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基于动态网格和局部时间步长技术的城市洪涝模型加速方法

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清华大学学报(自然科学版) 2024年

作者：杨芳胡豫英宋利祥赵建世珠江水利科学研究院水利部粤港澳大湾区水安全保障重点实验室清华大学水利水电工程系水利部珠江河口动力学及伴生过程调控重点实验室

二维水动力模型能够模拟洪涝在地表的淹没及演进过程,是城市洪涝防御的关键工具,已得到越来越多的研究与应用。在精细化洪涝过程模拟中,细小的网格单元会显著增加网格数量、减小时间步长,大大降低模型计算效率。使用动态网格控制策略可... 详细信息

二维水动力模型能够模拟洪涝在地表的淹没及演进过程,是城市洪涝防御的关键工具,已得到越来越多的研究与应用。在精细化洪涝过程模拟中,细小的网格单元会显著增加网格数量、减小时间步长,大大降低模型计算效率。使用动态网格控制策略可减少实际参与计算的网格单元数量,使用局部时间步长技术可提高模型计算的平均计算步长。融合动态网格控制策略和局部时间步长技术,在有效单元上采用分级时间步长,可进一步结合两种策略的优势,减少模型计算量,提升二维水动力模型的计算效率。理想溃坝算例测试结果表明:动态网格控制策略在干网格数量多时效果明显,局部时间步长技术在网格尺度差异较大时效果显著。在南岗河流域洪涝模拟算例中,两种算法融合使用,最大可节省计算耗时约60%,能有效应对城市洪涝模拟过程中无效网格单元多、无效计算量大的问题。

关键词：城市洪涝模型动态网格策略局部时间步长水动力模型

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城市河流低水位运行生态修复机制与实践效果

水资源保护 2024年第2期40卷 16-22页

作者：陈文龙吴琼李一平珠江水利委员会珠江水利科学研究院广东广州510611 水利部珠江河口治理与保护重点实验室广东广州510611 广东省河湖生命健康工程技术研究中心广东广州510611 河海大学环境学院江苏南京210098

为厘清城市河流低水位运行的水生态修复机制,开展了垂向监测水和底泥理化指标、定量监测微生物功能基因、测定微生物活性等室内模拟试验,分析了泥-水界面环境因子及底泥溶解氧的变化特征,研究了底泥主要污染物和功能微生物的变化特征,... 详细信息

为厘清城市河流低水位运行的水生态修复机制,开展了垂向监测水和底泥理化指标、定量监测微生物功能基因、测定微生物活性等室内模拟试验,分析了泥-水界面环境因子及底泥溶解氧的变化特征,研究了底泥主要污染物和功能微生物的变化特征,揭示了低水位运行下污染底泥上层硝化和下层反硝化的协同耦合过程。结果表明:低水位运行可改变底泥的“源-汇”属性,高水位时的“源”转变成低水位的“汇”,继而实现水质的提升;伴随着污染底泥的修复,可逐步形成“底栖动物-沉水植物-挺水植物-昆虫-鸟类”的多营养级完整水生态系统;污染底泥治理是生态修复的关键,城市河流在低水位运行模式下可实现底泥自修复和生态系统构建。

关键词：城市河流低水位运行底泥污染生态修复

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大亚湾近岸浅海马尾藻遥感信息提取

测绘通报 2024年第5期 108-114页

作者：李俊何颖清邓孺孺熊龙海张锐豪水利部珠江河口治理与保护重点实验室广东广州510611 珠江水利委员会珠江水利科学研究院广东广州510611 中山大学地理科学与规划学院广东广州510006 惠州学院地理与旅游学院广东惠州516007

马尾藻对健康的沿海生态系统具有重要作用。遥感监测多针对开阔海域的漂浮马尾藻,对浅海底栖型马尾藻研究较少;技术方法大多基于经验模型,依赖大量实测数据。本文基于水体辐射传输过程,建立马尾藻遥感信息提取模型。大亚湾3个试验结果表... 详细信息

马尾藻对健康的沿海生态系统具有重要作用。遥感监测多针对开阔海域的漂浮马尾藻,对浅海底栖型马尾藻研究较少;技术方法大多基于经验模型,依赖大量实测数据。本文基于水体辐射传输过程,建立马尾藻遥感信息提取模型。大亚湾3个试验结果表明:①马尾藻丰度分布情况与野外调查数据基本吻合;②大亚湾的马尾藻在水域开阔程度高、水体交换条件良好、受一定风浪影响、水深小于1.6 m的环境条件下,长势更好,丰度更高;③水深、海浪作用是影响马尾藻生长分布的重要环境因子。本文方法对马尾藻资源的保护和海岸带生物多样性建设具有积极意义。

关键词：马尾藻海洋底栖生境丰度近岸浅海混合像元分解

冻融环境下玄武岩纤维泡沫混凝土损伤-声发射特征

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复合材料学报 2024年

作者：牛瀚仪陈波高志涵郭凌云河海大学水利水电学院河海大学水灾害防御全国重点实验室南京水利科学研究院水利部珠江水利委员会

对600和1000密度下4种不同玄武岩纤维掺量（0%、0.15%、0.30%和0.45%）泡沫混凝土(BFRFC)试样进行不同冻融环境下(0、20、40、60和80次冻融循环)单轴压缩联合声发射试验，探究了密度、纤维掺量、冻融循环次数对BFRFC单轴压缩性能的影响... 详细信息

