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固–液相变含水率区间松散土石体中细粒组分抗剪特性试验

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工程科学与技术 2024年第1期56卷 160-168页

作者：江洎洧王汉武黄玲张静波长江水利委员会长江科学院水利部岩土力学与工程重点实验室湖北武汉430010 长江水利委员会长江科学院信息中心湖北武汉430010 中交第二公路勘察设计研究院有限公司湖北武汉430056

松散土石体在泥水作用下易引发地质灾害,其中细粒组分在高含水率下的抗剪性能骤然劣化是触发相变失稳的重要因素之一。基于环剪试验,对三峡库区某滑坡松散土石体试样设计试验方案,研究细组构由软塑~流塑发展的固-液相变全过程抗剪特性... 详细信息

松散土石体在泥水作用下易引发地质灾害,其中细粒组分在高含水率下的抗剪性能骤然劣化是触发相变失稳的重要因素之一。基于环剪试验,对三峡库区某滑坡松散土石体试样设计试验方案,研究细组构由软塑~流塑发展的固-液相变全过程抗剪特性演化规律。结果表明:松散土石体试样为粗细组分二元特征较强的级配不良土体介质,其中,细粒组分在原状干密度条件下的饱和含水率为23.6%,液塑限分别为27.2和18.1,据此选定含水率23.6%~29.0%范围中的5个取值制定试验方案,可完整覆盖细粒组分的软塑~流塑相变;含水率为25.0%、26.0%和27.0%时,试样处软塑状态,在低法向压力下均可顺利开展环剪试验;其中,含水率25.0%试样恰进入软塑态,较含水率23.6%试样的峰值和残余内摩擦角分别降低23.5%和18.6%,峰值和残余黏聚力均降低超过80%。含水率为28.0%和29.0%时,试样已处于流塑状态,仅在无法向压力时可顺利开展环剪试验,且抗剪强度极低,其物理意义贴近于高黏稠泥浆的黏滞性;根据试样的黏聚力c在进入软塑状态时基本丧失,而内摩擦角φ表现为在软塑区间随含水率增加而逐步降低,进而触及液限骤然丧失的特性分析,c和φ劣化过程异步;经单元体受力模式和概化分析认为,相变前软塑状态试样静止侧压力系数K0的激增缓解了φ值的大幅骤降。

关键词：松散土石体细粒组分固–液相变环剪试验抗剪特性

长江中下游崩岸险情智能感知预警与防治关键技术研究构想及成果展望

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工程科学与技术 2024年第5期56卷 1-9页

作者：卢金友周银军邓彩云郭超李凌云长江水利委员会长江科学院湖北武汉430010 长江科学院水利部长江中下游河湖治理与防洪重点实验室湖北武汉430010

崩岸是长江中下游河道自然演变的常见形式,严重威胁防洪安全、航道畅通及沿江经济基础设施正常运行甚至是人民生命财产安全。三峡工程等水利水电工程建成运行引起长江中下游水沙情势显著改变,近年来,中下游河道持续冲刷、局部河势调整... 详细信息

崩岸是长江中下游河道自然演变的常见形式,严重威胁防洪安全、航道畅通及沿江经济基础设施正常运行甚至是人民生命财产安全。三峡工程等水利水电工程建成运行引起长江中下游水沙情势显著改变,近年来,中下游河道持续冲刷、局部河势调整、崩岸频发,造成多方面不利影响。尽管以往已开展了相关研究并进行了治理,但由于影响因素众多,崩岸机理复杂,隐蔽性、突发性和随机性强,预警及治理难度依然很大。本文以“崩岸机理揭示—大范围筛查—介入式监测—多尺度预警—系统化防治”为总体思路开展研究,围绕流-固耦合作用下的崩岸机理与险情智能筛查、河道岸坡土体全要素实时感知及崩岸模拟预警技术、耦合河势控制措施的崩岸系统防治技术等关键科学技术问题,重点研究持续冲刷下河势变化与崩岸动态响应关系,研发多源信息融合的崩岸险情智能筛查技术、河道岸坡全要素一体化智能感知技术、多尺度河道崩岸预测与预警技术,以及耦合河势控制措施的崩岸系统防治技术,旨在揭示持续冲刷条件下长江中下游崩岸发生的驱动因素及内在机理,研发崩岸险情智能感知预警及防治关键技术,实现崩岸险情智能筛查、多要素监测、动态预警与系统防治。研究有望显著提高长江中下游河道崩岸发生的预见性和治理技术水平,促进崩岸从灾后抢护向灾前预防转变,为河道系统治理和水安全保障能力提升提供科技支撑。

