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面向数字孪生的水利专业模型构建关键技术

人民长江 2024年第3期55卷 1-5,20页

作者：唐海华黄瑶张振东冯快乐长江勘测规划设计研究有限责任公司湖北武汉430010 长江水利委员会智慧长江创新团队湖北武汉430010

水利专业模型是在数字孪生平台中用于准确刻画各类业务孪生过程的关键手段,但现有模型大多针对局部技术点提出,技术路线较为分散,缺乏一套水利专业模型的完整技术体系。立足水利数字孪生建设对水利专业模型的构建、开发与应用需求,提出... 详细信息

水利专业模型是在数字孪生平台中用于准确刻画各类业务孪生过程的关键手段,但现有模型大多针对局部技术点提出,技术路线较为分散,缺乏一套水利专业模型的完整技术体系。立足水利数字孪生建设对水利专业模型的构建、开发与应用需求,提出了水利专业模型的细粒度分解、嵌套复用、组装编排等分层构建技术,基于微服务的封装发布技术,以及面向孪生场景的业务支撑技术。研究成果可为水利数字孪生平台的模型库建设、应用及全生命周期管理提供可行途径和经验借鉴。

关键词：水利专业模型数字孪生业务孪生封装发布智慧水利

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南水北调中线沉藻池布置方案优化

南水北调与水利科技（中英文） 2024年第4期22卷 798-809页

作者：吴永妍李书友郭辉刘少华黄明海长江勘测规划设计研究有限责任公司武汉430010 南水北调中线实业发展有限公司北京100038 长江水利委员会长江科学院武汉430010

南水北调中线总干渠联通工程处拟新建沉藻池,实现总干渠藻类等混合物集中沉降和处理。通过现场试验研究总干渠水体藻类等混合物沉降特性,并采用二维水动力数值仿真分析沉藻池在设计工况条件下的水流特性,提出导流墩的优化布置思路。结... 详细信息

南水北调中线总干渠联通工程处拟新建沉藻池,实现总干渠藻类等混合物集中沉降和处理。通过现场试验研究总干渠水体藻类等混合物沉降特性,并采用二维水动力数值仿真分析沉藻池在设计工况条件下的水流特性,提出导流墩的优化布置思路。结果表明:在水深基本一致条件下,随着断面平均流速的增加,有效沉降距离增加,有效沉降率有所降低;在沉藻池初始设计方案下,藻类等混合物可在沉藻池内进行沉降,但沉藻池利用效率不足;布置纵向导流墩后,可有效改善沉藻池内水流平顺性和水体交换能力;在设计工况下,沉藻池内回流区水域面积占比从57%降低至7%,池内水流平均流速从约0.10 m/s降低至约0.07 m/s,平均水龄从约18 h降低至约6 h。研究成果可为中线沉藻池工程布置提供基本技术支撑。

关键词：南水北调中线沉藻池工程布置导流墩沉降距离

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数字孪生水利专业模型平台构建关键技术及应用

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人民长江 2024年第6期55卷 227-233页

作者：罗斌周超张振东长江勘测规划设计研究有限责任公司湖北武汉430010 长江水利委员会智慧长江创新团队湖北武汉430010 长江水利委员会互联网+智慧水利重点实验室湖北武汉430010

专业模型平台是数字孪生水利的核心建设内容之一。目前水利行业较多关注于专业模型理论与算法建设,模型组织管理与业务编辑运用能力较弱,不能支撑专业数据信息-模型运算-业务分析的数字孪生模拟流程全过程管理。因此,研究支撑数字孪生... 详细信息

专业模型平台是数字孪生水利的核心建设内容之一。目前水利行业较多关注于专业模型理论与算法建设,模型组织管理与业务编辑运用能力较弱,不能支撑专业数据信息-模型运算-业务分析的数字孪生模拟流程全过程管理。因此,研究支撑数字孪生系统的水利专业模型平台具有重要意义。依据目标导向-框架设计思路,提出了专业模型平台的架构与功能,通过边界组织层、通用模型层、模型管理层、模型组装层、业务编排层的协同运行,实现水利计算业务的动态可视建模、孪生模拟分析。该模型平台有效支撑了三峡智慧流域运行管理工作平台的综合调度管理系统建设和运行,可为数字孪生模型平台的建设提供技术支撑与推广参考。

