广西近50年降水结构时空变化特征分析

为研究广西地区汛期降水结构的时空变化特征及趋势,基于1962～2012年广西83个国家级地面气象站逐小时降水观测资料,采用Mann-Kendall分析法、ArcGIS的空间分析技术研究了广西年降水量及不同历时降水的发生率和贡献率的趋势变化及空间分布规律。结果表明,近50年来,除桂北、桂中、桂西北气候区外,其他气候区的年降水量序列均呈上升趋势,降水峰值主要分布在桂南和沿海气候区;降水发生率和降水历时大致呈逆相关,贡献率随降水历时变化趋势则不明显;大部分地区短历时降水发生率、贡献率均呈下降趋势,10h以上降水事件的发生率、贡献率均呈上升趋势。

基于生态足迹的广西壮族自治区水资源生态特征时空变化规律及其驱动因素分析

[目的]分析近10 a来广西壮族自治区水资源生态特征的时空变化规律,探讨水资源生态足迹变化的驱动因素,为该区或同类区域的水资源合理开发与利用管理提供参考依据。[方法]基于生态足迹模型中的水资源生态足迹、水资源生态承载力及水资源生态容量指标分析2008-2017年广西壮族自治区水资源生态特征的时空变化规律,并采用LMDI模型分析生态足迹变化的驱动因素及各地级市在关键驱动因素上的贡献比例。[结果]①广西壮族自治区人均水资源生态足迹整体呈下降趋势,平均下降速率为-0.0174 hm^(2)/(人·a),人均水资源生态承载力和生态容量整体呈波动上升趋势,平均上升速率分别为0.3246 hm^(2)/(人·a),0.3421 hm^(2)/(人·a),三者在空间上均呈一定的差异性和不均衡性;②经济效应、人口效应是拉动该区水资源生态足迹增长的第一、第二因素,贡献效率分别为191.8%,25.38%,技术效应、结构效应是抑制水资源生态足迹增长的第一、第二因素,贡献效率分别为-238.0%,-79.18%;③南宁市、桂林市在结构效应和技术效应上对减少水资源生态足迹的空间贡献比例最大。[结论]广西壮族自治区水资源生态容量处于生态盈余状态,该区的水资源利用效率逐渐提高,水资源开发局势整体向好。但城市发展与规划存在较大差异,需因地制宜地采取对策。

广西极端连续降水变化趋势及周期性研究

为分析广西极端连续降水时空变化特征,选取1958~2015年广西23个气象站点逐日降水资料,综合运用改进的百分位法、Mann-Kendall检验法及复Morlet小波分析法,分析广西1~5d极端连续降水的降水量和降水频次。结果表明,近58年广西极端连续降水量存在桂东北、桂南两个高值区和桂西北、桂东两个低值区;随着持续天数的增加,极端连续降水频次的高值中心由桂东北逐渐向中部蒙山地区移动,且低值区与高值区的差值逐渐缩小,说明极端连续降水的区域持续性随着持续天数的增加而增强;极端连续降水总体呈增加趋势,且随着持续天数的增加有两极分化的极端化趋势;1~5d极端连续降水26~28年周期最为显著,并嵌套几个长度不等的小周期,其中4~6、11~12、16~18年周期震荡较为强烈,目前广西正处于各天数极端连续降水的增加时期。

近59年广西气象要素时空变化特征分析

基于广西25个气象台站1958-2016年的气象资料,采用Daniel趋势检验法、Lee-Heghinan变异检验法、Morlet小波分析法、R/S分析法和克里金插值等方法,对广西年日照时数、年平均风速、年降水量、年平均相对湿度和年平均气温的时空变化进行了分析。结果表明:近59年广西年日照时数、年平均风速和年平均相对湿度呈减小趋势,年降水量和年平均气温表现出微弱增加趋势;各气象要素分别在1979年、1974年、2011年、2002年和1997年发生变异;各气象要素均表现出多时间尺度耦合的复杂特性,第一主周期分别为22a、29a、31a、26a和13a;各气象要素的Hurst指数均大于0.5,说明未来变化趋势将继续与过去变化趋势保持一致;在空间上,广西年日照时数由西北向东南递减,年平均风速、年降水量、年平均相对湿度和年平均气温由北向南递增。

