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离心模拟水下爆炸试验技术

岩土工程学报 2024年第S01期46卷 32-36页

作者：胡晶陈祖煜雷雨萌王云超张紫涛张雪东中国水利水电科学研究院北京100048

随着国际形式日趋紧张,重要基础设施的抗爆安全愈发受到关注。对于水下爆炸研究,超重力场可以实现水下爆炸冲击波和气泡脉动的同时相似,离心模型试验是爆炸毁伤效应的重要研究手段。结合中国水科院十余年来离心模拟水下爆炸的实践经验,... 详细信息

随着国际形式日趋紧张,重要基础设施的抗爆安全愈发受到关注。对于水下爆炸研究,超重力场可以实现水下爆炸冲击波和气泡脉动的同时相似,离心模型试验是爆炸毁伤效应的重要研究手段。结合中国水科院十余年来离心模拟水下爆炸的实践经验,系统介绍了相关设备的系统组成,给出了设备满足的技术指标。通过2组离心模型试验,测试了离心机主轴、吊耳部位及模型箱的振动响应,结果表明:①离心机主轴所受的爆炸冲击响应较小,与正常运转条件下的振动速度基本一致,可以忽略爆炸冲击对离心机整体稳定的影响;②吊耳部位所受的冲击加速度及振动速度较大,可以通过在模型箱布置高弹橡胶减轻吊篮的冲击响应;③试验模型箱的变形基本处于弹性范围,模型箱长边可在跨中布置支撑减小跨中的变形,模型箱壁支座可采用螺栓增加支座的稳定。

关键词：水下爆炸离心机超重力抗冲击气泡脉动

TBM有压输水隧洞内张钢圈-管片-围岩组合结构联合承载力学特性分析

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岩土力学 2024年第4期45卷 1154-1169,1180页

作者：张建伟刘贺曹克磊黄锦林王勇华北水利水电大学水利学院河南郑州450046 广东省水利水电科学研究院广东广州510635 珠江水利委员会珠江水利科学研究院广东广州510635

为探究全断面隧道岩石掘进机(tunnel boring machine,TBM)有压输水隧洞内张钢圈-管片-围岩组合结构的受荷状态,以榕江―关埠引水工程中Ⅴ类围岩TBM有压输水隧洞段为研究对象,建立内张钢圈-管片-围岩组合结构三维精细化有限元模型,研究... 详细信息

为探究全断面隧道岩石掘进机(tunnel boring machine,TBM)有压输水隧洞内张钢圈-管片-围岩组合结构的受荷状态,以榕江―关埠引水工程中Ⅴ类围岩TBM有压输水隧洞段为研究对象,建立内张钢圈-管片-围岩组合结构三维精细化有限元模型,研究内水压力、围岩类型对组合结构力学特性的影响。研究结果表明:采用内张钢圈加固隧洞结构能有效控制隧洞变形,减小管片拉应力及受拉区范围,提高组合结构的承载能力;内水压力作用下管片压应力、竖向变形、接缝张开度、连接螺栓应力、内张钢圈应力、锚杆应力均较无内水压力作用下有所减小,但管片拉应力和接缝错台分别增大了19.68%、39.25%,其主要原因为内水压力作用致使隧洞结构整体呈现向外膨胀,在充水运营期间应加强内水压力作用下的安全监测;在外部水土压力和内水压力共同作用下,围岩类型的改变使组合结构中连接螺栓应力、管片接缝错台、锚杆应力分别提高37.11%、15.29%、14.75%,其主要原因为围岩岩性越差承担荷载能力越弱,在围岩类型的过渡区域应进行重点监测;此外,在外部水土压力和内水压力共同作用下,组合结构中围岩、管片、内张钢圈、锚杆的荷载分担率分别为21.38%、43.08%、24.01%和11.53%,内张钢圈荷载分担率较无内水压力作用提高了34.06%,内水压力作用提高了内张钢圈分担荷载的效果;组合结构中围岩的分担率随围岩类型(Ⅲ类、Ⅳ类、Ⅴ类)的增加而减小,相同荷载下Ⅲ类围岩的荷载分担率较Ⅴ类围岩提高了16.96%。该研究成果可为类似隧洞工程的衬砌设计及后期加固措施提供理论参考。

