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远场水下爆炸冲击作用下重力坝动力稳定性的简化时程分析方法

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工程力学 2024年第3期41卷 73-81页

作者：黄宇峰卢文波王高辉陈明严鹏武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室湖北武汉430072 武汉大学水工岩石力学教育部重点实验室湖北武汉430072

高坝大库的抗爆与防护是国防安全的重要研究课题。该文针对远场水下爆炸冲击作用下混凝土重力坝的稳定安全评价问题,研究了远场水下爆炸冲击波的传播及其与坝体的相互作用过程;基于波动理论和平面波假设,建立了重力坝爆炸动应力场的简... 详细信息

高坝大库的抗爆与防护是国防安全的重要研究课题。该文针对远场水下爆炸冲击作用下混凝土重力坝的稳定安全评价问题,研究了远场水下爆炸冲击波的传播及其与坝体的相互作用过程;基于波动理论和平面波假设,建立了重力坝爆炸动应力场的简化理论计算模型,最终建议了一种远场水下爆炸冲击波作用下重力坝动力稳定性的简化时程分析方法;同时结合工程实际,采用该方法对某混凝土重力坝的动力稳定性进行了分析。结果表明:在远场爆炸冲击荷载作用下,重力坝的稳定安全系数呈现出先增后减再增并最终保持恒定的变化规律;下游坝面反射形成的拉伸波与剪切波的共同作用是导致建基面稳定安全系数降低的主要原因。

关键词：混凝土重力坝水下爆炸坝体动应力动力稳定性时程分析

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小浪底水库运用后黄河下游游荡段游荡程度变化特点及机理

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地理学报 2024年第5期79卷 1161-1176页

作者：刘雨晨夏军强周美蓉程亦菲武汉大学水资源工程与调度全国重点实验室武汉430072

为实现黄河下游游荡段游荡程度变化的定量评价,提出了游荡指数的计算方法;本文结合Landsat影像,分析了小浪底水库运用后游荡段游荡程度的变化特点及机理。研究表明,2000—2022年黄河下游游荡段整体游荡程度降低,游荡指数由0.918减至0.6... 详细信息

为实现黄河下游游荡段游荡程度变化的定量评价,提出了游荡指数的计算方法;本文结合Landsat影像,分析了小浪底水库运用后游荡段游荡程度的变化特点及机理。研究表明,2000—2022年黄河下游游荡段整体游荡程度降低,游荡指数由0.918减至0.674,且游荡程度降低速率先快后慢。其中铁谢—伊洛河口河段和花园口—夹河滩河段游荡程度显著降低,伊洛河口—花园口河段游荡程度基本不变,夹河滩—高村河段游荡程度有所增加。此外,游荡段游荡特性演变与水沙、河床边界条件变化以及局部河势调整密切相关。从水沙条件来看,小浪底水库运用后黄河下游输沙锐减、洪峰调平,使得河道全线冲刷、流路集中,以致游荡段游荡特性减弱,且丰水年较枯水年更有利于河势归顺;从河床边界条件来看,沿程河岸约束性强的河段游荡特性趋于减弱,且河床纵向稳定性增加是游荡段游荡程度降低及降低速率减慢的因素之一;从局部河势调整的影响来看,朱寨—东坝头河段河势变化是夹河滩—高村河段后期切滩频发的重要原因。

关键词：游荡程度时空变化演变机理游荡指数 Landsat影像黄河下游

硫酸盐侵蚀对掺钢渣粉PVA纤维增强水泥基复合材料断裂性能影响

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复合材料学报 2024年第6期41卷 3103-3114页

作者：苏骏范子康蔡新华湖北工业大学土木建筑与环境学院武汉430068 武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室武汉430072

为研究固体废料钢渣及硫酸盐溶液侵蚀作用下水泥基复合材料断裂特性,本文设计掺入不同质量分数的钢渣粉制备聚乙烯醇纤维增强水泥基复合材料(PVA/ECC),通过对硫酸盐侵蚀后的预制初始裂缝梁式试件进行三点弯曲性能试验,同时结合掺钢渣粉P... 详细信息