关键词：智慧水利数字孪生模型平台通用模型模型编排

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面向Web的地下洞室群模型加载与渲染优化设计

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人民长江 2024年第4期55卷 178-183页

作者：张澍张歆长江勘测规划设计研究有限责任公司湖北武汉430010 长江水利委员会长江流域水土保持监测中心站湖北武汉430010

为解决BIM大规模三维场景给WebGL管线带来的渲染压力,结合水电站地下洞室群的结构、分布特点对数据动态调度策略进行了调整和优化。通过对比分析BIM和GIS中的LOD处理方式,设计了兼顾模型详细程度和发展程度的双重LOD处理机制;通过研究... 详细信息

为解决BIM大规模三维场景给WebGL管线带来的渲染压力,结合水电站地下洞室群的结构、分布特点对数据动态调度策略进行了调整和优化。通过对比分析BIM和GIS中的LOD处理方式,设计了兼顾模型详细程度和发展程度的双重LOD处理机制;通过研究传统金字塔型索引的结构特点和空间划分方式,设计了综合多种树结构的能够自动调整边界的空间索引结构。在此基础上设计了基于渐近加载的动态调度算法,测试表明该方法提高了大规模BIM模型在WebGL上的渲染效率和稳定性。

关键词：地下洞室群模型加载模型渲染 BIM LOD WebGL Cesium

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凝灰岩粉喷射混凝土的模拟喷射及性能试验研究

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混凝土 2024年第7期 253-256页

作者：董宝顺石妍周元周航凯杨梦卉中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司浙江杭州311122 长江水利委员会长江科学院湖北武汉430010

开展掺凝灰岩粉喷射混凝土的模拟喷射及性能试验,并对比单掺粉煤灰及复掺粉煤灰与凝灰岩粉的方案。试验结果表明:对比单掺粉煤灰方案,凝灰岩粉的掺入略增加喷射混凝土用水量,但有助于提高拌合物的黏聚性和密实性,降低喷射回弹。喷射混... 详细信息

开展掺凝灰岩粉喷射混凝土的模拟喷射及性能试验,并对比单掺粉煤灰及复掺粉煤灰与凝灰岩粉的方案。试验结果表明:对比单掺粉煤灰方案,凝灰岩粉的掺入略增加喷射混凝土用水量,但有助于提高拌合物的黏聚性和密实性,降低喷射回弹。喷射混凝土试件满足C25W8F100的设计要求,与岩石的黏结强度在0.89~1.06 MPa,复掺粉煤灰与凝灰岩粉的混凝土强度值略高。研究结果拓展了凝灰岩粉在喷射混凝土中的应用,为新型矿物掺合料的开发与推广应用提供技术支撑。

关键词：凝灰岩粉喷射混凝土粉煤灰模拟喷射

基于自燃烧技术的铁铝酸钙固溶体低温制备与特性研究

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长江科学院院报 2024年

作者：汪健雷金松方国宝乔鑫位李杨董芸严建军安徽省水利水电勘测规划设计研究院安徽省引江济淮集团有限公司长江水利委员会长江科学院长江勘测设计集团有限公司安徽水安建设集团股份有限公司

熟料煅烧是影响硅酸盐水泥生产能耗的关键环节，而熟料矿物相的高效能低温制备是水泥工业研究的重点。本文以可溶性的金属硝酸盐和尿素为原料，借助自蔓延燃烧(SPCR)法在低温下制备出铁铝酸四钙(C4AF)，并借助X射线衍射(XRD)、傅里叶变... 详细信息

