山区河流浅水条件下漂石对河床响应与泥沙补给影响的试验研究

受暴雨洪水与滑坡、泥石流灾害的影响,山区河流床沙多为宽级配卵砾石泥沙,甚至出现较多的漂石,从而影响近底水流结构与推移质输移特性。基于野外漂石河流的调查,通过概化水槽试验,探讨了漂石颗粒对河床冲淤的影响;对比分析了不同水沙条件下漂石对推移质输沙率过程的影响;根据床面粗化程度与漂石状态相异的两种类型对比试验,探讨了漂石对不同水沙条件下推移质输沙率的影响程度。研究表明:随着漂石颗粒相对淹没度(h/D,平均水深与漂石有效直径之比)的减少,漂石对其尾部区域水流的混掺越加突出,从而对河床的冲刷能力变大;根据本试验采用的水沙参数,漂石对推移质输沙率的扩大效应为几倍至十几倍。

山区河流河床形态与水沙变化下的水位响应机理研究

山区流域暴雨山洪、滑坡、泥石流等灾害频发,大量泥沙以不同方式进入河道,河床形态在极短时间内迅速调整。在宽窄相间河段水流输沙能力差异较大,展宽段常因挟沙能力的降低而淤高河床,致使水位陡增,引发洪水灾害。为探讨山区河流宽窄相间河段与泥沙补给变化下的水位变化致灾机理,以室内物理模型系列试验结果为依据,分析不同流量定床清水时河床形态参数与各水力参数的变化关系,以及泥沙补给变化对河床形态及水流参数的影响。试验表明:上游泥沙补给量及河床形态是影响水流流态、水位变化的重要因素;定床清水条件下,河宽与比降的局部急剧调整影响水流参数变化,水流对河床变化的响应具有滞后性;当上游有泥沙补给时,水深变化较清水来流明显;随着来沙量的增大,大量泥沙淤堵河道且呈现溯源淤积的趋势,并淤高河床;在淤积段顶端,水流发生水跃现象,水位陡增,甚至出现漫滩致灾。由此可见,上游来沙及水流挟沙能力的降低将引起河床不同程度的落淤,造成河床形态改变,特别是在宽窄相间河段泥沙易落淤,水位增幅较大,为洪灾泛滥区,应作为水沙灾害的重点防治区域。

不同来水来沙条件下山区河流的河床响应试验研究

山区河流受季节性水文条件及产沙过程的影响,水沙条件变化频繁。尤其是暴雨山洪频繁挟带大量泥沙进入河道,从而引起河床急剧调整。本文以龙溪河典型河段为研究对象,通过调查天然河道的地形、床沙组成及来水来沙特性,开展系列水沙模型试验,突出分析来水来沙条件变化的河床响应。试验包括不同流量下清水冲刷和恒定流量下改变泥沙补给条件两种对比方案。以泥沙起动条件的沙莫夫公式判定方法,分析比较了不同工况条件下的断面泥沙起动流速和水流运动平均流速的关系,揭示不同断面间泥沙冲淤特性及河床变形特点。在此基础上,探讨河道沿程水位变化及致灾范围,对比分析表明,龙溪河在清水来流条件下,即使通过最大流量300 m3/s,洪水位也未超过龙池镇堤防高程,即清水来流条件一般不会影响龙池镇的防洪安全。若大量泥沙下泄至主河道,龙池镇段由于河床比降变缓与河道展宽等床面形态的变化,水流平均流速显著降低,携沙能力减小,引起大量泥沙淤积,致使水位陡增,甚至出现漫滩现象,存在显著的防洪安全隐患。随着泥沙补给量的不断增加,河床不同区域输沙动力的调整制约了泥沙的输移距离,从而引起局部区域河床的淤堵,并导致洪水位的增加,甚至产生漫滩洪水并诱发洪水灾害。研究表明,山区河流泥沙补给对河床响应及水沙灾害具有重大的影响,来水来沙变化下的水沙运动致灾机理亟需深入研究。

