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热解温度对玉米芯生物炭碳结构、灰分与吸附四环素的影响

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农业环境科学学报 2024年第5期43卷 1131-1142页

作者：邓玉佘艾伦张莹倪福全敖天其陈文清四川农业大学水利水电学院四川雅安625014 四川大学水利水电学院成都610065 四川大学建筑与环境学院成都610065

生物炭灰分和碳结构在抗生素吸附过程中的影响尚不明确。本文以玉米芯为原料,在300~800℃下热解制备生物炭(CBCs)及除灰分生物炭(CBCs_AW),研究热解温度对生物炭灰分和碳结构的影响,探究灰分和碳形态与四环素(TC)吸附行为之间的关系。... 详细信息

生物炭灰分和碳结构在抗生素吸附过程中的影响尚不明确。本文以玉米芯为原料,在300~800℃下热解制备生物炭(CBCs)及除灰分生物炭(CBCs_AW),研究热解温度对生物炭灰分和碳结构的影响,探究灰分和碳形态与四环素(TC)吸附行为之间的关系。结果表明,随着热解温度升高,生物炭的碳结构由未完全碳化有机质(300℃)逐渐转化为石墨碳结构(800℃),吸附实验结果显示CBC800_AW的吸附量最大,证实石墨碳结构是促进TC吸附量增加的重要因素。CBCs_AW对TC吸附量高于CBCs,说明灰分对TC吸附有一定抑制作用。分析TC吸附性能与生物炭理化性质的相关性,结果显示吸附量与生物炭比表面积、孔体积、芳香性和石墨化程度相关性较高,推测TC的主要吸附机理为孔隙填充作用和π-π电子供体-受体相互作用。研究结果可为生物质资源化利用和抗生素污染修复提供科学依据。

关键词：玉米芯生物炭碳结构四环素吸附性能

基于抛物线强度准则的冻土热弹性-塑性柱孔扩张模型

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工程科学与技术 2024年

作者：黄一峰刘恩龙四川大学水利水电学院

柱孔扩张作为典型的边值问题，可以用来分析冻土区的桩基工程在施工时土体受到径向压力时的应力和位移。在施工时随着孔内径向压力的增加，周围土体会逐渐由弹性状态转变为弹塑性状态，进而可将周围土体划分为弹性区和塑性区，其应力状... 详细信息

柱孔扩张作为典型的边值问题，可以用来分析冻土区的桩基工程在施工时土体受到径向压力时的应力和位移。在施工时随着孔内径向压力的增加，周围土体会逐渐由弹性状态转变为弹塑性状态，进而可将周围土体划分为弹性区和塑性区，其应力状态由不同的控制方程确定。现有的柱孔扩张模型适用于未冻土和岩石，其本构方程和强度准则仅与材料自身的力学特性有关，而冻土的柱孔扩张模型还与土体的温度分布有关。此外，冻土的强度准则还具有与未冻土明显不同的非线性特征，即随着平均应力的增大冻土的强度先增大而后会降低，通常呈现抛物线形式。本文模型基于适用于冻土的抛物线强度准则，同时考虑了温度分布对冻土力学特性的影响，使用了包含温度变量的热弹性本构方程对土体的应力状态进行分析。在计算塑性区的位移时，本文模型运用连续介质力学的运动方程推导了柱孔内侧位移的表达式。通过算例分析，可以发现弹塑性分界面上环向应力的不连续、塑性区的变形存在压硬性等，与冻土的实际力学特性相符合。当孔内温度变化，塑性区的范围和应力分布均会发生改变。本模型对冻土地区的原位土工试验、桩基础设计和施工有指导意义。

关键词：柱孔扩张冻土温度场强度弹塑性分析

基于用高斯分布生成管道的岩溶地下水流数值模拟

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吉林大学学报（地球科学版） 2024年第2期54卷 592-603页

作者：刘国东杜成鸿侯杰杨梦溪陈宇谢杨四川大学水利水电学院成都610065 四川大学水力学与山区河流开发保护国家重点实验室成都610065

为更精确地模拟岩溶区地下水运动,以贵州省黔西南普安县某岩溶水文地质单元为研究区,用基于有限单元法的FEFLOW软件建立研究区岩溶管道等效多孔介质耦合地下水流数值模拟模型。模拟中,在地质条件控制下应用高斯随机分布生成地下暗河的管... 详细信息