关键词：河道崩岸机理筛查监测预警系统治理长江中下游

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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汉江中下游重要支流目标生态流量分期控制研究

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人民长江 2024年第5期55卷 84-89页

作者：徐长江邴建平邓鹏鑫长江水利委员会水文局湖北武汉430010

为有效推进河湖生态流量保障体系建设,采用Qp法、Tennant法、近10 a最枯月法、频率曲线法等方法计算分析确定了汉江中下游重要支流控制断面基本生态流量,采用适配法确定各断面生态流量分月泄放目标。研究表明:(1)汉江中下游重要支流控... 详细信息

为有效推进河湖生态流量保障体系建设,采用Qp法、Tennant法、近10 a最枯月法、频率曲线法等方法计算分析确定了汉江中下游重要支流控制断面基本生态流量,采用适配法确定各断面生态流量分月泄放目标。研究表明:(1)汉江中下游重要支流控制断面的基本生态流量为1.16~7.50 m^(3)/s,占年均流量的5%~15%。除南河谷城断面受金盆沟电站发电引水导致满足度偏低外,其他断面满足度均高于90%,可作为生态流量管控依据。(2)各断面生存流量分月控制目标为1.16~55.00 m^(3)/s,年泄放量占年均径流量的20%,月均满足度可达80%以上。研究成果可为健全法规体系、强化工程生态调度、汉江流域水资源保护及监督管理提供参考依据。

关键词：目标生态流量分期控制可达性满足度汉江中下游

递增式连续降雨条件下典型山区坡面径流产沙水动力学特征

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农业工程学报 2024年第9期40卷 88-97页

作者：童晓霞崔远来邵东国李建明张冠华路良伟刘纪根武汉大学水资源工程与调度全国重点实验室武汉430072 长江水利委员会长江科学院武汉430010 水利部山洪地质灾害防治工程技术研究中心武汉430010 长江水利委员会水旱灾害防御创新团队武汉430010

山区复杂的下垫面条件导致了山区小流域水文响应过程的复杂性,山区坡面作为山区小流域水文响应的基本单元,研究其不同下垫面条件下径流产沙水动力特征具有重要意义。为明晰山区坡面不同下垫面条件下径流水沙水动力特征,该研究选用官山... 详细信息

山区复杂的下垫面条件导致了山区小流域水文响应过程的复杂性,山区坡面作为山区小流域水文响应的基本单元,研究其不同下垫面条件下径流产沙水动力特征具有重要意义。为明晰山区坡面不同下垫面条件下径流水沙水动力特征,该研究选用官山河小流域作为研究对象,基于室内模拟递增式连续降雨试验方法,研究了坡度、土层厚度分布和土层底部透水性等山区坡面下垫面特性共同作用下的坡面径流产沙水动力学特征。结果表明:1)连续降雨条件下,雷诺数、水流剪切力和径流功率随着产流时间和雨强增加呈现增加趋势,Darcy-Weisbach阻力系数呈降低趋势。2)雨强增加使雷诺数均值和径流功率均值显著增加(P<0.05),设计雨强60、90、120 mm/h时的雷诺数均值、径流功率均值分别比30 mm/h的雷诺数均值、径流功率均值增加了130%、276%、366%和171%、328%、435%;坡度增加使水流剪切力均值和径流功率均值显著增加(P<0.05),坡度15°、25°的水流剪切力均值分别比坡度5°的增加了135%和187%,坡度15°、25°的径流功率均值分别比坡度5°的均值增加了224%和357%;土层厚度分布对阻力系数均值和土层底部透水的雷诺数均值、径流功率均值有显著影响(P<0.05),土层底部透水性仅对土层厚度分布为上薄下厚的雷诺数均值和水流剪切力均值有显著影响(P<0.05)。3)雨强是影响坡面产流产沙水动力特征的主导因素,对雷诺数的方差贡献率高达83.11%,水流剪切力主要受到雨强和坡度的影响,累计贡献率达67.64%,径流功率主要受到雨强和坡度的影响,累计贡献率达80.58%。在单一雨强条件下,坡度和土层厚度分布是影响水动力参数的主要因素,土层厚度分布和坡度的交互作用、土层底部透水性和土层厚度分布的交互作用对水动力参数也有一定影响。因此,在研究坡面产流产沙规律时,除考虑雨强和坡度外,还应兼顾考虑土层厚度分布和土层底部透水性及其交互作用的影响。该研究结果可为山区坡面复杂下垫面条件下的坡面产流产沙机理提供一定的理论支撑,并为改进山区小流域水文过程分布式模拟提供参数率定依据。

