学院福建省水利水电勘测设计研究院有限公司

极端降水引起的城市内涝问题日益严峻，大量地表积水甚至衍生出部分地下空间的淹没受灾。针对目前水文水动力模型地下空间研究应用不足的现状，以郑州市某片区2021年“7·20”特大暴雨下的内涝过程为例，构建基于InfoWorks ICM的区域地... 详细信息

极端降水引起的城市内涝问题日益严峻，大量地表积水甚至衍生出部分地下空间的淹没受灾。针对目前水文水动力模型地下空间研究应用不足的现状，以郑州市某片区2021年“7·20”特大暴雨下的内涝过程为例，构建基于InfoWorks ICM的区域地表-地下空间联合模拟模型，对地下空间采用概化蓄水池法和水力连通法2种方式建模，分析局地内涝的成因、发展和影响。结果表明：地下空间内涝对地表积水的削减作用有限；概化蓄水池法简洁易行，水力连通法详细还原地下淹没过程；累积雨量和强降水时段对地下空间洪涝均有重要影响。地表-地下空间洪涝模拟丰富了城市暴雨洪水预警预报的内容，为防灾减灾提供支撑依据和参考。

关键词：极端降雨地下空间地表-地下联合模拟城市内涝致灾降雨

极端降雨对黄土沟壑区隧洞施工力学效应影响分析

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科学技术与工程 2024年第15期24卷 6388-6397页

作者：尚凯陶虎方自刚樊娜娜万宇兰州交通大学土木工程学院兰州730070

黄土地区输水隧洞的建设中,降雨入渗极大影响着输水隧洞围岩稳定性。利用非饱和渗流理论和数值模拟方法研究了极端降雨条件入渗与黄土沟壑区隧洞的开挖扰动耦合影响下围岩的变形和渗流场演变规律,通过Plaxis3D模型对降雨入渗下新奥法施... 详细信息

黄土地区输水隧洞的建设中,降雨入渗极大影响着输水隧洞围岩稳定性。利用非饱和渗流理论和数值模拟方法研究了极端降雨条件入渗与黄土沟壑区隧洞的开挖扰动耦合影响下围岩的变形和渗流场演变规律,通过Plaxis3D模型对降雨入渗下新奥法施工过程中围岩力学特性、初期支护过程进行流固耦合分析。结果显示,降雨等级越高,围岩孔隙水压力变化幅度越大,对围岩的稳定性越不利;降雨入渗与开挖扰动会加速土层中渗流场和应力场的重分布过程;基于沟道的汇水特性,隧洞围岩含水率在最初5~10 d呈台阶式增长,拱顶、拱腰和拱趾处的最大变形为17.8、28.2、24.6 mm,最大剪切应力为150.6、182.5、175.3 kPa,降雨结束约15~20 d围岩变形速率逐渐减小收敛至特定值,但围岩的应力持续增加,为避免围岩发生塑性变形,故可在15~20 d进行二次衬砌支护。本次研究结果可对极端降雨期黄土沟壑地区隧洞施工安全控制提供参考。

关键词：极端降雨黄土沟壑区隧洞开挖力学响应时效性

极端降雨情形下黄土区水土保持治理的减沙效益估算

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农业工程学报 2021年第5期37卷 147-156页

作者：郑明国梁晨廖义善黄斌袁再健广东省科学院生态环境与土壤研究所华南土壤污染控制与修复国家地方联合工程研究中心广东省农业环境综合治理重点实验室广东省面源污染防治工程技术研究中心广州510650 梅州市国际水土保持研究院梅州514000

极端降雨情形下水土流失治理的效益评估对黄河治理具有重要意义,但由于缺乏有效的针对降雨事件尺度的定量评估方法,该问题长期存有争议。2017年陕西榆林"7·26"特大暴雨致灾严重,引发广泛关注。该研究提出了一种适用于事件尺度的减沙效... 详细信息

极端降雨情形下水土流失治理的效益评估对黄河治理具有重要意义,但由于缺乏有效的针对降雨事件尺度的定量评估方法,该问题长期存有争议。2017年陕西榆林"7·26"特大暴雨致灾严重,引发广泛关注。该研究提出了一种适用于事件尺度的减沙效益计算方法,并以岔巴沟流域为研究对象,计算流域水土保持治理在"7·26"暴雨事件中的减沙效益。研究结果表明,在流域未治理时段,高强度降雨事件具有较好的降雨径流关系,并且事件平均含沙量相当稳定,藉此可估计"7·26"洪水发生在未治理时段的产流量和平均含沙量,从而计算出相应的产沙量,估算出流域治理的总减沙效益。进一步,利用坡面措施(包括梯田和植被)和淤地坝减沙机制的不同,可分割其各自的减沙贡献。计算结果表明,"7·26"暴雨中,流域水土保持治理使得洪水平均含沙量减小83%,径流减小55.1%,流域治理的总减沙效益因此高达92.4%,与2007-2017年岔巴沟流域泥沙的减幅相当。总减沙效益中有55.1%来自坡面措施,37.3%来自淤地坝措施,2种措施均发挥重要作用。该方法不仅可以计算流域水土保持治理的总减沙效益,还能够分割不同水土保持措施的效益,可广泛应用于黄土区极端降雨情形下水土流失治理的效益评估。

关键词：泥沙植被土壤侵蚀水土保持减沙效益极端降雨黄河中游

极端降雨下地下空间淹水对城市内涝过程的影响研究

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应用基础与工程科学学报 2024年第2期32卷 349-364页

作者：宋天旭刘家宏梅超王佳张克寒石虹远中国水利水电科学研究院流域水循环模拟与调控国家重点实验室北京100038 水利部数字孪生流域重点实验室北京100038

极端降雨会引起城市内涝,造成地面严重积水,从而威胁城市地表及地下空间的生命财产安全.当前水动力模型涉及地下空间的模拟较少,地下空间设防高度对城市内涝时空分布特征的影响分析还存在不足.针对以上问题,以郑州市二七区主城区在“7... 详细信息

极端降雨会引起城市内涝,造成地面严重积水,从而威胁城市地表及地下空间的生命财产安全.当前水动力模型涉及地下空间的模拟较少,地下空间设防高度对城市内涝时空分布特征的影响分析还存在不足.针对以上问题,以郑州市二七区主城区在“7·20”特大暴雨事件中的内涝过程为例,构建了考虑地下空间淹水的城市内涝模型.模拟了在地下空间不同设防高度下,城市内涝时空分布特征.研究结果显示:(1)构建的地下空间淹水模型具有一定物理机制,参数可量化,且计算简便,适用于大范围考虑地下空间淹水的城市内涝模拟;(2)不考虑地下空间淹水会使地表内涝风险被高估,高风险与超高风险面积之和将会增大10.7%;(3)当设防高度增加10cm时,城市地表的积水最大深度提高10.0%,流速增加2.3%,高风险与超高风险面积增加3.4%.这一结果表征了地下空间设防高度对城市内涝过程的影响机制与规律,为科学设置设防高度,有效防控城市地表-地下整体内涝风险提供了参考和依据.

关键词：极端降雨 “7·20”暴雨城市内涝地下空间地表-地下联合模拟风险评估设防高度