半干旱区生态护坡工程客土养分衰减特征与恢复趋势

以山东省中部半干旱区济青南线高速公路部分石质边坡客土喷播生态防护试验工程为对象,通过对生态护坡试验工程客土土壤的有机质含量和碱解氮含量等进行现场跟踪测试,分析客土养分衰减与恢复变化规律。研究结果表明,有机质和碱解氮含量随着时间的延长出现了不同程度的衰减特征,而且碱解氮含量在4个月后出现年内稳定恢复的迹象,而有机质含量则在半年内仍未停止衰减过程,客土养分的恢复尚需时日;由于衰减机理的差异,不同坡面部位的碱解氮和有机质含量衰减转折点和时间效应不尽相同,可以预期未来随着植被落叶等自身有机物质的腐烂和养分补给,能够实现坡面植物营养的自给与客土养分的恢复。研究成果对开发贫瘠土壤和石质边坡生态植被恢复技术具有重要现实意义。

基于能量耗损原理的泥石流分界粒径确定方法

本文以泥石流固相与液相的能坡损失之和来表达泥石流运动能量耗损总值，并基于最小能耗原理提出了泥石流固、液两相分界粒径的确定方法。通过在云南蒋家沟实施6组现场泥石流模拟试验，结果表明试验沟道的泥石流分界粒径处在5-6mm之间，与前人成果基本相符，同时分析了分界粒径与最小能量耗损和容重之间的变化规律，即分界粒径随着最小能坡损失和容重的增加而呈缓慢的增大趋势等，为建立了非均质黏性泥石流动力学模型奠定了基础。

高低含沙水流流速分布的统一规律

作为自然界中普遍存在的一种典型的固液两相流,挟沙水流流速分布具有与清水不同的变化规律。本文明确挟沙紊流(无流核)为研究对象,通过天然沙挟沙水流流速试验,首先分析紊动状态下高、低含沙水流流速分布特点;在此基础上,通过引入同时反映含沙量和颗粒级配影响的相对黏度指标,分析高、低含沙紊流的卡门常数κ统一规律及其表达式,由此将高、低含沙水流流速分布统一于卡尔曼-勃兰德尔对数流速分布公式上,并应用室内粉煤灰等试验资料分别验证了卡门常数κ及卡尔曼-勃兰德尔对数流速分布公式的合理性和可靠性;本项研究成果对进一步揭示高、低含沙水流的水流结构与输沙机理以及对河道整治规划设计具有重要的现实意义。

库区土质边坡稳定性分析

本文首先对国内部分水库边坡滑坡的特点进行了初步分析 ,通过对库区边坡条件进行必要的概化 ,基于Fellenius方法导出了受库区水位影响、具有圆弧滑动面的边坡稳定系数理论公式 ,并进一步从理论上确定了库区边坡临界与最危险滑动的位置及规模 .

高含沙水流紊动能量转化与耗散规律

基于两相挟沙水流紊动能量平衡方程,推导得出了紊动能转化率kt,表达式以及泥沙悬浮效率系数es表达式。通过应用室内水槽平衡输沙试验实测数据,分析了紊动能转化率kt与有效雷诺数Rem之间关系,并探讨了紊动能转化率kt、泥沙悬浮效率系数es和泥沙悬浮功Es等表述能量的三大特征值随含沙浓度的变化规律,得出了在高含沙水流(Sv≥0.15)情况下kt、es和Es三者均随着含沙量的增加而呈现减小的变化规律,表明泥沙含量的增加不会给水流增加额外的能量负担,高含沙水流这种特有的紊动能量转化与耗散规律,为黄河具有“多来多排”的输沙特性找到一定的理论依据。

黄河上游沙漠宽谷河段塌岸引起河道横向变化特征

通过黄河上游沙漠宽谷河段现场考察及实测资料分析,依据河岸物质来源及组成将黄河上游崩塌河岸划分为粘性河岸及非粘性风沙堆积河岸两大类,前者可分为平面崩塌、弧形滑动崩塌和复合式崩塌3种类型,后者表现出非粘性河岸的表层滑移及平面崩塌两种形式。进一步以磴口、乌海河段为例,分析粘性河岸和风沙堆积河岸的塌岸特征,并结合近10年的遥感影像解译分析河岸线崩退变化规律,揭示塌岸引起河道横向变化特征。结果表明粘性河段的塌岸后退距离大于风沙堆积河段,局部河段短期出现凹退凸淤的动态岸线变化特点,但全河段长期仍然处于总体淤积的态势。

岸坡崩塌条件下弯道环流与水流剪切力的变化特征

河岸崩塌(又称为崩岸或塌岸)是水动力作用下岸坡失稳的一种主要形式,属于一种典型的水力与重力的复合侵蚀。本文采用黄河上游宁蒙河段的磴口黏性河岸沙为实验用沙,通过实施8组弯道水槽实验模拟塌岸过程与河道冲淤演变过程,重点观测并分析崩塌近岸水位、流速、颗粒粒径及河床冲淤形态等水力-泥沙-河床三方面因子变化特点,揭示黏性岸坡崩塌过程水流剪切力分布特征及其对河道冲淤形态影响机制,结果显示崩塌体头尾部的剪切力突增,形成较大剪切力区,尾部剪切力大于头部剪切力,尾部形成涡流,流速分布混乱,加快崩塌体的分解和崩塌进程。实验进一步揭示了崩塌过程河床形态对水流剪切力的响应关系,为建立崩塌河段泥沙输移模型提供了基础依据,并可供河道整治工程规划设计参考。