为更精确地模拟岩溶区地下水运动,以贵州省黔西南普安县某岩溶水文地质单元为研究区,用基于有限单元法的FEFLOW软件建立研究区岩溶管道等效多孔介质耦合地下水流数值模拟模型。模拟中,在地质条件控制下应用高斯随机分布生成地下暗河的管道,用非稳定三维地下水运动的偏微分方程描述等效多孔介质水流运动,用Manning-Strickler方程描述管道水流运动,将导水断层处理为强渗透条块,将落水洞汇水范围的降水入渗系数设置为1,将泉水处理为定水头的抽水井。流场模拟结果显示,25个观测点计算水位与实测水位关系的决定系数可达到0.9985,纳西效率系数达0.9982,极接近于1;表明基于这些处理建立的地下水模拟模型反映了岩溶地下水运动特征,具有较强的仿真能力,可用于提高岩溶区地下水资源评价精度。

关键词：岩溶地下水地下暗河 FEFLOW 地下水数值模拟高斯分布

若尔盖草甸型弯曲河流侵蚀过程机制与计算模型研究

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工程科学与技术 2024年

作者：邓漩刘超李龙国鲁恒李乃稳四川大学水利水电学院四川大学水力学与山区河流开发保护国家重点试验室

若尔盖草原作为黄河上游关键水源涵养地，河流岸线侵蚀崩塌问题日益凸显，严重影响草原生态和水源涵养功能。因此以若尔盖草甸型弯曲河流为研究对象，调查了若尔盖草原自然环境特征及河道岸线侵蚀破坏现状，深入探讨了河岸侵蚀过程机制... 详细信息

若尔盖草原作为黄河上游关键水源涵养地，河流岸线侵蚀崩塌问题日益凸显，严重影响草原生态和水源涵养功能。因此以若尔盖草甸型弯曲河流为研究对象，调查了若尔盖草原自然环境特征及河道岸线侵蚀破坏现状，深入探讨了河岸侵蚀过程机制及其影响因素。研究全面分析了长期洪水冲刷、植被根系锚固、冻融和渗流潜蚀耦合作用下的侵蚀破坏机制，揭示了河流岸线侵蚀是由下部粉砂层及砾石夹砂层的冲刷、上部草甸层的坍塌以及渗流和冻融影响共同作用的结果，水流冲刷力与土体抗冲能力的相对大小决定了岸坡的稳定性。同时，通过详细分析土层土粒结构、土层厚度、水流深度、弯曲度及渗流等土体参数与河道参数，构建了具有针对性的计算模型，并通过计算模型与实地测量相结合的方法，验证了BSTEM(bank stability and toe erosion model)模型河岸坡脚侵蚀量和侵蚀速率的模拟结果，证明了计算模型的科学性与可靠性，这种综合研究方法不仅提高了研究的深度和广度，而且为河岸侵蚀的防控提供了更加全面和有效的技术支撑。

关键词：草甸型弯曲河流侵蚀机制计算模型岸坡稳定性

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水电主导现货市场优化出清研究

工程科学与技术 2024年第3期56卷 52-60页

作者：朱燕梅毛玉鑫陈仕军黄炜斌胡杨四川大学水利水电学院四川成都610065 中国长江电力股份有限公司湖北宜昌443000

针对传统以购电经济性为唯一目标的市场出清中梯级水电一边缺水一边弃水的水-电不匹配问题,本研究结合梯级水电运行特性,提出一种水力、电力、价格3因素耦合的出清方法。首先,梳理了梯级水电出清后缺水和弃水两种水-电不匹配的工况,提... 详细信息

针对传统以购电经济性为唯一目标的市场出清中梯级水电一边缺水一边弃水的水-电不匹配问题,本研究结合梯级水电运行特性,提出一种水力、电力、价格3因素耦合的出清方法。首先,梳理了梯级水电出清后缺水和弃水两种水-电不匹配的工况,提出用水-电耦合度指标来度量水量与电量匹配的程度,并给出了水-电耦合度的计算方法。其次,建立了适用于水电主导电力市场的水力、电力和价格耦合出清模型,设计了购电成本最小化和水-电耦合度最大化两个目标函数。为了提高模型求解效率,提出模型结构分层、搜索空间缩减和计算时段合并的模型求解综合降维策略,并基于价格排序-粒子群耦合优化算法实现模型求解。最后,以四川省串并混联开发的“3梯8站”组成的虚拟市场进行日前模拟出清。结果表明:与传统以经济性为唯一目标的出清模型相比,水-电-价耦合出清模型的购电费用不变,但水-电耦合度提高了1.57%,证明水-电耦合度最大化目标的加入不会增加购电成本,但对减少出力不足、提升出清结果的可执行率和降低弃水都有显著成效;所提求解策略降低了模型复杂度,提高了求解效率,为解决梯级水电现货市场出清中水-电-价的不耦合问题提供了新思路。