关键词：输水隧洞组合结构管片衬砌内张钢圈力学特性分担率

基于变量灌溉动态分区管理的冬小麦产量与节水效果

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农业工程学报 2024年第5期40卷 109-117页

作者：赵伟霞张敏讷祝长鑫李久生黄乾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京100048 山东省水利科学研究院济南250014

喷灌机机载式红外温度传感器系统是动态监测农田作物水分亏缺状况、构建变量灌溉(variable rate irrigation,VRI)决策支持系统的重要工具。为了评估圆形喷灌机机载式红外温度传感器系统在变量灌溉动态分区管理中的应用效果,该研究以气... 详细信息

喷灌机机载式红外温度传感器系统是动态监测农田作物水分亏缺状况、构建变量灌溉(variable rate irrigation,VRI)决策支持系统的重要工具。为了评估圆形喷灌机机载式红外温度传感器系统在变量灌溉动态分区管理中的应用效果,该研究以气象参数和土壤水分传感器网络构建的均一灌溉(uniform rate irrigation, URI)决策方法为对照,评估了基于气象参数、土壤水分传感器网络和作物冠层温度的变量灌溉决策方法对华北平原冬小麦灌溉制度、土壤含水率空间分布均匀性和节水增产效果的影响。在河北省邢台市大曹庄中国水利水电科学研究院智慧灌溉技术与装备创新示范推广基地开展试验,试验区为三跨加悬臂圆形喷灌机控制灌溉面积7.07 hm^(2),2021年试验区等分为2个子区,布置URI和VRI处理,2022年试验区等分为4个子区,布置URI处理、基于等间隔法进行管理区聚类划分的VRI(T1)处理、基于“Jenks”自然断点法进行管理区聚类划分的VRI(T2)处理和基于几何间隔断点法进行管理区聚类划分的VRI(T3)处理。结果表明,在冬小麦生育期内,URI和VRI处理灌水7~10次,2 a平均灌水量分别为201和173 mm。开展VRI管理后,冬小麦主根区的土壤含水率空间分布均匀性和产量均匀性提高。2021年URI和VRI处理的冬小麦产量分别为9 470和9 574 kg/hm^(2),2022年的冬小麦产量较2021年分别降低6.7%和6.0%。变量灌溉处理的管理区聚类划分方法未对灌溉制度和产量产生显著影响。与URI处理相比,VRI处理能够减少灌溉水量,且对产量和水分利用效率无显著影响。研究结果可为基于喷灌机机载式红外温度传感器系统的变量灌溉动态分区管理方法的建立提供指导,为变量灌溉决策支持系统的开发升级提供技术支持。

关键词：灌溉土壤水分作物圆形喷灌机冠层温度变量灌溉处方图

基于复杂种植结构多情景分析的灌区多目标多水源优化配置

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农业工程学报 2024年第13期40卷 58-67页

作者：王光耀杜丽娟樊煜雷波徐征和中国水利水电科学研究院水利研究所济南大学水利与环境学院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

为改善多水源灌区农业用水供需矛盾，通过合理调整种植结构，优化灌区水资源配置，该研究以河北省邯郸市漳滏河灌区为研究对象，将农业灌溉缺水量最小和农作物经济效益最大作为目标函数，兼顾灌区生态安全约束，构建了基于种植结构优化... 详细信息

