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抓斗式疏浚作业区域流场及悬沙运动规律的模拟分析

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长江科学院院报 2024年

作者：龙瑞金中武 Tomoaki NAKAMURA Yonghwan CHO Norimi MIZUTANI 长江科学院河流研究所长江科学院水利部长江中下游河湖治理与防洪重点实验室 Nagoya University

疏浚作业时，以底泥释放为代表的内源污染治理问题变得日益突出，减少疏浚带来的水体二次污染是河湖治理中的重点和难点。本文通过使用数学模型FS3M进行全尺寸数值模拟，从流场、悬沙运动及体积变化的角度研究了能减少水体浑浊产生的抓... 详细信息

疏浚作业时，以底泥释放为代表的内源污染治理问题变得日益突出，减少疏浚带来的水体二次污染是河湖治理中的重点和难点。本文通过使用数学模型FS3M进行全尺寸数值模拟，从流场、悬沙运动及体积变化的角度研究了能减少水体浑浊产生的抓斗最佳下落操作。数值结果表明，抓斗在自重和机械力的控制下，下降过程中会对周围水体产生较大的扰动，卷起较多的床沙，对周边水体环境造成影响。在作业过程中适当的减缓自身下降速度可以有效的抑制床面附近产生的水流速度，随之也会减少悬沙的产生并抑制其随水流运动而向外部扩散。随着计算模型的不断优化升级，今后还需对抓斗铲沙这一动态行为进行模拟分析，深入研究这一行为对泥沙运动规律的影响。该研究的成果可为环保式疏浚工艺提供一定参考。

关键词：疏浚抓斗流场悬沙运动数值模拟

金沙江堰塞湖溃决后淤积河段疏浚措施实验研究

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中国农村水利水电 2024年第3期 121-127,136页

作者：冯云龙王明侯极张春泽周勤重庆交通大学西南水利水运工程科学研究院重庆400074 中国电建集团贵阳勘测设计研究院有限公司贵州贵阳550000 重庆西科水运工程咨询中心重庆400074

2018年金沙江上游因强降雨发生大型山体滑坡形成堰塞湖,堰塞湖溃决后大量泥沙随溃坝洪水向下游输移,导致下游河道形态及水流特性突变。某规划电站尾水河段受该事件影响,床面淤积6~10 m。为保障该电站如期正常建设,针对尾水河段上下游3 k... 详细信息

2018年金沙江上游因强降雨发生大型山体滑坡形成堰塞湖,堰塞湖溃决后大量泥沙随溃坝洪水向下游输移,导致下游河道形态及水流特性突变。某规划电站尾水河段受该事件影响,床面淤积6~10 m。为保障该电站如期正常建设,针对尾水河段上下游3 km河道,开展动床物理模型试验研究,探索尾水河段设计水位恢复方案。河道演变分析表明,堰塞湖溃决后的第1年,工程河段河床单向显著冲刷;至2022年汛前,河道整体表现为上冲下淤,尤其弯道下游石滩显著生长发育。通过模型试验预测了工程河段2027年地形,届时河道床而仍较堰塞湖溃决前高1~6 m,需要采取疏浚措施才能保障规划电站尾水口水位降低至设计水位。为有效减小疏浚范围及疏浚量,详细分析了弯道下游新生石滩段的水沙特性及演变趋势,提出了下游先期局部疏浚,通过自然演变调整床面,再开展整体疏浚的整治方案。试验证明,该方案较直接疏浚方案缩短了疏浚长度,可减少约6.88万m3疏浚量。继续针对新方案开展淤积试验,由于上游电站已陆续建成使用,其拦蓄作用大幅减少了研究河段来沙量,在5个典型年的水沙作用下,研究河段床面整体保持相对稳定,仅尾水出口下游左侧呈现一定程度淤积,建议管理单位定期按需要进行必要的局部疏浚维护,以保障电站安全运行。

关键词：堰塞湖动床模型河床演变发电水位疏浚

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长江宜昌至大埠街段砂卵石河床疏浚对航槽动力影响研究

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水电能源科学 2024年第4期42卷 192-196页

作者：余文钧王江长江航道勘察设计院(武汉)有限公司湖北武汉430010

为研究长江宜昌至大埠街段砂卵石河床疏浚对航槽动力环境的影响,采用基于非结构网格的二维水流模型,充分考虑下游沙质河床水位下降溯源作用,分析出口水位下降与疏浚共同影响下的航槽内水流动力特征变化。结果表明,在河床保持稳定的前提... 详细信息