基于模糊集对评价法的广西各城市洪涝易损性分析

针对城市洪涝易损性评价具有不确定性的问题,引入模糊集对评价法,选择5个评价指标建立城市洪涝易损性评价指标体系,考虑等级标准边界的模糊性和各指标的不同作用,通过联系度和权重计算,对广西壮族自治区14个城市洪涝易损性进行定量评估分析。结果表明,广西壮族自治区14个评价城市中有2个城市洪涝易损性为较低度易损性,7个城市为中度易损性,3个城市为较高度易损性,2个城市为高度易损性,研究结果可为广西壮族自治区各城市洪涝灾害防治提供决策依据。

基于PCA-PSR模型的节水型社会建设综合评价方法——以广西壮族自治区为例

依据"压力-状态-响应"(PSR)模型的理论,构建节水型社会评价指标体系框架,同时采用主成分分析法(PCA)求得2004-2012年广西节水社会建设评价综合指数,并使用相关分析方法对未来节水型社会建设情况进行预测。结果表明:广西节水型社会建设水平呈逐年上升的良好态势,节水型社会建设成效显著,这将为今后社会经济的可持续发展奠定坚实基础。最后,根据预测分析结果,提出进一步提高节水型社会建设水平的相关建议。

基于GIS的广西桂林市城区洪水灾害风险评价

以桂林市区作为研究区域,首先综合考虑了洪水灾害的危险性、易损性及社会的抗灾减灾能力,利用GIS与加权综合评价法构建了洪水灾害风险评价模型;然后利用模型对桂林市区的洪水灾害风险进行了分区评价和分析;最后利用自然间距分类法将桂林市洪水灾害风险分成低风险区、较低风险区、中等风险区、较高风险区和高风险区。风险评价结果与评价区域内的实际情况相吻合,可供桂林市防洪减灾决策参考。

基于多源降雨的广西季节性干湿演变特征与未来趋势

基于高时空分辨率的APHRODITE和TRMM降雨数据,采用降水量距平百分率、DEOF及R/S分析等方法,对近65年来广西季节性气象干湿演变的频率、范围、强度、时空分异及未来趋势进行了分析。结果表明:(1)广西年湿润和年干旱频率均呈现从桂东南向桂西北逐渐递减的分布特征,而年内不同季节的湿润和干旱频率空间分布差异显著;湿润与干旱的影响范围和强度在年、季尺度上均呈交替出现且增减波动的变化特征,但各自的变化差异显著。(2)广西干湿演变存在不同年、季周期的交替强弱振荡,其空间特征主要表现为年、冬季的东南-西北相反型,春季的全区一致型,夏季的南北相反型,秋季的东西相反型。(3)广西未来降雨量的增强趋势在年、夏季显著;而在春、秋、冬季节总体一般或略呈减弱趋势。上述研究成果可作为进一步深入开展广西干湿演变预警与水旱灾害防治的重要科学基础。

“工程水文学”课程思政建设思路与实践

课程思政教学改革应全面贯彻落实全国高校思想政治工作会议精神。对标新时代工科专业课程思政建设的要求,结合课程思政中存在的痛点、堵点,提出了构建符合工科专业特点的思想政治工作体系的建设思路。以“工程水文学”课程为例,搜集整理了与“工程水文学”课程相关的思政元素,构建了“工程水文学”课程思政育人目标。通过案例有机融合教学内容与课程思政育人元素知识点,将新时代水利精神、大国水利工匠精神等思政元素通过科研成果,润物无声地融入课程思政育人元素知识点中,对促进高校理工科类专业课程思政建设具有显著的指导意义。