山区河流浅水河床漂石对局部水流结构影响试验研究

西南山区河道普遍分布着大量的卵砾石、漂石等大粒径床沙,漂石颗粒急剧调整局部水流结构与泥沙输移,从而制约着河床响应过程。以漂石河床水流结构为研究对象,结合野外典型河段调查和概化试验,利用3维多普勒流速仪(ADV)详细测量漂石区域的3维流速,探讨浅水条件下漂石颗粒对局部水流运动的影响。分析表明:漂石对水流结构的影响集中在其下游中心区域,尤其是远部尾流区内,其纵向范围主要集中在约–1<Δx/D<2区域,其中漂石附近的近底流速变化明显,远部尾流区边界高度也从受漂石影响较小的上游0.3~0.4倍水深发展到受漂石影响较大的下游0.5~0.7倍水深处;中心纵剖面紊动能和雷诺应力数值显著大于左右两侧,且其数值在漂石下游激增至1~10倍和1~16倍,两者出现峰值的位置都集中在漂石远部尾流区末端。研究还发现,漂石相对淹没度(H/D,平均水深与漂石有效直径之比)对漂石附近的水流结构有较大影响,随着相对淹没深度(H/D)的增加,其对流速、紊动能和雷诺应力的影响逐渐增强,在处于临界淹没度H/D=1.2时最为强烈,之后强度递减。不同相对淹没度(H/D)下,流速、紊动能和雷诺应力恢复区长度相近,且与远部尾流区尺度变化基本一致。总体而言,漂石通过改变局部沿程流速、紊动参数和远部尾流区分布,从而显著影响浅水河床局部水流结构,其具体影响因子和响应规律有待进一步深入研究。

山区河流河床基岩暴露与沙卵石覆盖反常关系研究——以陇西河为例

山区河流不同河段的河床形态常处于基岩暴露与沙卵石覆盖的相间变化中。野外调查发现,至少在青藏高原与四川盆地过渡带,不少河流出现坡度大而沙卵石覆盖多,坡度小而基岩暴露多的现象。为了研究该反常规律,以岷江二级支流陇西河为例,进行多次野外观测与数据采集,通过提取流域地形数据,得到并分析其干流沿程剖面,并结合已有的室内水槽试验研究结果,进一步说明床面沙卵石的运动情况与分布特性,得到以下结论:陇西河流域岩性以砂岩为主,干流从上游向下游依次出现陡、缓、陡、缓交替的4段,平均坡度依次为8.1%、0.2%、6.2%和1.2%;较陡的两段全部沙卵石覆盖,较缓的两段全部基岩暴露。产生这种现象的原因:一是较陡段泥沙颗粒通过两侧山体崩塌滑坡侧向补给,床面大尺寸漂石与周围的较细颗粒会逐渐形成相对稳定且水流阻力大的自锁结构,且床面粗糙,有助于提高床面抗冲刷性,抑制基岩的暴露,因此导致输送到下游较缓段的输沙率很低;二是砂岩颗粒岩性较软,少量被输移到下游的颗粒容易破碎成更小的颗粒,更容易被输移,使得较缓段基岩暴露现象突出。较陡段被沙卵石覆盖,将有效抑制窄深处基岩河床的侵蚀下切速率,从而进一步影响相关流域地貌的演化,如增加河流袭夺的机率。

某水电站砾石土心墙料力学性质

两河口水电站砾石土心墙堆石坝最大坝高295 m,心墙防渗土料的各种性能对于坝体安全至关重要,除防渗性能外,还应具有较好的力学性能。本文结合工程现场实际情况,对三种土石比的砾石土心墙料进行室内击实试验及较高垂直压力下的大型直剪试验。研究结果表明:击实试验中,随着砾石含量从30%增至50%,最优含水率单调递减,最大干密度单调递增;三种砾石土在垂直压力200 k Pa、600 k Pa、1200 kPa的条件下均没有明显峰值,剪应力随剪切位移增加而不断增大;在砾石含量为30%~50%时,内摩擦角?随砾石含量增加而增大,黏聚力c随砾石含量增加而减小。

四川省灌溉管理节水发展水平综合评价模型构建与应用

灌溉管理节水发展水平评价是制定区域节水灌溉发展规划的重要决策依据。该文采用定量指标和定性指标相结合的方法建立了包括组织管理、工程管理、用水管理和经营管理4个层次16项指标的区域灌溉管理节水发展水平综合评价体系,在此基础上构建了四川省灌溉管理节水发展水平综合评价模型;引入熵权法和层次分析法计算各评价指标权重,提高了权重确定的科学性与客观性。以四川省21个市州(区域)为研究对象,利用模型通过形成决策矩阵、确定权重、建立加权决策矩阵、计算各评价对象与理想解的相对贴进度,由此得到四川省不同区域灌溉管理节水发展水平。结果表明:四川省全省灌溉管理节水发展处于"一般"水平;21个区域中,成都、德阳处于"好"水平,攀枝花、绵阳、资阳、乐山处于"较好"水平,自贡等10个区域处于"一般"水平,广元、内江处于"较差"水平,甘孜、阿坝、凉山处于"差"水平;以上结果符合四川省灌溉管理节水发展的实际情况;模型对于四川省灌溉管理节水发展具有较强的实用性。