为研究长江宜昌至大埠街段砂卵石河床疏浚对航槽动力环境的影响,采用基于非结构网格的二维水流模型,充分考虑下游沙质河床水位下降溯源作用,分析出口水位下降与疏浚共同影响下的航槽内水流动力特征变化。结果表明,在河床保持稳定的前提下,下游沙质河段水位下降2 m,水位下降向上传递沿程递减,至陈二口处水位降幅降至0.004 m,至宜昌水位降幅降至0.001 m以内,比降的影响表现为局部比降增大,增大区域主要集中在姚港以下;疏浚能提升航道水深,缓解航槽内的坡陡现象,但也会降低沿程河段的水位控制强度,下游水位下降2 m结合疏浚后,水位下降0.004 m将上延至周家河,宜昌水位降幅将增大至0.002 m。研究成果可为长江干线砂卵石河段航道尺度提升、航道维护等提供技术支撑。

关键词：砂卵石河段疏浚水位航道

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海洋疏浚环境低合金钢磨损—腐蚀耦合损伤行为与机理研究

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海洋疏浚环境低合金钢磨损—腐蚀耦合损伤行为与机理研究

作者：任武彬钢铁研究总院

学位级别：硕士

随着国家海洋战略的不断推进,大规模吹填造陆和航道疏浚工程的陆续开展,疏浚行业得到前所未有的发展。疏浚用挖掘和过流部件,如刀齿、管线和泥泵等,面临着严重的砂石磨损和海水腐蚀,且磨损和腐蚀相互促进,进一步加速了材料损失。提升材... 详细信息

随着国家海洋战略的不断推进,大规模吹填造陆和航道疏浚工程的陆续开展,疏浚行业得到前所未有的发展。疏浚用挖掘和过流部件,如刀齿、管线和泥泵等,面临着严重的砂石磨损和海水腐蚀,且磨损和腐蚀相互促进,进一步加速了材料损失。提升材料抗磨蚀性能,延长装备使用寿命,对于提高疏浚效率和经济效益意义重大。尽管低合金钢已大量应用于海洋疏浚装备刀齿和管线的制造,但对其在海洋疏浚环境下的磨蚀行为和失效机理研究不足,这不利于合理选材和新材料的开发。基于以上背景,本文制备了不同碳含量的低合金钢(碳含量范围:0.1～0.6%),通过淬火+低温回火工艺获得马氏体组织,并与Q355钢进行了对比研究。首先研究了试验钢在不同模拟工况条件下的磨蚀损伤演变过程,然后研究了硬度对试验钢总磨蚀速率和磨蚀各分量(纯磨损、纯腐蚀和交互作用)的影响规律和微观机理,最后探讨了疏浚耐磨蚀钢性能提升的思路和方向。主要研究结果如下:(1)试验钢的总磨蚀速率随着时间延长先快后慢然后在约3.8 h后趋于稳态,这与表面形变硬化层的演变密切相关。随着时间延长,形变硬化层逐渐加深并趋向于稳定。低硬度钢塑性变形严重导致阳极点形成后无法保留,最终呈现塑性变形疲劳为主的损伤形貌,伴随有犁沟损伤;高硬度钢塑性变形降低导致阳极点能持续发展导致形成磨蚀坑,最终呈现塑性变形疲劳和磨蚀坑的损伤形貌,同样伴随有犁沟损伤。通过改变外部因素而增加机械磨损也会使得阳极点难以发展,从而增加钢表面的塑性变形损伤。(2)随着硬度的增加,试验钢总磨蚀速率和纯磨损速率均表现出先快后慢再快的下降趋势;在中等硬度范围内(460～600 HV),增加钢的硬度对耐磨蚀性的提升作用较小。研究发现,中等硬度钢在颗粒反复冲击变形作用下,在亚表层诱发横向微裂纹,微裂纹扩展连接后导致片层剥落现象,从而加剧了磨损损伤;而高硬度钢(～710HV)表面变形轻微,难以诱发微裂纹和片层剥落,从而导致其磨蚀速率明显降低。(3)机械磨损是造成总损伤的首要因素,占比达到47.4～62.7%,硬度越高,机械磨损占比就越小;磨损-腐蚀交互作用是造成总损伤的第二位因素,占比为28.4～38.4%,随着硬度增加交互作用先减少后增加。这是由于低硬度时交互作用由磨损主导,而高硬度时交互作用由腐蚀主导。磨蚀坑的形成是磨损促进腐蚀的主要体现。纯腐蚀占比约2.8～14.2%,碳含量越高,纯腐蚀占比就越大。试验钢静态腐蚀和流动腐蚀速率均随碳含量增加而增大,这是由于碳含量增加后加速了阴极反应,提高了微区的电偶腐蚀速率从而加速了腐蚀;而流动腐蚀速率显著高于静态腐蚀速率,前者约为后者的24.0～42.1倍。(4)提出了疏浚用低合金钢今后的研究方向:(a)提高马氏体钢的韧塑性以减轻片层剥落导致的材料损失;(b)提高钢的耐蚀性,从而降低磨损与腐蚀的交互作用;(c)鉴于珠光体/铁素体组织在同硬度下表现出良好的抗磨蚀性且其易于加工成型,有必要探索中高碳珠光体/铁素体钢的抗磨蚀性能。