为研究固体废料钢渣及硫酸盐溶液侵蚀作用下水泥基复合材料断裂特性,本文设计掺入不同质量分数的钢渣粉制备聚乙烯醇纤维增强水泥基复合材料(PVA/ECC),通过对硫酸盐侵蚀后的预制初始裂缝梁式试件进行三点弯曲性能试验,同时结合掺钢渣粉PVA/ECC在Na2SO4溶液(质量分数为5wt%)中的表观形态和微观结构特征,探究硫酸盐侵蚀对钢渣粉PVA/ECC断裂性能的影响。结果表明:在未受硫酸盐侵蚀钢渣粉掺量为20wt%时,试件起裂荷载、失稳荷载提升效果最优,较未掺钢渣粉试件分别提高约61%、110%;PVA/ECC断裂韧度随侵蚀时间先增大后减小,侵蚀60天到达峰值,120天后S80组劣化最明显,起裂韧度Kini和失稳韧度Kun分别减小了约23%、13%;适量钢渣粉的掺入能有效缓解PVA/ECC的侵蚀损伤,钢渣粉掺量不超过60wt%时在试验研究的龄期范围内材料未出现明显劣化。在此基础上通过Weibull分布模型预测试件耐久性寿命,其中钢渣粉掺量为20wt%的PVA/ECC使用寿命最长,可达到444次左右。

关键词： PVA纤维钢渣粉硫酸盐侵蚀干湿循环断裂韧度耐久性能

基于EFDC模型的表面流人工湿地水力性能和净化效果影响因素分析

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农业工程学报 2024年第7期40卷 172-181页

作者：王佳儿崔远来张博超廖斌贺天忠郭健武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室武汉430072 湖北省漳河工程管理局荆门448156

为探究长宽比、水深和水力负荷对表面流人工湿地水力性能和净化效果的影响及其定量关系,采用EFDC(environmental fluid dynamics Code)模型建立表面流人工湿地水动力-水质耦合模型并对模型进行率定和验证,基于构建的模型设置3因素6水平... 详细信息

为探究长宽比、水深和水力负荷对表面流人工湿地水力性能和净化效果的影响及其定量关系,采用EFDC(environmental fluid dynamics Code)模型建立表面流人工湿地水动力-水质耦合模型并对模型进行率定和验证,基于构建的模型设置3因素6水平的全因子模拟试验,通过分析216组试验结果研究湿地长宽比、水深和水力负荷及其交互作用对湿地水力性能和净化效果的影响,进而采用多元非线性回归模型将多因子影响与7个评价指标之间建立定量关系。结果表明:长宽比、水深和水力负荷之间的交互作用对水力性能和净化效果均有显著影响(P<0.05)。构建的参数与评价指标的回归模型说明水力效率、有效容积率和莫里尔离散指数与长宽比呈指数相关,总氮浓度去除率与水深呈指数相关,回归方程的建模决定系数均大于0.9,经试验数据验证的相对误差在20%以下,说明模型是可靠的。研究可为表面流人工湿地设计和运行提供依据。

关键词：磷氮湿地水力性能净化效果 EFDC模型

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考虑碳减排的水库多目标提前蓄水调度研究

湖泊科学 2024年第1期36卷 298-307,I0038-I0040页

作者：宁志昊周研来林凡奇周颖罗琪武汉大学水资源工程与调度全国重点实验室武汉430072

针对当前的水库提前蓄水调度研究尚未考虑碳减排问题,本文基于水库碳排放和有机碳埋藏因子法,构建了考虑碳减排的水库提前蓄水调度模型,采用基于熵权重的逼近理想解排序法(TOPSIS)对提前蓄水调度方案进行了多目标评价,以优选调度方案,... 详细信息

针对当前的水库提前蓄水调度研究尚未考虑碳减排问题,本文基于水库碳排放和有机碳埋藏因子法,构建了考虑碳减排的水库提前蓄水调度模型,采用基于熵权重的逼近理想解排序法(TOPSIS)对提前蓄水调度方案进行了多目标评价,以优选调度方案,在三峡水库开展了实例研究。研究结果表明:三峡水库从9月1日起蓄,于9月30日逐步蓄至167 m的调度方案最优,相较于原设计方案,在不增加防洪风险的前提下,多年平均发电量增加29.91亿kW·h(8.80%),弃水量减少26.03亿m^(3)(27.51%),碳排放量减少69.26亿g(3.94%),有机碳埋藏量增加1.93亿g(1.28%),温室气体的CO_(2)碳当量减少235.48亿g(3.85%),提前蓄水方案可显著提升三峡水库发电量、供水保障能力和减少碳排放量。本研究为水库提前蓄水的水碳协同调度提供了技术支撑。