对600和1000密度下4种不同玄武岩纤维掺量（0%、0.15%、0.30%和0.45%）泡沫混凝土(BFRFC)试样进行不同冻融环境下(0、20、40、60和80次冻融循环)单轴压缩联合声发射试验，探究了密度、纤维掺量、冻融循环次数对BFRFC单轴压缩性能的影响，并依据声发射与单轴压缩试验参数建立冻融环境下BFRFC受压损伤本构模型，定量分析不同冻融循环下BFRFC的损伤。结果表明：BFRFC在受压过程有明显的阶段性，分为密实、弹性、屈服和平台四个阶段，声发射特征呈现出接触期、陡增期和缓增期三个阶段；不同冻融循环次数下各试样的强度损失率范围为3.4%～63.6%；冻融环境会降低声发射的活跃度，严重影响BFRFC力学性能；玄武岩纤维掺入使试样累计振铃数先增加后减小，能在一定程度上减缓峰值强度的损失；冻融循环加速裂纹开展，玄武岩纤维可有效抑制裂纹发展，但高掺量时纤维团聚现象凸显，内部损伤加剧；BFRFC在受压前期损伤较低，在相对峰值应力大于0.7时损伤发展加速，直至破坏。

关键词：玄武岩纤维增强泡沫混凝土冻融循环声发射单轴压缩本构模型

珠江流域北江“2022.6”特大洪水水库坝顶淹没过程及分析

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中国防汛抗旱 2024年第10期34卷 49-53页

作者：周小清珠江水利委员会珠江水利科学研究院广州510611 水利部珠江河口治理与保护重点实验室广州510611

受强降雨影响,2022年6月中旬珠江流域北江干流及支流武水、滃江、连江均发生大洪水。“2022.6”洪水期间,北江全线告急,多处堤防、水库发生险情,部分城镇受淹成灾,其中清远市5座小型水库水电站发生了坝顶淹没险情。针对其中的3座以防洪... 详细信息

受强降雨影响,2022年6月中旬珠江流域北江干流及支流武水、滃江、连江均发生大洪水。“2022.6”洪水期间,北江全线告急,多处堤防、水库发生险情,部分城镇受淹成灾,其中清远市5座小型水库水电站发生了坝顶淹没险情。针对其中的3座以防洪、灌溉为主的土石坝坝顶淹没情况,通过现场查勘、问询、座谈交流、查阅资料等方式,对水库的坝顶淹没情况、漫坝原因及“淹而未溃”的原因进行了调查分析,并给出整改建议,对提高水库安全运行具有重要意义。

关键词：水库坝顶淹没北江“2022.6”特大洪水珠江流域

数字孪生灌区精细化水量调控关键技术研究与应用

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人民珠江 2024年第4期45卷 33-39页

作者：罗朝林孟庆魁陈武奋张波珠江水利委员会珠江水利科学研究院广东广州510611

为提高中国水资源利用效率,推动灌区精细化管理,基于目前灌区发展现状,提出了数字孪生灌区精细化管理框架,并分别对灌区可供水量预测、作物需水预测、灌区渠道水量优化配置以及测控一体化闸门的关键技术进行了研究,并构建了一套数字孪... 详细信息

为提高中国水资源利用效率,推动灌区精细化管理,基于目前灌区发展现状,提出了数字孪生灌区精细化管理框架,并分别对灌区可供水量预测、作物需水预测、灌区渠道水量优化配置以及测控一体化闸门的关键技术进行了研究,并构建了一套数字孪生灌区“四预”平台,通过“多要素立体感知”“全周期需水预报”“旱涝风险靶向预警”“水资源全过程预演”“防灾减灾科学预案”5条路径,实现灌区全方位、智慧化、科学化的管理。数字孪生灌区“四预”平台部分功能已在广州市流溪河灌区成功应用。数字孪生灌区全过程精细化水量调控关键技术通过对“供水-需水-配水-调水”全过程的水量调配,实现了水资源优化配置,提高了水资源利用效率,对数字孪生灌区的推广与应用具有指导意义。

关键词：数字孪生灌区精细化 “四预” 流溪河灌区

基于细观数值模拟的玄武岩纤维泡沫混凝土力学性能

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复合材料学报 2024年

作者：郭凌云陈波高志涵缪云牛瀚仪河海大学水利水电学院河海大学水灾害防御全国重点实验室水利部珠江水利委员会华电宁德电力开发有限公司南京水利科学研究院

为研究不同密度和纤维掺量的玄武岩纤维泡沫混凝土（BFRFC）的孔隙特征与单轴压缩力学性能，本文对两种密度下三种纤维掺量的试样进行X-CT与单轴压缩试验，分析实测孔隙和纤维分布特征，利用Matlab软件二次开发了BFRFC微观结构的三维重... 详细信息