关键词：梯级水电现货电力市场出清水-电-价耦合

基于CMIP6的嘉陵江流域径流及水文干旱预估

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长江流域资源与环境 2024年第5期33卷 1004-1017页

作者：吴明炎倪福全邓玉岳紫莹江楠康文东向军四川农业大学水利水电学院四川雅安625014

探究嘉陵江在未来气候下径流及水文干旱变化,可为嘉陵江流域水资源管理和水旱灾害防治提供参考依据。基于嘉陵江流域1980~2020年水文气象数据构建土水评估工具(Soil and Water Assessment Tool,SWAT)模型,使用第六次耦合模式比较计划(Co... 详细信息

探究嘉陵江在未来气候下径流及水文干旱变化,可为嘉陵江流域水资源管理和水旱灾害防治提供参考依据。基于嘉陵江流域1980~2020年水文气象数据构建土水评估工具(Soil and Water Assessment Tool,SWAT)模型,使用第六次耦合模式比较计划(Coupled Model Intercomparison Project Phase 6,CMIP6)5个气候模式中的4个情景数据驱动SWAT模型,分析未来(2021~2100)气候变化下嘉陵江流域径流变化情况。结果表明:(1)嘉陵江流域控制站北碚水文站月径流率定期和验证期决定系数(coefficient of determination,R^(2))和纳什系数(Nash-Sutcliffe,NES)均大于0.8,偏差百分比(Percent Bias,PBIAS)小于±10,SWAT模型能够较好地适用于目标流域;(2)基于历史时期统计降尺度后的CMIP6数据能够提供可靠的径流及干旱预估;(3)加权多模式集合形式能较好地提高模拟精度,降低单个CMIP6气候模式的不确定性;(4)与历史时期(1980~2014)相比,未来嘉陵江流域最高、低气温、降水量、蒸散发均呈现增加趋势。(5)SSP1-2.6情景嘉陵江未来径流显著增长,SSP2-4.5和SSP5-8.5径流非显著增加,SSP3-7.0径流非显著减少;夏季径流减少幅度最大。(6)未来流域标准径流指数(Standardized Runoff Index,SRI)呈增长趋势,流域表现出湿润化,干旱事件集中发生于秋、冬两季;由近期至远期,SSP1-2.6、SSP2-4.5和SSP3-7.0情景干旱发生在秋季频率减少,而冬季频率增加。

关键词：嘉陵江流域 CMIP6数据水文干旱径流

基于跌坎压力自相似分布的明渠水深−流量关系推求

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工程科学与技术 2024年第1期56卷 218-227页

作者：李乃稳黄滟淳陈小攀李龙国刘超四川大学山区河流保护与治理全国重点实验室四川成都610065 四川大学水利水电学院四川成都610065 河南天池抽水蓄能有限公司河南南阳473000

明渠流量计量是高效灌溉、合理分配水资源和进行用水有效管理的重要手段。跌水是常见的明渠水流上下游衔接的水利设施。当跌落水流不受跌坎下游水流影响时形成自由跌流,可用于明渠流量的精确计量。受自由跌流影响,跌坎断面水流由缓流向... 详细信息

明渠流量计量是高效灌溉、合理分配水资源和进行用水有效管理的重要手段。跌水是常见的明渠水流上下游衔接的水利设施。当跌落水流不受跌坎下游水流影响时形成自由跌流,可用于明渠流量的精确计量。受自由跌流影响,跌坎断面水流由缓流向急流转变,压力分布显著偏离静水压力分布规律。而获得跌坎压力分布及其准确描述方程则正是明渠自由跌流流量公式推求的关键,其准确与否决定了利用跌流进行流量计量的精度。本文首先通过模型试验和数值计算对矩形明渠自由跌流的断面压力分布特征进行研究,而后利用理论推导建立了明渠跌流的水深−流量关系公式。研究发现,明渠跌水跌坎断面压力呈典型自相似分布规律,其无量纲压力值分布倾向于一条曲线,压力最大值为0.238he(he为跌坎水深),出现在竖向距跌坎0.209he水深处,并且压力自相似分布规律与明渠流量、渠道底坡和边壁糙率无关。在此基础上,结合幂函数和尾迹函数提出了描述跌坎断面压力分布的函数方程,并给出了最大压力和最大压力位置的计算公式,然后根据动量方程和流量连续方程推求了明渠自由跌流的流量计算公式。最后,对本文和其他研究者提出的流量计算公式采用试验数据进行了对比分析,结果表明:本文提出的流量公式在明渠流量为5~100 L/s,底坡为–0.0112~0.0534、糙率为0.0930~0.0193的研究范围内,具有更高的精度和适用性,计算误差在±5%之内,可适用于该流量、底坡和边壁糙率范围内矩形明渠自由跌流的流量精确计算。本文研究结果对于利用自由跌流进行明渠流量计量提供了理论与技术支撑,具有重要的工程应用价值。