基于集对分析的区域节水灌溉发展水平综合评价模型构建与应用——以四川为例

详细分析了节水灌溉发展水平的影响因素,选取工程节水、农艺节水和管理节水3项2级指标和灌溉水利用系数等33项3级指标,构建了节水灌溉发展水平综合评价指标体系。采用主成分分析法,将以上指标体系在保留原始指标信息的前提下简化为14项主成分因子,以互不相关的较少的综合指标来反映原始指标所提供的信息;采用熵权法确定客观权重,层次分析法确定主观权重,进而得到组合权重;采用集对分析计算联系度得到区域节水灌溉发展水平综合评价结果。以四川省各地区节水灌溉发展现状为例进行计算,评价结果表明:只有成都、攀枝花2个地区处于'一般'水平,占整个地区的9%,处于'较差'和'差'水平的分别有7个地区和12个地区,所占比例为33%、58%;四川全省区域节水灌溉发展水平综合评价结果处于'差'水平。研究结果表明,未来针对不同地区采取合理措施情况下四川省发展节水灌溉的潜力较大。

基于VMD-HHT方法的水电机组启动过渡过程振动信号分析研究

随着中国水电机组数量及装机容量的不断增加,水电机组启动过渡过程故障问题也日趋明显,利用信号分析法对机组故障诊断得到广泛的应用。利用一种处理非线性非平稳信号自适应方法——变分模态分解(Variational Mode Decompostion,VMD),对葛洲坝某台机组启动过渡过程振动信号分析。首先,利用VMD方法对启动过渡过程仿真振动信号进行分析,验证VMD方法处理非线性非稳态信号的有效性。然后,利用该方法对机组启动过渡过程实测振动信号进行固有模态函数(IMF)的有效分离,通过Hilbert-Huang(HHT)变换对各IMF进行瞬时频率计算,得出相应的Hilbert谱,并将结果与经验模态分解(EMD)方法进行对比。从最终的振动信号分析中可以看出,通过VMD分解后的IMF可划分为3部分:第1部分主要为信号的发展趋势;第2部分主要为信号的基础分解,出现较强的规律性的"纺锤形"信号,且能够反映机组开机过程的振动变化规律;第3部分主要为干扰噪音或机组故障导致的高频特征信号,信号波形图无明显规律性,对应的Hilbert谱也明显具有主频波动小,幅值稳定等优势。结果表明:经VMD分解后,机组启动过渡过程振动信号各分量频率变化与机组转速时变规律吻合良好,能够有效提取特征频率,较EMD具有更好的自适应性,分析结果更加准确有效,能够更好地揭示水电机组过渡过程信号中的振动规律。

水垫塘冲击射流附壁区的水力特性

采用粒子成像测速技术(PIV)获得了水垫塘冲击射流全域瞬时精细流场,并在此基础上,对附壁射流区的流速分布规律和水流紊动特征等水力特性进行了系统研究。结果表明:在附壁射流区,射流横向断面的流速、紊动强度分布呈自相似分布规律,具有自由射流的特征;在射流纵向,流速随着流程增加而线性减小,射流半扩展厚度和紊动强度随流程增加而线性增大;并提出了描述附壁射流区射流横向断面流速、紊动强度分布规律的方程,同时得到了附壁射流区射流纵向上流速、半扩展厚度和紊动强度沿流程变化的计算公式。

保护层开采卸压增透效应及其定量表征方法研究

保护层开采是高突矿井瓦斯治理的主要方式及开采方法,然而其卸压增透效果当前无法量化表征,缺乏评价体系。基于平板流体模型增透率理论,结合平煤十矿地质条件,通过离散单元法建立保护层开采数值模型,获得保护层开采不同距离时采空区下方的增透率图谱及被保护层的应力分布。结果表明:保护层开采过程中,采面前方15 m处支撑压力会出现应力峰值,随着采面的推进,增透率与现场瓦斯流量呈现正相关关系;在采空区下方,被保护层卸压及增透效应明显,且卸压区范围与增透率分布集中区域基本一致,均随采空区范围的扩大而增大。该研究成果证实了增透率理论可作为保护层开采卸压增透指标,为现场保护层回采设计、瓦斯抽采设计范围的确定提供更加科学的依据。