为改善多水源灌区农业用水供需矛盾，通过合理调整种植结构，优化灌区水资源配置，该研究以河北省邯郸市漳滏河灌区为研究对象，将农业灌溉缺水量最小和农作物经济效益最大作为目标函数，兼顾灌区生态安全约束，构建了基于种植结构优化的多目标多水源优化配置模型，针对作物熟制、作物种类、种植制度以及灌溉方式设置了8种不同的种植结构优化情景，通过自主改进的基于精英策略并协遗传算法（NSGAⅡ-S）对模型求解，获得不同情景下的水资源优化配置方案。结果表明：应用模型进行水资源配置后，各情景配水总量均有所减少，其中水库配水量高于其他水源的配水量，水库水、引黄水和引江水均达到用水总量控制目标，民有分区的各计算单元间的配水量变化明显，总配水量高于滏阳河分区；适当压减主要依靠抽取地下水灌溉的冬小麦的播种面积，变灌溉农业为旱作雨养农业，可以极大地减少地下水用量，增加灌区经济效益；最佳的种植结构优化方案为CS4（削减冬小麦的种植面积，种植苜蓿，灌溉方式采取管灌或喷灌），该方案冬小麦播种面积压减17.10%，地下水开采量减少了16.42%，灌区的经济效益增加了26.41%，在保证配水总量最小的同时，具有更高的经济效益。该研究所构建的多目标多水源优化配置模型和作物配水结果可为类似地区的水资源配置提供参考。

关键词：水资源灌溉农业多水源多情景多目标种植结构

基于多时相土壤线一致性修正的土壤含水率反演

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农业工程学报 2024年第14期40卷 73-80页

作者：徐冉文铭赵红莉郝震王镕贺君彦中国水利水电科学研究院水利部数字孪生流域重点实验室浙江省水利水电勘测设计院大连理工大学建设工程学院

传统上依赖改进型垂直干旱指数（modified perpendicular dryness index,MPDI）进行土壤水分反演时每个时期的影像反演都需要依赖于地面实测数据进行校准。为降低土壤含水率反演对实测数据的依赖，该研究利用2020—2021年间的哨兵2号卫... 详细信息

传统上依赖改进型垂直干旱指数（modified perpendicular dryness index,MPDI）进行土壤水分反演时每个时期的影像反演都需要依赖于地面实测数据进行校准。为降低土壤含水率反演对实测数据的依赖，该研究利用2020—2021年间的哨兵2号卫星数据，分析了近红外与红光波段特征空间中土壤线斜率的变化及其影响因素。并推导了土壤线斜率变化对土壤含水率反演的影响，揭示了MPDI反演土壤含水率时每期都依赖实测数据校准的根本原因，最终提出了一种土壤线一致性修正方法。基于这种修正，该研究构建了一个能够多时相比较的再修正干旱指数（re-modified perpendicular drought index,RPDI）。结果表明，经过统一率定的RPDI与土壤含水率的回归方程在不同时相的影像上均适用，反演结果显示了良好的精度，率定集决定系数R2为0.49，无偏均方根误差为2.88%，验证集决定系数R2为0.54，无偏均方根误差为3.05%，与MPDI每期单独构建回归方程反演相比，RPDI基于统一方程反演与其保持了相近的精度水平，极大减少了在遥感土壤含水率估算中对地面实测数据的依赖，有效提升了遥感技术在土壤水分监测中的应用价值。研究可为光学遥感数据在大范围连续土壤水分反演领域的应用研究提供参考。

关键词：土壤含水率修正遥感 RPDI MPDI 特征空间土壤线斜率

基于权重优化-云模型的土石坝运行安全综合评价

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工程科学与技术 2024年

作者：张建伟毋伟涛侯鸽黄锦林王兵鹏刘洪泽呼梓旭广东省水利水电科学研究院华北水利水电大学水利学院

针对土石坝运行安全综合评价中评价指标之间存在相关性及人为设定的权重恒定不变的问题，通过决策实验室法（DEMATEL）分析指标内部联系，联合变权理论（VWT）依据指标状态值对指标权重进行修正，得到了一种考虑指标相关性及指标状态值... 详细信息