广西老口枢纽U型鱼道转弯段水力特性研究

在鱼道坡度的限制下,上下游水位差越大,鱼道所需长度越长。因此,U型鱼道因其在对长度要求下场地的节约性,得到广泛应用。目前,对U型鱼道转弯段的研究较少,缺乏完整的设计方法。本文以广西老口枢纽下游段的竖缝式U型鱼道为研究对象,采用Flow-3D软件对鱼道转弯段的水力特性进行了数值模拟分析。结果表明:老口枢纽U型鱼道转弯段主流区明确,最大水平流速为1.27m/s,紊动不剧烈,消能效果较好,左侧转弯段主流区水流贴边墙流动,出现较大的回流区,右侧转弯段主流区处于中部,回流区位于主流区两侧。广西老口鱼道可满足鱼类上溯的基本要求。

河道水面线编程计算方法及工程应用研究

为了解决传统水面线计算方法在较长河道多个流段水面线计算中存在的计算量大且精度不高等问题,从水面线推求的基本原理出发,用CAD和Excel软件分析了水位与水力要素的关系,然后通过C++软件编写程序进行河道水面线推求。实例分析结果表明,该方法计算过程简单快速且结果的精度较高,能满足工程计算的需要。

不同二变量重现期在水利工程防洪设计中的应用对比——以桂平航运枢纽为例

针对多变量洪水共同作用下的水利工程,已有的多变量重现期计算所得的防洪参数仍存在防洪能力不一致导致的风险,多变量重现期的定义与计算也成为洪水频率分析中的重难点。介绍了一种新的多变量重现期定义——防洪重现期,并与传统二变量重现期在定义及危险域划分方面进行对比,再以桂平航运枢纽为例,利用Copula函数构造干支流洪水的联合分布,计算分析防洪重现期与传统二变量重现期在防洪设计中的差异,验证防洪重现期在洪水风险分析中的合理性与可靠性。研究表明,防洪重现期考虑了洪水组合与调洪耦合的关系,利用防洪重现期计算得到的防洪设计参数,防洪能力与防洪标准一致,能避免高估洪水风险,增加工程费用或低估洪水风险,增加工程防洪破坏风险的问题。

碎石改良膨胀土膨胀特性实验研究

掺碎石改良膨胀土在实际工程中已有应用,但常规固结仪尺寸有限,少有定量的研究。本文采用自制大型固结仪对碎石改良膨胀土进行实验研究,研究不同初始含水率和不同碎石掺量下,膨胀土的无荷膨胀率和膨胀力的变化。实验结果表明:初始含水率与碎石掺量都对改良膨胀土的效果有明显影响;碎石掺量一定的情况下,最优含水率时改良膨胀土的膨胀力、无荷膨胀率最小;初始含水率一定的情况下,随掺入碎石量的增加,膨胀力、无荷膨胀率逐渐减小,当碎石掺量超过25%时,膨胀力与膨胀率下降趋势减弱。中等强度膨胀土建议在最优含水率条件下掺碎石25%以达到较好优改良效果。

薄板几何非线性弯曲分析的深度能量法

发展了一种增量形式的深度能量法求解薄板几何非线性弯曲问题。根据最小势能原理和Von-Karman非线性理论,构建以薄板势能为驱动的增量式深度神经网络模型。首先用网格离散薄板求解域,通过Python读取网格数据计算Hammer积分点,并以此作为训练集代入网络模型预测板的弯曲位移,再将荷载分成一系列的荷载增量,每个增量步中计算薄板势能作为神经网络的损失函数,以最小化势能为目标,结合Adam优化算法更新网络模型参数,待势能取驻值后再继续下一个荷载步的计算。本文求解了不同形状、不同边界条件下薄板的几何非线性弯曲问题,并将计算结果与文献解或有限元Abaqus解进行对比,研究表明,本文方法在求解薄板的几何非线性弯曲问题上具备有效性和准确性,且增量式的神经网络模型能够减小计算内存,有效提高计算效率和模型的稳定性。

