成都市水资源承载力动态变化及成因

利用生态足迹理论对成都市2000年-2009年的水资源承载力和生态足迹进行了计算,以明确其水资源承载力状况及其动态变化情况。结果显示,近年来成都市水资源承载力受水文情势的影响波动性较大,各年份水资源承载力与年降雨量呈显著的正相关关系,相关系数达0.95;水资源生态足迹逐年增加,各足迹账户中,农业用水比重最大,生态用水比重最小,工业用水量处于增长趋势,但增长速度远远低于同期GDP增长速度。成都市水资源在2006年、2007年、2009年三年出现了生态赤字,水资源足迹与承载力之比为1.16、1.06、1.29;万元GDP水资源生态足迹在逐年下降,水资源开发利用程度和利用效率逐步提高。利用主成分分析法对成都市水资源承载力驱动因子进行分析后发现,人口和经济技术的发展水平是成都市水资源承载力主要影响因子。从总量上来说,成都市基本能满足需水总量的要求,但由于水资源的时空分布不均、水污染严重、水源涵养能力下降、水利设施不足等,成都市水资源可开发空间逐渐减小。

基于主成分分析的成都市水资源承载力研究

介绍了基于主成分分析理论的区域水资源承载力评价方法,以成都市为例,选取了13个指标进行主成分分析,从中提取出3个主成分对成都市水资源承载力进行研究。结果表明,2000～2009年,成都市水资源承载力呈现逐年增加的趋势,就其原因进行了分析,得出经济发展、人口情况和水资源开发利用程度是影响水资源承载力的主要因素。本研究评价结果较好,可以为该地区的水资源可持续开发利用提供理论参考。

循环荷载下花岗岩的动力变形参数试验研究

利用MTS 815Flex Test GT岩石力学试验系统,对花岗岩进行了不同加载频率单轴压缩下的5级正弦波加卸载试验。正弦波加载频率依次为1、2、3、4Hz,循环应力幅值由岩石平均抗压强度的20%～60%等间距确定,每级应力幅值为400个振动循环。试验结果表明,花岗岩塑性变形随加载次数的增加而逐渐增大,且动应力动应变滞回环为月牙形;同一加载频率下,花岗岩的动弹性模量、动泊松比和单位体积耗散能随动应力水平的升高而升高,且随着加载频率的升高,动弹性模量逐渐降低,而动泊松比和单位体积耗散能逐渐升高,表明动荷载频率越高,对岩石劣化作用的能力越强;同一级动荷载下花岗岩动弹性模量和动泊松比随循环周次增加而变化不明显,单位体积耗散能随循环周次增加逐渐减小。

软弱岩脉岩体力学特性空隙水压力效应试验

以某大型水电工程坝址煌斑岩脉软弱岩体为例,将采自现场的煌斑岩完整岩块制备成已含有结构面的岩体试件,利用MTS815Flex Test GT岩石力学试验系统,采用特殊的技术手段,对其进行了系列水岩耦合三轴试验研究。针对空隙水压力对煌斑岩体强度特性与变形特性的影响,以及围压对变形特性的影响进行了相关性分析,建立了相应的预测模型。结果表明岩体内聚力c与空隙水压力有密切的关系,随空隙水压力增大而迅速降低,甚至完全丧失;内摩擦角φ在空隙水压力作用下变化很小。整体上看,围压增加增大了变形模量与泊松比,而空隙水压力增加则减小了变形模量,增大了泊松比。

过坝下泄水流中温室气体排放速率的数值模拟

当水流通过泄洪建筑物下泄时,水体中所溶解的温室气体(二氧化碳(CO_(2))、甲烷(CH_(4))等)会因为所受压力的瞬间改变而导致溶解度降低,从而造成气液之间传质的发生及水中温室气体的排放.然而,目前对于泄流条件下水中温室气体排放的研究还较为缺乏.鉴于原型观测与模型试验的局限性,本文建立了大坝泄流条件下温室气体排放速率的数学模型,模型基于VOF(volume of fluid)气液两相流模型,考虑了温室气体在过坝下泄过程中发生的气泡传质和自由液面传质.本文以温室气体CO_(2)和CH_(4)为研究对象,分别通过模拟溶解态CO_(2)和CH_(4)在过流坝面和空中挑射过程中及在坝下消力池或水垫塘内的输移扩散,计算得到CO_(2)和CH_(4)在水中的浓度分布及在不同上游来流的温室气体浓度工况下的坝下温室气体排放速率.模拟结果表明,坝下温室气体在水中的浓度分布主要受到上游来流浓度大小、气液传质的发生及溶解气体输移扩散的影响.其中,上游来流的温室气体浓度大小为影响坝下温室气体排放速率的主要因素.本研究为明确不同泄洪方式下的温室气体排放速率的大小和科学评估水电碳足迹提供了新的研究思路和技术基础.

基于Eulerian-Lagrangian模型的库区溶解气体时空分布和对鱼类影响的模拟

大坝泄水会导致下游水体出现总溶解气体(total dissolved gas,TDG)过饱和。过饱和TDG可能导致鱼类患气泡病甚至死亡。受模拟方法的局限,Eulerian法和Lagrangian法均不能同时模拟TDG的分布和持续滞留时间,因而制约了对鱼类受过饱和TDG影响程度的定量判别。基于此,该文开发建立了鱼类受过饱和TDG影响的三维Eulerian-Lagrangian模型,其中Eulerian模型考虑了过饱和TDG在水体内部的释放与在自由表面的传质;Lagrangian模型在Eulerian模型基础上引入粒子追踪方法,模拟得到各个粒子在不同TDG饱和度下的滞留时间,即TDG持续滞留时间,并以TDG的持续滞留时间为参考因子以分析TDG对鱼类的影响。本研究以大渡河铜街子电站库区为例,开展了过饱和TDG输移释放及其滞留时间的数值模拟,并基于已有的典型鱼类对过饱和TDG耐受性实验成果,定量分析得到了过饱和TDG对鱼类的影响程度。为研究过饱和TDG对鱼类影响提供了一种方法和思路,为泄洪方案的优化研究提供了科学依据和技术支撑。