机器学习算法和Hargreaves模型在四川盆地ET_0计算中的比较

以四川盆地中部遂宁气象站2001-2010年逐日温度资料和大气顶层辐射(Ra)为输入参数,以FAO-56Penman-Monteith(PM)模型计算的参考作物蒸散量(ET0)为标准,分别利用广义回归神经网络(GRNN)和小波神经网络(WNN)两种机器学习算法建立ET0模拟模型,并对GRNN、WNN和Hargreaves(HS1)与两种改进的Hargreaves(HS2和HS3)模型的ET0模拟效果进行对比分析,利用2011-2014年数据对各模型模拟精度进行验证,分析仅有温度资料时不同模型在四川盆地的适用性。结果表明:GRNN模型和WNN模型均具有较强的适用性,GRNN模型均方根误差(RMSE)、模型效率系数(Ens)和决定系数(R2)分别为0.395mm?d^(-1)、0.924和0.902,WNN模型分别为0.401mm?d^(-1)、0.911和0.901,且两种模型计算精度均高于HS1(1.05mm?d^(-1)、0.885和0.334)、HS2(0.652mm?d^(-1)、0.892和0.736)和HS3(0.550mm?d^(-1)、0.881和0.812)模型。模型适用性验证进一步表明,GRNN和WNN模型在四川盆地西部和东部也具有较好的适用性,在输入参数中引入Ra能提高模型的模拟精度。因此,GRNN和WNN可以作为气象资料缺失条件下四川盆地ET0计算的推荐模型,且GRNN计算精度高于WNN,可优先选用。

四川省参考作物腾发量时空分布特征及成因分析

为探究四川省参考作物腾发量(ET0)的变化,利用1961-2010年四川省12个气象站点的逐日资料,使用联合国粮农组织(FAO)1998年推荐的Penman-Monteith公式计算各站点ET0,在此基础上采用GIS的克里金插值、Mann-Kendall趋势检验及相关分析方法分析ET0的时空变化规律及其原因。结果表明:1961-2010年四川省各站的年ET0总体呈波动性递减趋势,其中ET0在1992年以前显著下降,之后逐渐上升;ET0年内分布不均,呈单峰曲线趋势,最大值在6月,达到了96mm;ET0空间分布基本呈现自东北、西南向中部递减趋势,自西部青藏高原到中部成都平原逐渐减小,过渡到东部丘陵区又逐渐增大,随地理纬度的增大呈递减趋势,随海拔高度的增大呈递增趋势,时空分布存在较大的区域差异;ET0和气象因子的相关分析表明,ET0和日照时数、风速呈显著正相关(α=0.05),是四川省ET0变化的主要影响因素。

水灰比对高水材料力学特性影响的试验研究

充填开采是实现矿山绿色开采的有效方式,研究量大适宜的充填材料成为充填开采技术应用的关键。高水材料是一种新型矿山充填材料,其受压后的物理力学性能直接影响采空区充填体的稳定性。固体颗粒和水作为高水材料主要的组成物质,其相对含量直接影响高水材料的物理力学特性。利用宏观与微观相结合的综合试验方法,对高水材料在不同水灰比条件下的基本物理性能和强度特性进行了系统研究,结果表明:高水材料结石体微观结构呈网状结构,且具有稀疏多孔等特点,使其可以吸附自身重量数倍的水。水灰比越大,网状结构中孔隙越稀疏,从而形成更大的孔隙结构。高水材料具有与岩石类似的应力应变曲线,但高水材料塑性极高,达到峰值强度后仍能保持较好的完整性。单轴压缩条件下,高水材料会出现明显的析水现象,水灰比越大,析水现象越严重。在单轴压缩条件下,高水材料有"X"型共轭剪切破坏、单斜剪切破坏和拉伸破坏等几种典型的破坏类型。水灰比较高时,高水材料常呈"X"型剪切破坏;水灰比较低时,常为劈裂破坏。高水材料单轴峰值强度和残余强度均随水灰比的增大而减小,水灰比越小其应力应变曲线峰值处越陡峻,峰后强度下降得越快,但其残余强度仍保持较高水平。该种材料塑性较好,残余强度较高,适合作为地下矿山采空区的永久充填材料。