关键词：明渠自由跌水压力分布水深−流量关系流量计量

深地工程多维信息感知与智能建造的发展与展望

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煤炭学报 2024年第3期49卷 1259-1290页

作者：张茹吕游张泽天任利谢晶张安林严志伟米欧四川大学水利水电学院四川成都610065 四川大学深地工程智能建造与健康运维全国重点实验室四川成都610065 四川大学深地科学与工程教育部重点实验室四川成都610065 四川大学山区河流保护与治理全国重点实验室四川成都610065

随着大数据、云计算、人工智能等数字技术的加速演进,各领域智能化、信息化、数字化已成为未来的大势所趋。深地工程作为国家重大战略科技问题,必然面临智能化升级。然而,深部岩体“三高一扰动”的复杂特征给深地工程智能化转型带来严... 详细信息

随着大数据、云计算、人工智能等数字技术的加速演进,各领域智能化、信息化、数字化已成为未来的大势所趋。深地工程作为国家重大战略科技问题,必然面临智能化升级。然而,深部岩体“三高一扰动”的复杂特征给深地工程智能化转型带来严峻的挑战。为实现深地工程与数字技术的高效融合,研究基于“感知-传送-解译-分析-决策”的智能化实践路径,系统回顾了地下工程中智能感知、实时传输、信息解译、数据分析、智能决策等领域的代表性研究进展,并针对性提出了“多感知、快响应、大数据、优方法、精模型、强平台、易推广”的深地工程智能建造发展方向。研究表明:①前沿的深地工程感知技术包括:光纤传感器、MEMS传感器、计算机视觉、自动化机器人等,待数据采集完毕后,通过兼具配置简单、容错能力强、可移动性好等优点的无线通信协议完成数据的实时响应,以实现深地工程监测数据的精准感知与实时传输;②深地工程原位监测技术获取的数据类型主要包括图像、波、点云等,对原始数据解译及分析的模型众多,采用新一代的人工智能技术,如:人工神经网络和深度学习技术,可显著提高解译与分析的效率;③智能决策系统具备高效的学习能力,能够适应复杂环境下的不确定性,通过循环自主学习,以进行决策问题的智能解答。当前,我国深地工程智能建造的政策与产业体系已基本建立,大量智能建造系统已应用于实践。基于此,从智能感知与信息解译、围岩评价及安全评估、围岩控制与动态修复、平台开发及应用推广等4个方面展望了数智化深地工程的发展方向,进而构建了基于多源信息的深地工程围岩稳定性综合评价与分析系统构想。

关键词：深地工程人工智能实时响应信息解译数据分析智能决策

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不同湍流模型对环形射流泵流场模拟的影响

郑州大学学报(工学版) 2024年

作者：向伟宁陈云良熊顺张艳四川大学水利水电学院

为准确反映环形射流泵吸入室内流体剧烈的动量交换对流场的影响,将RNG k-ε (RNG)、Realizable k-ε(RKE)、RSM、Standard k-ω(SKW)、SST k-ω(SST)这5种湍流模型和3种壁面处理方法进行组合对比计算,并开展水力实验进行验证。结果表明... 详细信息

为准确反映环形射流泵吸入室内流体剧烈的动量交换对流场的影响,将RNG k-ε (RNG)、Realizable k-ε(RKE)、RSM、Standard k-ω(SKW)、SST k-ω(SST)这5种湍流模型和3种壁面处理方法进行组合对比计算,并开展水力实验进行验证。结果表明:不同壁面函数对环形射流泵性能和壁面压力系数的计算影响很小;相较于RNG、SKW、SST,RKE模型或RSM模型结合可扩展壁面函数(ScWF)的计算结果与实测更吻合。对比模拟流场发现:低流量比工况下不同湍流模型性能预测结果与模拟的回流区分布范围相关,模拟出来的回流区范围越大,预测的环形射流泵性能越低。基于熵产理论分析认为,环形射流泵的能量损失主要源于分布在壁面和混合剪切层的湍动熵产,高流量比工况下RSM模型计算得到的湍动熵产率偏高,是其预测性能低于RKE模型的主要原因。

关键词：环形射流泵湍流模型性能回流区熵产理论