碱激发下粉煤灰-市政污泥固废基混凝土抗冻融性能

为改善市政污泥对混凝土抗冻融性能的劣化效果,在氢氧化钠及水玻璃的复合激发下,用经生石灰改性后的市政污泥取代10%细骨料,粉煤灰分别取代10%、20%与30%水泥,制备了混凝土;分析不同冻融循环次数下,混凝土的表观现象、相对质量、相对动弹性模量、相对抗压强度及微观结构随粉煤灰掺量与碱当量的变化规律;分别以相对动弹性模量与相对抗压强度为损伤变量建立不同的冻融损伤模型。研究结果表明:随冻融循环次数增加,混凝土表观损伤愈发严重,内部孔隙增多,相对动弹性模量及相对抗压强度逐渐降低;与对照组相比,粉煤灰及碱激发剂的加入可以改善市政污泥对混凝土冻融耐久性的劣化效果,降低混凝土在冻融循环作用下的质量损失、动弹性模量损失及抗压强度损失;当粉煤灰掺量10%、碱当量4%时,粉煤灰会在碱激发剂及改性污泥中残余碱的联合作用下被较充分地激发,消纳改性污泥中的残余碱,减弱市政污泥对混凝土抗冻融性能的劣化效果,此时,混凝土水化程度最高,在冻融循环作用下的质量损失、动弹性模量损失及抗压强度损失最小,且服役寿命最长,约为16 a以上;相对动弹性模量与相对抗压强度相关性良好,分别以两者为损伤变量的冻融损伤模型与试验结果均吻合良好。

级配对粗粒土-格栅界面循环剪切特性影响试验研究

【目的】为研究级配对粗粒土-土工格栅界面动力剪切特性的影响规律,【方法】基于连续级配方程,通过改变试样的最大粒径d_(max)和级配面积S,制备了18组不同级配试样,对各组试样分别进行设置土工格栅和不设置土工格栅的循环直剪试验,分析d_(max)和S对界面循环剪切特性的影响,并引入了加筋剪切刚度系数α_(K)和加筋阻尼比系数α_(D),来评价土工格栅对动剪切强度参数的影响效果。【结果】结果显示:当小于格栅网孔尺寸的粗粒含量较高时,剪切刚度K随着d_(max)的增大而增大,阻尼比D随着d_(max)的增大而减小;反之,则表现出相反的趋势。K和D均与d_(max)呈对数函数关系;K和D与S的关系均可用二次多项式表示。此外,给出了α_(K)和α_(D)与粒孔比的关系,即随着粒孔比的增大,α_(K)先增大后减小,α_(D)呈先减小后增大的规律。当粒孔比取0.073左右时,土工格栅对粗粒土循环剪切特性的加筋效果最好。【结论】结果表明:颗粒与土工格栅间的互锁机制对粗粒土-格栅界面的循环剪切特性有重要影响,当大部分颗粒粒径小于格栅网格尺寸时,颗粒与格栅间的互锁机制充分发挥;当颗粒最大粒径及格栅网格尺寸相同时,存在一个最优级配面积,使得粗粒土-格栅界面的抗震性能最好。

基于互信息和MiniRocket网络的CFST脱空识别

为提高钢管混凝土(concrete filled steel tube,CFST)脱空检测的效率和精度,本文提出了一种基于快速傅里叶变换(fast fourier transform,FFT)、互信息(mutual information,MI)和MiniRocket神经网络的智能识别方法。首先,采用FFT将待测CFST敲击声波时域信号转换为频域信号;其次,采用MI建立频域信号与脱空状态的相关性,提取相关性最大的前30个特征建立数据集,避免了复杂的数学运算和冗余信息;建立MiniRocket深度学习网络,通过使用更少的参数量和更小的特征尺寸,提高分类的速度和精度。最后,考察了模型的噪音鲁棒性,并与其他算法、特征提取方法和识别方法进行对比。结果表明,在不同脱空深度和脱空宽度下,所提的方法在100次重复试验中获得了100%的平均预测精度。在高信噪比下,该方法受影响较小。此外,与其他算法、特征提取方法和识别方法相比,本方法具有更好的预测性能。因此,所提出的方法在未来实际CFST结构的智能脱空识别中具有较大的应用潜力。