针对土石坝运行安全综合评价中评价指标之间存在相关性及人为设定的权重恒定不变的问题，通过决策实验室法（DEMATEL）分析指标内部联系，联合变权理论（VWT）依据指标状态值对指标权重进行修正，得到了一种考虑指标相关性及指标状态值的优化权重。并探究了常权权重与优化权重对各评价指标的权重和评价结果的影响，识别影响土石坝运行安全综合评价的关键指标。结合云模型能有效处理监测信息和评价过程中存在的不确定问题的优点，构建了权重优化-云模型的土石坝运行安全综合评价模型。以和龙水库的土石坝为研究对象，研究结果表明：评价云生成的云滴大部分落在“安全”与“基本安全”之间；结合云相似度计算结果，和龙水库与“安全”和“基本安全”的相似度分别为32.5%和16.3%，由最大相似度原则确定评价结果为“安全”。与常权权重相比，两者的评价结果一致，但对“安全”的隶属度从40.7%降低到了32.5%，体现了指标相关性及指标状态值对评价结果的影响。评价结果与和龙水库现状吻合，印证了本文模型的准确性和可行性，且该方法考虑了指标相关性及实测指标对权重的影响，并结合云模型从定量和定性两个角度评估了土石坝的运行状态，能够更加真实有效地反应大坝的安全状况，可为大坝的安全评价提供参考。

关键词：土石坝综合评价决策实验室层次分析变权理论云模型

典型风力条件及水力调度下太湖藻华高频时空动态监测

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湖泊科学 2024年第3期36卷 685-694页

作者：胡明涛陈诚李港刘洋姚斯洋何梦男陈求稳南京水利科学研究院生态环境研究所南京210029 河海大学水利水电学院南京210098 江西省水利科学院南昌330029 武汉大学水利水电学院武汉430000

湖泊藻华问题已成为全球水生态环境领域面临的长期挑战,风力条件变化和引调水工程的水力调度能改变湖体水动力结构,对藻类的生长和聚集过程产生影响,进行该过程的精细化监测和机制分析对于湖泊藻华预报预警和应急处置具有重要意义。本... 详细信息

湖泊藻华问题已成为全球水生态环境领域面临的长期挑战,风力条件变化和引调水工程的水力调度能改变湖体水动力结构,对藻类的生长和聚集过程产生影响,进行该过程的精细化监测和机制分析对于湖泊藻华预报预警和应急处置具有重要意义。本研究基于Hiamwari-8/AHI卫星遥感高频监测数据,对比分析了归一化差异植被指数(NDVI)、增强植被指数(EVI)和浮游藻类指数(FAI)3种不同指数对太湖藻华的反演效果,开展了典型风力条件下和水力调度下太湖藻华生消过程的持续监测分析。结果表明,FAI对藻华区域和非藻华区域的区分更加明显,其阈值提取的藻华面积与基于MODIS图像解译的藻华面积的相对误差最低,为-2.27%。当营养盐充足且水温持续保持在蓝藻大量生长增殖的阈值以上时,风力条件是导致太湖藻类迁移聚集的关键因子,风向主要影响藻类的水平迁移,使其进行方向性迁移并逐渐形成大面积藻华区域。风速主要影响藻类的垂向迁移并存在临界阈值,当风速低于约2.5 m/s的临界风速时,藻华面积随风速增加而增加;当风速高于临界风速时,藻华面积随风速增加而降低。水力调度对距离较近的贡湖湾区域具有显著影响,主要通过水动力扰动来影响藻类的垂向迁移,使藻类沿水深方向强烈掺混,导致区域藻华面积下降。此外,持续且更大流量的调水将不断增强水动力扰动,减小区域藻华面积。本研究揭示了典型风力条件及水力调度下太湖藻华分布特征和迁移机理,可为湖泊藻华的精确动态监测预警和科学管控提供重要技术支撑。