长河坝水电站左坝肩边坡变形机制分析

长河坝水电站左坝肩边坡高陡、卸荷作用强烈、长大裂隙较发育,造成了边坡岩体结构的复杂性和边坡变形破坏方式的多样性。因此,分析边坡的变形破坏机制对边坡稳定性复核非常重要。本文结合工程地质调查、岩体结构特征和监测资料,对边坡进行结构面统计和岩体分区,分析裂缝成因和边坡的变形破坏模式。下部边坡爆破开挖使fz-15断层及其下盘压缩变形,上盘岩体下沉;边坡沿J6组结构面产生剪切滑移变形,上部岩体沿J3组结构面产生拉裂,沿J2结构面产生倾倒变形,产生了各种方向的裂缝。边坡变形破坏模式主要为滑移—拉裂破坏和倾倒—拉裂破坏。采用针对性支护措施后,裂缝变形得到控制,边坡基本稳定。

巨型水电站厂内负荷准实时优化分配模型研究

目前,水电站厂内负荷准实时优化分配在中小型水电站得到了较好的应用,而在巨型水电站却缺乏深入研究。基于巨型水电站的实际生产运行情况,充分考虑其所担负的电网调峰、调频任务,增加了避免机组负荷大面积转移的约束条件;设计了巨型水电站厂内负荷准实时优化分配模块;采用改进动态规划算法,以水电站耗水量最小为目标,建立了巨型水电站厂内负荷准实时优化分配模型,并将该模型应用于四川省瀑布沟巨型水电站(3 600MW)。结果表明,通过厂内负荷准实时优化分配运行,电厂日发电耗水率由2.678m3/(kW·h)下至降2.599m3/(kW·h);厂内经济运行效益提高近3%;平均计算耗时0.102s。该结果为研究巨型水电站厂内负荷优化分配提供了可靠参数,其建模思路也可供类似巨型水电站借鉴和参考。

西充县西充河流域化肥污染现状与防治措施

随着农村经济的发展,化肥施用量逐渐增多,污染也越来越严重。以四川省西充县西充河流域为例,采用输出系数法,对化肥引起的面源污染进行研究,并提出相应的防治措施和建议。结果表明,西充县西充河流域部分区域化肥污染严重,施肥比例不协调,主要的污染物为总氮,其中常林乡化肥污染贡献度最大,对此应采取一系列的工程和非工程措施来减轻当前的化肥污染。

地质力学模型试验中的变位信息监测及其在工程中的应用

地质力学模型综合法试验还没有形成一套完整的基于变位信息监测的稳定分析评价体系。针对这一问题,根据地质力学模型超载法、降强法和综合法3种破坏试验方法的原理和点安全系数基本公式,建立了基于地质力学模型综合法试验的大坝稳定安全系数评定关系式;应用变形突变理论,提出将坝体和坝肩岩体变位曲线中的拐点1作为初裂特征点、拐点2作为大变形特征点,并将各特征点对应的安全系数作为评价高拱坝整体稳定的依据。采用地质力学模型综合法,开展了加固地基条件下锦屏Ⅰ级高拱坝3维地质力学模型破坏试验,获得了坝与地基的表面变位、坝体应变和结构面内部相对变位的分布特性,并找到变位发展过程曲线中的特征拐点,综合模型破坏形态等分析得出坝肩稳定综合法试验安全度为5.2～6.0。该成果为工程的设计施工和安全运行提供了重要的依据。

西充河流域(西充县境内)面源污染现状与防治措施

以西充河流域(西充县境内)的23个乡镇为例,采用输出系数法,从各个污染源和不同乡镇的角度出发,对西充县境内的农村面源污染进行了综合评价,并提出相应的防治措施。结果表明:研究区内的主要污染为农村面源污染:183.3%的污染负荷来源于为化肥污染、农村居民生活污水和散养畜禽;2虹溪河支流与龙滩河相比,污染较严重;3污染最严重的乡镇为晋城镇。根据评估结果,本文提出了相应的面源污染综合治理的工程及非工程措施和建议。

基于GIS技术的濑溪河流域泸县境内农村非点源污染评估

通过地理信息系统(Geographic Information System,GIS)技术对濑溪河流域泸县境内进行水系提取及流域划分,并利用GIS空间技术分析了各乡镇污染贡献度。选取城镇居民生活污水、城镇地表径流、畜禽散养、农村生活污水以及化肥流失5大污染源,计算各镇总等标污染负荷比。结果表明,研究区内农村畜禽散养、化肥流失、生活污水的污染源总和比重高达69.71%,福集镇占研究区乡镇总污染的31.17%,导致泸县濑溪河水质差的主要原因是农村非点源污染,并提出了针对性的污染防治对策。