关键词：提前蓄水碳通量水碳调度逼近理想解排序法三峡水库

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基于机器学习的寒区渠道冰情的遥感监测方法

农业工程学报 2024年第4期40卷 194-203页

作者：管光华熊发京武汉大学水资源工程与调度全国重点实验室武汉430072

寒区渠道冬季运行时常出现冰情,控制平封的封冻过程会大幅降低渠道输水能力,调控不当甚至可能产生冰塞、冰坝等灾害。国内外开展了大量渠道冰情研究,以期提升渠道冰期输水能力,但受限于观测资料的时空密度,数值模拟结果难以验证,调度决... 详细信息

寒区渠道冬季运行时常出现冰情,控制平封的封冻过程会大幅降低渠道输水能力,调控不当甚至可能产生冰塞、冰坝等灾害。国内外开展了大量渠道冰情研究,以期提升渠道冰期输水能力,但受限于观测资料的时空密度,数值模拟结果难以验证,调度决策缺少依据。遥感技术因其具有监测范围大、时效性高的特性,在渠道冰情监测中具有较大的应用潜力。为探索适用于寒区渠道冰情遥感监测的方法,该研究以南水北调中线京石段明渠段为研究区,基于Sentinel-2影像的11个波段反射率构建了完全特征、优选特征和组合特征3类特征空间数据集,作为支持向量机(support vector machine,SVM)、最大似然估计(maximum likelihood estimation,MLE)、随机森林(random forest,RF)分类算法输入,训练得到了9个地物分类器,用于渠道结冰范围识别,并采用北拒马闸前影像渠道结冰范围提取试验,对比不同分类算法和输入特征组合下的分类性能。结果表明:在渠道结冰范围识别中,近红外、可见光和短波红外是关键波段。在样本数量有限的条件下,SVM算法结冰范围识别精度最高,不同特征输入下制图精度(producer’s accuracy,PA)可达85.10%~87.91%,错分误差(commission error,CE)为10.84%~16.08%;RF算法在完全特征和优选特征输入下分类精度与SVM接近,PA为84.67%~86.61%,CE为13.76%~14.41%,但其在组合特征下分类结果严重偏离实际;MLE算法在3类特征下的分类精度均较低,不适宜作为渠道结冰范围识别算法。综合来看,SVM算法对特征空间敏感性较低,在不同的特征输入下均能实现渠道结冰范围的高精度提取;RF算法对特征空间敏感性较高,当输入特征发生变化时,结冰范围识别精度不稳定。最后以完全特征下的SVM算法为例,进行了分类器的时空泛化性验证,结果表明模型在不同时间、不同渠段下,制图精度不低于82.09%,错分误差不高于13.82%,分类模型精度均较好,能有效识别渠道结冰范围。该研究方法可为寒区输水工程冰情监测提供新思路,亦可为类似工作提供参考。

关键词：遥感冰寒区渠道机器学习细小水体 Sentinel-2

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改性磷石膏对超硫酸盐水泥水化特性的影响

材料导报 2024年第14期38卷 138-143页

作者：王露涂拥军高富豪刘数华武汉大学水资源工程与调度全国重点实验室武汉430072

本工作研究改性磷石膏对超硫酸盐水泥(SSC)早期水化热、强度、孔溶液pH值、水化产物和微观形貌的影响。与通用硅酸盐水泥(CPC)体系相比,SSC体系早期水化速率较慢、水化热较低、诱导期延长,第二放热峰出现延后,表现出较低的早期水化特性... 详细信息

本工作研究改性磷石膏对超硫酸盐水泥(SSC)早期水化热、强度、孔溶液pH值、水化产物和微观形貌的影响。与通用硅酸盐水泥(CPC)体系相比,SSC体系早期水化速率较慢、水化热较低、诱导期延长,第二放热峰出现延后,表现出较低的早期水化特性,磷石膏的改性方式可调控早期水化速率和体系水化活性。SSC体系主要水化产物为钙矾石和C-S-H凝胶,浆体pH值稳定在11,其强度与磷石膏特性有关,煅烧处理可提高其中后期强度,而石灰中和处理可提高全龄期强度。磷石膏经处理后,活性增加,产生更多的AFt和C-S-H凝胶,使其结构密实、强度增加。