熟料煅烧是影响硅酸盐水泥生产能耗的关键环节，而熟料矿物相的高效能低温制备是水泥工业研究的重点。本文以可溶性的金属硝酸盐和尿素为原料，借助自蔓延燃烧(SPCR)法在低温下制备出铁铝酸四钙(C4AF)，并借助X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外(FTIR)、扫描电子显微镜(SEM)和等温微量热技术，研究了合成C4AF的矿物组成、结晶程度、颗粒形貌、水化特性等特性。结果表明：SPCR法能够在500 ℃恒温2 h制备出纯度和结晶程度均较好的C4AF，优选的原材料质量比为Ca(NO3)2·4H2O:Al(NO3)3·9H2O:Fe(NO3)3·9H2O:CO(NH2)2=1.259:1.0:1.077:2.664。CaCO3是SPCR法制备C4AF的过渡相，增加尿素用量有利于提高反应温度，改善C4AF的结晶程度。合成C4AF具有较高的水化活性，水化30 min内出现放热峰，水化过程中无休眠期出现，完全水化时的水化热为474 J/g。

关键词：硅酸盐水泥熟料铁铝酸四钙自蔓延燃烧低温

三峡水库运行后汉口—九江河段水位变化特征及成因

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水科学进展 2024年第1期35卷 85-97页

作者：章广越谈广鸣张为李明尹志李清韬武汉大学水资源工程与调度全国重点实验室湖北武汉430072 长江航道规划设计研究院国家内河航道整治工程技术研究中心湖北武汉430040 长江水利委员会水文局长江中游水文水资源勘测局智慧水文智能控制重点实验室湖北武汉430014

大型水库的修建引起坝下游的水位调整,进而对河势、航运、防洪及生态等产生显著影响。为探究汉口—九江河段水位变化特征及成因,采用M-K分析法分析1988—2022年汉口、黄石港和九江站的水位变化趋势,并使用基于距平残差的水位变幅分析方... 详细信息

大型水库的修建引起坝下游的水位调整,进而对河势、航运、防洪及生态等产生显著影响。为探究汉口—九江河段水位变化特征及成因,采用M-K分析法分析1988—2022年汉口、黄石港和九江站的水位变化趋势,并使用基于距平残差的水位变幅分析方法和一维水动力模型,分析河道冲淤、下游水位和阻力变化对不同特征流量下水位变化的影响。研究结果表明:①三峡成库前,除九江站枯水位呈显著性下降趋势,各级流量下的水位均没有显著性变化趋势。②三峡成库后,九江站的水位变化趋势与建库前相同;汉口站、黄石港站在12000 m^(3)/s和20000 m^(3)/s下的水位呈显著性下降趋势,12000 m^(3)/s时降幅分别为0.072、0.045 m/a,20000 m^(3)/s时降幅分别为0.048、0.027 m/a;水位变化的临界转换流量约为30000 m^(3)/s,在该流量附近水位未出现明显变化;当流量大于30000 m^(3)/s时,水位呈非显著性上升趋势,45000 m^(3)/s下的升幅分别为0.037、0.049 m/a。③临界转换流量以下水位下降的主导作用为河道冲刷,临界流量附近的水位未出现明显变化源于阻力增大作用接近抵消了河道冲刷的影响,临界转换流量以上的水位上升源于阻力增大作用更加明显,个别年份的洪水位上升显著源于下游水位顶托作用明显。

关键词：水位变化水位—流量关系河道阻力 M-K分析法汉口—九江河段三峡水库

汉江兴隆水利枢纽下游近坝河段枯水位下降及成因分析

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湖泊科学 2024年第4期36卷 1220-1231页

作者：陈柯兵高玉磊朱玲玲由星莹樊咏阳邓乐乐长江水利委员会水文局武汉430010 中国长江三峡集团有限公司流域枢纽运行管理中心宜昌443133 湖北省汉江兴隆水利枢纽管理局武汉430062 长江勘测规划设计研究有限责任公司武汉430014 武汉大学水资源工程与调度全国重点实验室武汉430072

汉江兴隆水利枢纽运行后,坝下游近坝段枯水位较建坝前下降明显,500~800 m^(3)/s流量下,2021年较运行前坝下水位累计下降2.47~2.55 m,对工程安全及效益发挥带来不利影响。基于水文、断面、水下地形等观测资料,对枯水位下降的原因进行深... 详细信息