关键词：太湖蓝藻水华高频监测 Hiamwari-8/AHI 水力调度

四川省能源和粮食生产用水竞争及与经济关系研究

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农业机械学报 2024年第3期55卷 300-310页

作者：康银红贺帅王嘉驰倪铁峰王君勤四川农业大学水利水电学院雅安625014 四川省水利科学研究院成都610072

水-能源-粮食系统存在相互依存、相互制约的复杂关系,量化该系统的相互关系,对于合理配置和协调利用水、能源和粮食资源,促进区域社会经济的可持续发展具有重要意义。本文运用能源和粮食生产水足迹模型、竞争指数模型、脱钩理论及锡尔... 详细信息

水-能源-粮食系统存在相互依存、相互制约的复杂关系,量化该系统的相互关系,对于合理配置和协调利用水、能源和粮食资源,促进区域社会经济的可持续发展具有重要意义。本文运用能源和粮食生产水足迹模型、竞争指数模型、脱钩理论及锡尔指数等方法,核算分析了四川省2009—2019年能源和粮食生产水足迹及其时空变化特征,以及能源和粮食生产对水的竞争关系,探究了水足迹和地区生产总值的内在联系。研究结果表明:能源和粮食生产水足迹均呈上升趋势。能源生产蓝水足迹年均值为5.45×10^(9) m^(3),占能源生产水足迹的93.76%;粮食生产蓝水足迹年均值为1.06×10^(10) m^(3),占粮食生产水足迹的26.02%,绿水足迹的贡献率超过蓝水足迹和灰水足迹之和,占比53.06%。四川省能源和粮食生产对水的竞争指数呈上升趋势,增幅为42.69%。由于川西北生态示范区和攀西经济区等地区兼顾粮食和水电生产,其竞争指数明显高于其他地区。四川省水足迹和地区生产总值的脱钩关系为弱脱钩,处于相对协调发展状态,说明经济发展对用水量的控制状态相对较好;水足迹强度总差异呈扩张趋势,说明四川省用水效率不均衡性逐渐扩大,但研究后期有所下降,发展逐渐趋同。该研究可为四川省水资源调配、能源开发和粮食生产提供建议,也可为该地区优化经济发展方式以及用水效率的协同发展提供参考。

关键词：水足迹竞争指数脱钩分析锡尔指数四川省

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脱硫废水进空冷塔内浓缩减量工艺技术的蒸发机理研究

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水动力学研究与进展（A辑） 2024年第2期39卷 204-214页

作者：都影李陆军宋小军王飞中国水利水电科学研究院北京100080

脱硫废水进间接空冷塔内蒸发减量是一种新型的脱硫废水浓缩减量工艺技术,目前鲜有对其蒸发机理的研究报道。该文通过室内试验,研究了蒸发塔的蒸发特性和脱硫废水在填料内的蒸发规律,分析了影响蒸发特性的因素,并对已采用该技术的某电厂... 详细信息

脱硫废水进间接空冷塔内蒸发减量是一种新型的脱硫废水浓缩减量工艺技术,目前鲜有对其蒸发机理的研究报道。该文通过室内试验,研究了蒸发塔的蒸发特性和脱硫废水在填料内的蒸发规律,分析了影响蒸发特性的因素,并对已采用该技术的某电厂进行了实塔测试,验证了室内试验的结论。研究结果表明,蒸发塔的蒸发速率受断面风速、淋水密度和填料高度等参数影响,且与此三者均成正相关关系,其中断面风速对蒸发速率的影响最为显著。在蒸发塔运行过程中,蒸发池内脱硫废水温度变化幅度小于0.5℃且与蒸发塔出口空气湿球温度较为接近,蒸发塔出口空气接近饱和。蒸气压差与进出口空气质量分数差成正线性关系,模型试验结果与实塔测试结果吻合良好。当通风量为817.56 m^(3)/s时,一座淋水面积约400 m^(2)的机械通风冷却塔的蒸发效率可达16.2~18.4 t/h,基本满足百万机组火电厂脱硫废水浓缩减量的工程需求。

关键词：脱硫废水蒸发塔蒸发速率蒸汽压差进出口空气质量分数差