关键词：磷石膏改性处理超硫酸盐水泥早期水化热微结构

双吸式离心泵叶片吸力面泥沙磨损破坏规律与形成机制研究

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农业机械学报 2024年第2期55卷 202-207页

作者：张映波赵子龙钱忠东武汉大学水资源工程与调度全国重点实验室武汉430072

离心泵叶片泥沙磨损是引黄泵站面临的工程难题,采用模型试验及数值模拟相结合的方法,分析了双吸式离心泵叶片出口的磨损破坏规律及其形成机制。采用多层涂层法、丝线法和内窥式成像技术对叶片的磨损特征和近壁面流态进行了分析,并结合... 详细信息

离心泵叶片泥沙磨损是引黄泵站面临的工程难题,采用模型试验及数值模拟相结合的方法,分析了双吸式离心泵叶片出口的磨损破坏规律及其形成机制。采用多层涂层法、丝线法和内窥式成像技术对叶片的磨损特征和近壁面流态进行了分析,并结合数值模拟分析了叶轮流道内的旋涡结构及颗粒轨迹。研究发现:叶片吸力面出口存在左右近似对称的“三角形”磨损破坏区域,该区域存在明显的流动分离;叶轮内的叶道涡和出口回流涡是导致叶片吸力面出口磨损的主要原因。源于叶片压力面进口的叶道涡诱导泥沙颗粒向叶片吸力面出口聚集,造成吸力面出口的集中磨损;叶片吸力面出口附近存在的回流涡诱导颗粒进行轴向旋转运动,加剧叶片吸力面出口的磨损破坏。本研究为双吸式离心泵的抗磨损设计提供了理论支撑。

关键词：双吸式离心泵叶片吸力面泥沙磨损流场观测数值模拟

近20年长江中游监利—汉口河段氮、磷负荷时空变化特征分析

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环境科学 2024年第9期45卷 5204-5213页

作者：毛禹夏军强周美蓉邓珊珊武汉大学水资源工程与调度全国重点实验室武汉430072

氨氮(NH_(4)^(+)-N)和总磷(TP)属于长江流域重点管控污染物.基于2003~2020年实测水质数据,分析长江中游监利至汉口河段NH_(4)^(+)-N和TP浓度及通量的时空变化,研究水沙因素和支流入汇等对污染物通量变化的影响,结果表明:①近年来干流NH_... 详细信息

氨氮(NH_(4)^(+)-N)和总磷(TP)属于长江流域重点管控污染物.基于2003~2020年实测水质数据,分析长江中游监利至汉口河段NH_(4)^(+)-N和TP浓度及通量的时空变化,研究水沙因素和支流入汇等对污染物通量变化的影响,结果表明:①近年来干流NH_(4)^(+)-N和TP浓度降低明显,2020年二者较2003年各断面平均减幅为41%和34%;沿程上NH_(4)^(+)-N和TP浓度均先降低后升高.由支流洞庭湖及汉江入汇的NH_(4)^(+)-N和TP浓度整体低于干流;干流二者多年均值均为0.12 mg·L^(−1),支流入汇的则为0.11 mg·L^(−1)和0.09 mg·L^(−1).②通过上、下游断面通量差扣除支流入汇贡献后,NH_(4)^(+)-N和TP通量在监利—螺山段沿程损失,在螺山—汉口段沿程增加.在监利—螺山段,与侧向入流(如洞庭湖)的NH_(4)^(+)-N和TP浓度偏低从而造成该段NH_(4)^(+)-N和TP浓度降低有关,在螺山—汉口段则相反且该段水量、沙量沿程增加.整个监利—汉口河段TP通量和水量、沙量总体增加,而NH_(4)^(+)-N通量显著减少应归因于长江地区以NH_(4)^(+)-N为主的污染物减排政策.③相关性分析结果表明,NH_(4)^(+)-N通量与NH_(4)^(+)-N浓度的相关性最好,而与流量及与输沙率无明显相关,反映研究段NH_(4)^(+)-N主要受点源控制;TP通量与流量及与输沙率的相关性在高流量时期相对较好,而其与TP浓度的相关程度在低流量时期更高,反映枯水期点源排放对TP贡献较丰水期增大.

关键词：长江氮、磷浓度氮、磷通量时空变化水沙