关键词：降雨坡度侵蚀土层厚度分布土层底部透水性径流产沙水动力参数

鄱阳湖水利枢纽工程施工和运行对湖区及尾闾洪水动力的影响

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湖泊科学 2024年第1期36卷 308-319页

作者：焦婷丽邴建平汪飞余明辉刘玉娇武汉大学水资源工程与调度全国重点实验室武汉430072 长江水利委员会水文局武汉430010 长江科学院河流研究所武汉430010

鄱阳湖是长江水系中的两大通江湖泊之一,在调节长江水位、涵养水源、改善当地气候和维护周围地区生态平衡等方面都起着巨大的作用。鄱阳湖水利枢纽的修建可能导致湖泊水文情势和水动力的变化。本文基于MIKE 21构建鄱阳湖二维水动力模型... 详细信息

鄱阳湖是长江水系中的两大通江湖泊之一,在调节长江水位、涵养水源、改善当地气候和维护周围地区生态平衡等方面都起着巨大的作用。鄱阳湖水利枢纽的修建可能导致湖泊水文情势和水动力的变化。本文基于MIKE 21构建鄱阳湖二维水动力模型,选取1954年和1998年特大洪水年以及1991年长江倒灌年作为运行期的典型年,选取1995年作为施工期典型年,按照规划中的鄱阳湖水利枢纽工程施工及运行调度方案,计算水利枢纽修建前后鄱阳湖水位和流量的变化,定量分析枢纽工程对长江干流、鄱阳湖湖区及尾闾附近洪水动力的影响。结果表明:不同典型年鄱阳湖水利枢纽对长江干流、湖区及尾闾的洪水动力影响相似,其中洪水期、倒灌期及施工期一期对长江防洪、湖区及尾闾附近的影响较小,施工期二期湖区水位壅高幅度最高达0.237 m,对鄱阳湖湖区及尾闾附近防洪有一定影响;枢纽工程对星子、都昌、康山等湖区水文站水位影响幅度较为接近,且越靠近尾闾,影响越小。整体而言,鄱阳湖水利枢纽的修建会导致洪水年鄱阳湖湖区水位壅高,倒灌期湖区水位降低,湖区流速降低,但变化幅度均较小,故枢纽工程施工期和运行期对汛期行洪影响不大。

关键词：鄱阳湖水利枢纽 MIKE 21 洪水影响数值模拟水位流量

长江中游通江故道水环境特征及其与浮游植物群落的关联分析

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长江流域资源与环境 2024年第7期33卷 1540-1549页

作者：刘小光柴朝晖朱孔贤水利部长江中下游河湖治理与防洪重点实验室湖北武汉430015 长江水利委员会长江科学院湖北武汉430015

为了厘清长江中游通江故道水环境特征及其对浮游植物群落的影响,在汛前及汛后对长江中游通江故道进行了水环境及浮游植物调查,包括TP、TN、NH_(3)-N、COD_(Mn)、BOD_(5)等水质指标以及浮游植物的种类组成、生物量、生物多样性等。通过... 详细信息

为了厘清长江中游通江故道水环境特征及其对浮游植物群落的影响,在汛前及汛后对长江中游通江故道进行了水环境及浮游植物调查,包括TP、TN、NH_(3)-N、COD_(Mn)、BOD_(5)等水质指标以及浮游植物的种类组成、生物量、生物多样性等。通过构建优化的模糊数学评价方法,对各故道水质状况及汛前汛后变化进行了量化评价,并对各故道富营养化状态进行评估,利用RDA分析与灰色关联分析探究了影响浮游植物群落特征的主要水质指标。结果表明:(1)各故道水质基本为III~IV,在汛前闸控通江故道水质要好于自然通江故道,在汛后则相反;(2)影响故道浮游植物密度的主要水质指标为TP与COD_(Mn),影响故道浮游植物群落多样性的水质指标主要为TN、NH_(3)-N与COD_(Mn);(3)建议通过营养盐阻控、水位控制与水动力调控等措施修复故道水质、优化浮游植物多样性与丰富度。