汉江兴隆水利枢纽运行后,坝下游近坝段枯水位较建坝前下降明显,500~800 m^(3)/s流量下,2021年较运行前坝下水位累计下降2.47~2.55 m,对工程安全及效益发挥带来不利影响。基于水文、断面、水下地形等观测资料,对枯水位下降的原因进行深入剖析。结果表明,兴隆水利枢纽的拦沙作用有限,皇庄以上沙量减少是兴隆以下河床冲刷加剧的重要原因,高水调平导致的年内枯水上滩几率下降和航道整治护滩工程是强冲刷过程中“滩淤槽冲”的核心因素。坝下游河段枯水河槽冲刷及汉口最低水位下降是造成兴隆近坝段枯水位下降的直接原因。随机森林算法分析显示,对兴隆坝下水位变化影响最大的因素为兴隆站输沙率的锐减。此外,航道整治工程、河床边界条件对枯水位下降也有十分重要的驱动作用。兴隆坝址及下游河段的河床组成偏细,2012-2022年虽然河床剧烈冲刷,但床沙组成没有出现粗化的现象,预计河床仍将继续冲刷下切,枯水位尚未达到稳定状态。

关键词：汉江兴隆水利枢纽河床冲刷枯水位下降随机森林

聚丙烯酰胺对花岗岩砂土分离与产沙过程的影响

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水土保持通报 2024年第1期44卷 68-75页

作者：张澍张光辉张勇陈新戴中山徐俊康魏玉杰长江勘测规划设计研究有限责任公司湖北武汉430010 华中农业大学资源与环境学院湖北武汉430070 中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司浙江杭州311100 长江水利委员会长江流域水土保持监测中心站湖北武汉430010

[目的]探究聚丙烯酰胺(PAM)施用对花岗岩母质发育砂土分离与产沙过程的影响,明确PAM改良砂土抗蚀性的浓度阈值,为崩岗侵蚀防治提供依据。[方法]选取崩岗侵蚀区花岗岩母质发育的砂土,设置5个PAM施入水平(0‰,1‰,3‰,5‰,7‰),通过径流... 详细信息

[目的]探究聚丙烯酰胺(PAM)施用对花岗岩母质发育砂土分离与产沙过程的影响,明确PAM改良砂土抗蚀性的浓度阈值,为崩岗侵蚀防治提供依据。[方法]选取崩岗侵蚀区花岗岩母质发育的砂土,设置5个PAM施入水平(0‰,1‰,3‰,5‰,7‰),通过径流冲刷模拟试验,研究不同水力条件下砂土产沙速率、分离速率及细沟可蚀性对PAM施用浓度的响应规律。[结果]①PAM显著降低了砂土的产沙速率、分离速率和细沟可蚀性,且显著提高了临界剪切力(p<0.01)。PAM的减沙效应随冲刷时间的增加呈降低后稳定的趋势,而随其施用浓度的增加逐渐增大。当PAM施用浓度在5‰以内时平均减沙效果最明显。②土壤分离速率与PAM施用浓度呈极显著的负相关关系(p<0.001),但随着PAM施用浓度的增加,分离速率的降低速率逐渐减缓,且PAM(F=37.39,p<0.001)对土壤分离与产沙过程的作用大于水流剪切力(F=15.38,p<0.001)。③PAM处理组与CK的细沟可蚀性之比与PAM浓度呈二次函数关系(R2=0.996,p<0.001),且5‰的PAM对细沟可蚀性的降低效率最显著。[结论]施用PAM有效降低了花岗岩砂土的产沙速率、分离速率与细沟可蚀性,提高了其临界剪切力,改良效果在PAM施用浓度低于5‰时呈不断增加的趋势,而PAM施用浓度大于5‰时改良效果没有明显变化。因此,建议5‰为PAM改良花岗岩砂土抗蚀性的浓度阈值。

关键词：崩岗侵蚀花岗岩红壤土壤分离能力径流冲刷产沙速率

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