关键词：疏浚低合金马氏体钢碳含量耐磨蚀性能磨损-腐蚀耦合作用

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疏浚用Q235钢和高锰钢冲刷腐蚀机理研究

装备环境工程 2024年第7期21卷 132-139页

作者：陈浩李丹刘永飞姚海元陈景杰徐云泽大连理工大学船舶工程学院辽宁大连116024 中海油研究总院有限责任公司北京100028

目的对比传统疏浚用Q235钢和新型高锰奥氏体钢的冲刷腐蚀行为,分析2种钢冲刷腐蚀耦合损伤机理。方法利用射流喷射装置分别对Q235钢和高锰钢的纯磨损和冲刷腐蚀行为进行研究,采用电化学阻抗和质量损失测量方法对冲刷腐蚀耦合分量进行解耦... 详细信息

目的对比传统疏浚用Q235钢和新型高锰奥氏体钢的冲刷腐蚀行为,分析2种钢冲刷腐蚀耦合损伤机理。方法利用射流喷射装置分别对Q235钢和高锰钢的纯磨损和冲刷腐蚀行为进行研究,采用电化学阻抗和质量损失测量方法对冲刷腐蚀耦合分量进行解耦,最后结合形貌表征分析冲刷腐蚀耦合损伤机理。结果纯磨损结果显示,在高流速沙砾冲击下,Q235钢和高锰钢都有较高的损失,Q235钢的纯磨损速率是高锰钢的2倍。冲刷腐蚀结果显示,Q235钢冲刷腐蚀总损失速率大于高锰钢的2倍,2种钢的冲刷腐蚀损失中磨损都占据了主导地位,Q235钢腐蚀加速磨损速率占据总损失速率的25.9%,大于高锰钢所占比例18.3%。结论通过对比分析2种钢宏观和微观损伤形貌,发现虽然高锰钢的硬度远高于Q235钢,但其变形能力同样很高,这使得高锰钢拥有比Q235钢更优异的抗磨性能。此外,Cr和Al元素的添加也进一步提升了高锰钢的抗腐蚀性能,最终使得高锰钢的抗冲蚀性能也远优于Q235钢。

关键词：疏浚 Q235钢高锰钢纯磨损冲刷腐蚀协同作用

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疏浚对河流系统的影响及对策建议

中文科技期刊数据库（全文版）自然科学 2024年第7期 0017-0020页

作者：朱雷汪玲玉李莉石伟辰泗洪县水利局江苏宿迁223900 江苏河海环境科学研究院有限公司江苏南京210000

疏浚作为控制河流系统内部营养盐和污染物负荷的一种常用的工程方法,已在许多河流流域中得到应用并取得了一定的效果。但是,疏浚会对水体和沉积物产生扰动,造成二次污染。它对水环境系统的负面影响主要表现为,使水体的水文条件和许多物... 详细信息