考虑级配影响的粗粒土−格栅最优网格尺寸试验研究

土工格栅作为土石坝常用的加筋材料,根据颗粒级配采用适合的格栅网格尺寸可显著提高土石坝抗震性能,探究级配影响下最优网格尺寸变化规律具有工程意义。基于连续级配的级配方程,通过改变最大粒径d_(max)和级配面积S,设计15组级配土料,采用4组不同网格尺寸L_(a)对各个土料加筋,做成60组加筋试样。利用大型直剪仪对各个试样进行循环剪切试验,从而定量研究级配与能使加筋粗粒土抗震性能达到最优的土工格栅网格尺寸之间的关系。试验发现,当d_(max)及L_(a)一定时,级配面积存在一个最优值使抗震性能达到最佳,将此定义为最优级配面积S_(opt);当网格尺寸一定时,S_(opt)随d_(max)增大而增大,两者之间呈明显的对数关系;当d_(max)一定时,S_(opt)随L_(a)增大而减小,两者之间也呈明显的对数关系。建立定量描述d_(max)和L_(a)对最优级配面积S_(opt)的耦合影响的计算模型,并结合工程实际,提出基于室内试验结果预测现场粗粒土原级配对应最优网格尺寸的经验公式。

非达西效应下不稳定承压-无压井流的有限差分解

在深部煤矿开采工程中,为了避免出现涌水现象,通常利用矿井排水使承压含水层水位低于采矿工作面,以确保煤炭开采的安全。因此,为了揭示承压含水层定流量抽水引起的不稳定承压-无压转换机理,提出了基于有限差分的非达西效应影响下不稳定承压-无压流的数值模型。该模型以Izbash方程为基础,提出了一种新的线性化方法来处理非达西问题,并进一步研究了非达西效应下非达西指数、准渗透系数和储水系数比对水位降深与无压区发展的影响。结果表明:在抽水期间,非达西指数和准渗透系数越大,则承压区的水位降深越大,无压区的水位降深越小,发生承压-无压转换的时间越晚;承压区的水位降深与储水系数比之间呈负相关关系,储水系数比越大意味着承压区存在较大的弹性储水量,对抽水井的补给水量也越大,导致水位降深越小。

基于探地雷达属性分析的典型岩溶不良地质识别方法

采用探地雷达进行岩溶隧道超前地质预报时,受现场探测环境、岩溶地质的复杂性以及解译技术制约,多解性问题一直未能得到很好解决。从依托工程中选取代表性的案例,分析总结隧道建设中常见的几种典型岩溶不良地质的属性特征,结果表明岩溶不良地质类型与探地雷达属性参数有很好相关性,其中:空腔型溶洞、干燥松散黏土夹碎石充填型溶洞和无水破碎带雷达反射波中心频率随时间衰减较慢,分布范围分别为90~105、85~100、70~110MHz;软塑状黏土充填型溶洞和富水破碎带雷达反射波中心频率随时间衰减较快,分布范围分别为60~80MHz和40~70MHz。研究属性特征定量表示方法,提出基于广义S变换及子波谱模拟的雷达波吸收衰减参数计算方法。实际数据分析结果表明:每种属性都能从某些角度反映岩溶不良地质体雷达反射波的特征,在综合多个特征参数后,可以较好地区分不同的岩溶不良地质类型,从而提高探地雷达目标识别精度。