为研究不同密度和纤维掺量的玄武岩纤维泡沫混凝土（BFRFC）的孔隙特征与单轴压缩力学性能，本文对两种密度下三种纤维掺量的试样进行X-CT与单轴压缩试验，分析实测孔隙和纤维分布特征，利用Matlab软件二次开发了BFRFC微观结构的三维重构模型，基于Hashin失效准则和损伤变量建立BFRFC的渐进损伤模型，并采用Comsol有限元软件进行单轴压缩试验仿真模拟。研究发现，BFRFC的孔隙直径服从对数正态分布，孔隙率和平均孔径随着密度的增加及纤维掺量的增多而减小；BFRFC内部的纤维极角主要集中在15°～90°之间，而方位角则在0°～360°之间均匀分布；基于微观结构所建立的BFRFC试样仿真模型，结合材料软化特性的渐进损伤模型，可以有效模拟BFRFC单轴压缩过程；BFRFC中玄武岩纤维的添加显著提升了材料的力学性能，包括峰值强度和吸能能力，且单轴压缩过程中材料内部力学响应从外层向内层进行逐层传递。

关键词：玄武岩纤维泡沫混凝土细观结构 X-CT Comsol 孔结构力学仿真

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中顺大围河网水动力水质调度模拟系统研究

人民珠江 2024年第6期45卷 1-9页

作者：刘晋陈业超丁武张炜李文珠江水利委员会珠江水利科学研究院广东广州510611 中山市堤围管理中心广东中山528499 水利部粤港澳大湾区水安全保障重点实验室广东广州510611 水利部珠江河口治理与保护重点实验室广东广州510611

珠江三角洲河网水系复杂,联围众多,其中以中顺大围水系结构最为复杂、闸泵群联合调度难度最大。为充分挖掘水工程联合调度对水量水质的调控潜力,以中顺大围作为研究对象,构建中顺大围一维水动力-水质耦合模型,实现各闸泵调度方案下的围... 详细信息

珠江三角洲河网水系复杂,联围众多,其中以中顺大围水系结构最为复杂、闸泵群联合调度难度最大。为充分挖掘水工程联合调度对水量水质的调控潜力,以中顺大围作为研究对象,构建中顺大围一维水动力-水质耦合模型,实现各闸泵调度方案下的围内水量水质过程模拟;在此基础上,建立闸泵群联合优化调度模型,实现在不同引换水条件下闸泵群调度方案的最优决策;最后基于水量水质模拟及调度模型研发了中顺大围河网水量水质调度模拟系统,实现中顺大围水动力特性模拟、污染物浓度及水质变化动态模拟、水污染应急调度及过程可视化,形成了中顺大围水系连通下基于闸泵群联合优化调度的水量-水质模拟调控技术体系。基于该系统对2个典型场景进行实例分析,结果表明:在进行优化调度的情况下,调度时段末围内COD和NH3-N的加权浓度分别相比不进行优化调度的情况改善了10.26%和27.27%,调度效果显著,可为中顺大围水量水质调度决策提供可靠的技术支撑。

关键词：复杂河网闸泵群调度水动力-水质模拟模拟系统

淡水生态系统中微塑料污染的影响与治理研究进展

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人民珠江 2024年

作者：唐红亮马金龙徐琛琛彭松耀冯丽娟珠江水利委员会珠江水利科学研究院华南理工大学水利部粤港澳大湾区水安全保障重点实验室

微塑料作为一类新型水体污染物，正受到越来越多的关注。它们因广泛分布、难以降解以及对生物具有的毒性特性，对淡水生态系统的健康构成了严重威胁。本文综述了微塑料的定义、分类、来源，以及它们在水环境中的分布和迁移模式。同时，... 详细信息

微塑料作为一类新型水体污染物，正受到越来越多的关注。它们因广泛分布、难以降解以及对生物具有的毒性特性，对淡水生态系统的健康构成了严重威胁。本文综述了微塑料的定义、分类、来源，以及它们在水环境中的分布和迁移模式。同时，探讨了微塑料对水生生物的毒理学影响，以及物理、化学和生物技术在微塑料去除中的应用。微塑料根据类型、尺寸及来源可分为一级微塑料和二级微塑料。综合分析表明，选择合适的微塑料采集和预处理方法，是进行定量定性分析和其他研究的基础。微塑料的分布和迁移受到地理位置、风、水流和流速等因素的影响。研究显示，微塑料通过在其表面吸附有毒化学物质和微生物，对水生生物的生长和繁殖产生毒性效应，甚至影响食物链和水生态系统的健康。针对这些问题，本文综述了物理技术如吸附、膜过滤和沉降，化学方法如凝聚和絮凝过程、氧化、聚合和光催化降解，以及微生物降解等生物方法的应用现状。文章最后从微塑料分析方法、环境毒性研究、去除技术、政策和法规四个方面提出了研究展望。本文旨在为将微塑料指标纳入河湖健康评价体系提供思路和参考，为河湖生态环境的保护和修复提供管理对策依据。

关键词：微塑料水生态系统毒理学影响去除技术