疏浚作为控制河流系统内部营养盐和污染物负荷的一种常用的工程方法,已在许多河流流域中得到应用并取得了一定的效果。但是,疏浚会对水体和沉积物产生扰动,造成二次污染。它对水环境系统的负面影响主要表现为,使水体的水文条件和许多物理指标发生变化,从而引起水体理化性质的变化;沉积物再悬浮等过程会对营养盐(如氮、磷)循环、重金属的释放和价态转化以及有机污染物的解吸和降解等过程产生影响。本文通过总结目前河流疏浚可能造成的环境风险,进而试图提出缓解这些不利环境影响的建议,为河流疏浚工程提供理论参考。

关键词：河流沉积物疏浚环境效应

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感潮河段疏浚对悬浮物的变化影响模拟探究

广东水利水电 2024年第2期 68-74页

作者：张舟陈莉苹吴利桥珠江水资源保护科学研究所广州510611 安徽职业技术学院合肥230011

西江为珠江流域的重要支流,干流水质状况较好,自思贤滘西滘口至西海水道段均可维持Ⅱ类水质标准,属于感潮河段。同时作为珠江流域重要的通航航道,西江承担着3000 t级船舶的通航任务,通航码头的建设需要对干流河道进行航道疏浚。文章利... 详细信息

西江为珠江流域的重要支流,干流水质状况较好,自思贤滘西滘口至西海水道段均可维持Ⅱ类水质标准,属于感潮河段。同时作为珠江流域重要的通航航道,西江承担着3000 t级船舶的通航任务,通航码头的建设需要对干流河道进行航道疏浚。文章利用二维非稳态模型针对该感潮河段的疏浚进行水动力与水环境悬浮物的影响模拟,分析河道疏浚对西江干流悬浮物浓度的影响程度与范围,以期为感潮河段河道疏浚造成的环境影响预测与饮用水源区保护提供科学技术参考。

关键词：感潮河段疏浚悬浮物模拟研究

龙穴南水道航道整治工程的碍航特性及疏浚设计分析

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珠江水运 2024年第7期 72-74页

作者：欧建平广州航道事务中心番禺航标与测绘所

本文针对龙穴南水道航道整治工程,研究其碍航特性及疏浚设计。通过现场调研和资料收集,分析了航道的地貌地质条件、水文条件、交通运输条件,确定了该水域的碍航现状和问题;采用数值模拟方法,预测航道整治后3000吨级船舶的通航情况,提出... 详细信息

本文针对龙穴南水道航道整治工程,研究其碍航特性及疏浚设计。通过现场调研和资料收集,分析了航道的地貌地质条件、水文条件、交通运输条件,确定了该水域的碍航现状和问题;采用数值模拟方法,预测航道整治后3000吨级船舶的通航情况,提出合理的疏浚方案。研究表明,实施拟议的疏浚方案后,航道的关键瓶颈将得到改善,航道等级由原1000吨级提升至3000吨级,满足未来发展需求。

关键词：龙穴南水道航道整治碍航疏浚

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流域骨干河道湖荡段疏浚效益研究

水利规划与设计 2024年第5期 1-4页

作者：韩景上海勘测设计研究院有限公司上海200435

疏浚是重要的河道整治手段,湖荡段由于水面总宽度跟主槽宽度的比值较大,过流情况复杂,疏浚湖荡段的效益需要进行深入研究。以流域骨干河道太浦河为例,采用数值模拟技术计算分析了疏浚太浦河汾湖段抽槽对过流能力、流速、流量、水质点轨... 详细信息

疏浚是重要的河道整治手段,湖荡段由于水面总宽度跟主槽宽度的比值较大,过流情况复杂,疏浚湖荡段的效益需要进行深入研究。以流域骨干河道太浦河为例,采用数值模拟技术计算分析了疏浚太浦河汾湖段抽槽对过流能力、流速、流量、水质点轨迹等的影响。研究结果表明,太浦河汾湖段抽槽疏浚后,汾湖段水面比降减小、流量模数增大、过流能力增强、换水速度加快,更多的上游来水经抽槽迅速流向下游,提高了太浦河的行洪能力和水污染事件的处理效率。

关键词：骨干河道湖荡疏浚太浦河数模