关键词：长江中游通江故道水环境浮游植物模糊数学

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河库及蓄滞洪区洪水预报调度一体化技术研究

人民长江 2024年第10期55卷 48-54页

作者：曾明张晓皓纪国良许银山张涛长江水利委员会水文局湖北武汉430010 长江水利委员会流域水模拟与预报调度智能技术创新中心湖北武汉430010 长江水利委员会水旱灾害防御创新团队湖北武汉430010 中国长江三峡集团有限公司湖北武汉430010

针对河库及蓄滞洪区洪水预报调度一体化技术薄弱,尤其面临大洪水调度决策难以实时联动模拟的问题,从空间拓扑概化、通用化模型库构建及方案数字化、调度规则库构建和智能应用3个方面介绍了预报调度一体化体统构建的流程和要点,并基于大... 详细信息

针对河库及蓄滞洪区洪水预报调度一体化技术薄弱,尤其面临大洪水调度决策难以实时联动模拟的问题,从空间拓扑概化、通用化模型库构建及方案数字化、调度规则库构建和智能应用3个方面介绍了预报调度一体化体统构建的流程和要点,并基于大湖演算模型和水力学模型提出了可考虑蓄滞洪区的通用性预报模型,以及水库库区水面线预报模拟模型方法,通过空间拓扑概化和调度策略设置可实现河、库、蓄滞洪区的上下游联动模拟计算。以长江流域三峡水库、中下游河湖及蓄滞洪区为研究区域,重点阐述了改进模型构建、预报调度一体化体系构建、模拟调度技术应用等环节,形成了长江中下游水工程联合调度的体系方案,并通过设置预演洪水场景,分析了模拟的效果和合理性。研究成果可为涉及多类复杂水工程联合调度的区域提供技术参考,为长江流域水工程实时预报调度和场景推演提供计算工具和决策依据。

关键词：水文预报预报调度一体化体系大湖演算模型水力学模型水库群联合调度蓄滞洪区长江流域

三峡水库中小洪水调度对支流库湾浮游植物的影响及机制

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环境科学 2024年第9期45卷 5308-5317页

作者：黎睿汤显强刘新波陈文重王丹阳任玉峰长江水利委员会长江科学院流域水环境研究所武汉430010 长江水利委员会长江科学院流域水资源与生态环境科学湖北省重点实验室武汉430010 中国长江电力股份有限公司智慧长江与水电科学湖北省重点实验室宜昌443000 长江水利委员会水文局长江三峡水文水资源勘测局宜昌443000

中小洪水调度已成为三峡水库汛期的主要调度方式,为研究三峡水库支流库湾浮游植物对中小洪水调度的响应,以三峡水库典型富营养化支流香溪河为对象,调查监测了2020~2021年汛期干支流浮游植物、营养盐及水体理化参数的时空分布特征,分析... 详细信息

中小洪水调度已成为三峡水库汛期的主要调度方式,为研究三峡水库支流库湾浮游植物对中小洪水调度的响应,以三峡水库典型富营养化支流香溪河为对象,调查监测了2020~2021年汛期干支流浮游植物、营养盐及水体理化参数的时空分布特征,分析了支流库湾浮游植物对中小洪水调度的响应特征.结果表明,中小洪水调度期间,香溪河库湾水体叶绿素a(Chl-a)随着坝前水位升高而降低,而在汛末蓄水期,Chl-a浓度再次升高.中小洪水调度期间,香溪河浮游植物以绿藻门和硅藻门为主,其群落组成随中小洪水调度而改变,当水位变幅增大时,以硅藻为主,当水位变幅较小时,以蓝、绿藻为主.Chl-a浓度对库湾水体TN浓度变化更为敏感,当库湾水体流速>0.25 m·s^(−1),或者悬浮泥沙浓度>10 mg·L^(−1)时,水体Chl-a浓度受到抑制.2010年以后,香溪河库湾典型水华暴发时间转变为以汛期为主,非汛期水华仅有2次,需要进一步关注汛期库湾藻类对中小洪水调度的响应.

关键词：三峡水库中小洪水调度浮游植物悬浮泥沙水动力条件