粘性泥石流运动流速与流量计算

粘性泥石流作为最常见的一种泥石流 ,普遍存在于固体物质组成松散、降雨持续集中的陡峻山区。作者首先对现有的粘性泥石流运动速度的有关成果进行扼要评述。根据曼宁公式的结构形式 ,通过对大量泥石流沟的实测资料进行统计分析 ,得出涉及参数较为全面、具有一定普遍意义的粘性泥石流运动速度公式 ,经验表明该公式的可靠度令人满意 ,据此提出粘性泥石流的流量公式及其计算方法 ,从而为泥石流灾害治理工程规划设计提供了科学依据。

湖南临湘至长沙高速公路石质边坡的生态防护技术

对于因山体开挖形成的路堑石质边坡的防护,工程界长期以来一直采用诸如浆砌片石护坡等传统措施,使高速公路沿线被破坏的植被无法得到恢复。以京珠高速湖南省临湘至长沙段高速公路为例,通过现场试验,成功地研究开发了一种兼顾工程防护和生态环保功能于一体的石质边坡客土喷播生态防护技术,并在临长高速公路进行大面积推广应用,取得了令人满意的效果。这对改变石质边坡传统的防护措施为柔性的生态防护形式具有重要的现实意义。

非均质泥流的输移特性

非均质泥流是一种含有大量悬浮细颗粒的高浓度固液两相流体,也是泥石流的一种特例。作者依据水槽输沙试验资料建立的泥流不淤流速公式,通过实测资料检验了其可靠性。在此基础上考虑推移部分影响,推导得出非均质泥流的不淤流速、临界坡降、沟道断面形态指标等重要的输移临界参数计算公式。最后列举计算实例,提出应用计算方法,并据此进一步揭示了非均质泥流的输移特性。

高浓度水流流速仪的研制与应用

作为一种复杂的固液两相流动,高浓度水流由于固体颗粒浓度高、颗粒级配宽及流动的可视性差等特点,致使其测流一直成为制约高浓度水流运动机理研究的瓶颈性问题。本文依据毕托管工作原理,通过液压传感方式感应测量高浓度水流动水压力和计算机数据采集处理等方法,成功地研制了新型感压式高浓度水流流速仪,并在室内天然沙与粉煤灰高含度水流试验中得到了应用。该流速仪研制成功为进一步研究高浓度水流流速分布规律、揭示其水流结构与输沙机理创造了有利条件。

渤海湾典型人工鱼礁区域流场分布与海床泥沙起动特征

由于我国渤海湾近海环境的不同程度污染及渔业资源的过度捕捞,人工鱼礁的建设作为改善海洋生态环境、增加渔业产量的重要措施已受到了日益受到重视。本文以渤海湾辽东湾区觉华岛近海人工鱼礁区域为研究对象,通过实施9组室内水槽模拟实验,采用PIV测试技术,重点研究了不同流速及鱼礁间距条件下人工鱼礁区域上升流、背涡流及海床泥沙临界起动切应力的变化特点。结果表明:随着流速增加,在相同人工鱼礁群间距条件下上升流特征值均呈现增加趋势,背涡流特征值变化不大;在同一流速下,不同间距的人工鱼礁群上升流在扩大25%间距时各项特征值达到最大;首个分礁群后背涡流特征值随间距增加而有增大趋势,最大面积也出现在扩大25%间距鱼礁区域;另一方面,通过对比分析人工鱼礁投放前、后泥沙临界起动切应力变化特点,表明在投放人工鱼礁后,各个单体礁前后区域较未投放人工鱼礁群前海床泥沙更容易起动;对于相邻的单体礁,沿水流方向的前一个礁体前后的泥沙较后部礁体前后的泥沙更易起动。本项研究成果对渤海湾觉华岛等近海人工鱼礁优化布局与投放操作流程和渔业资源增产增收具有重要指导意义。

岩石边坡植被恢复工程中的客土稳定性分析

[目的]讨论岩石边坡植被恢复工程中的客土稳定性计算方法,为该类工程的稳定性评价提供依据。[方法]模拟计算抗剪型和摩擦型根系产生的作用力,转换为抗剪强度后作为客土稳定性的附加值,进而推导出稳定性计算公式,并通过济南—莱芜高速公路的客土喷播工程案例进行实测和验证。[结果](1)客土稳定性系数取决于无根土抗剪强度(Fs)、客土容重(γ)、客土厚度(d)、根系抗剪强度增量(τR);(2)根系产生的抗剪强度可细分抗剪型根系抗剪应力(τRg)和摩擦型根系抗剪应力(τRf)二者之和;(3)稳定性计算值始终小于实测值,分布规律及偏差值较稳定,植被恢复初期的3~5a内客土稳定性系数与植被恢复期成明显的正相关关系。[结论]客土稳定性系数计算可以作为岩石边坡植被恢复工程的参数设计和稳定性评价方法。

溃坝泥石流起动过程及其动力学特征

溃坝泥石流是由于滑坡、地震等自然灾害或不当的人为堆土弃渣产生大量固体物质淤堵沟道或河流后,在遭遇暴雨或汇流冲刷作用下致使淤堵体突然溃决而形成的一种特殊固液两相流。本文采用自制泥石流模拟变坡水槽,实施了24组溃坝泥石流模拟实验,按照溃决方式和相对剪切力将溃坝泥石流划分为局部型和整体型两类,并分析了这两类溃坝型泥石流的成因,揭示其在起动过程中孔隙水压和水沙因子动力学特征。结果表明,小流量、小坡度下更容易形成局部溃坝型泥石流,否则更容易形成整体溃坝型泥石流,而且后者相对剪切驱动力大于前者,研究成果对于溃坝泥石流防治工程的规划设计以及提高泥石流防灾减灾水平具有重要意义。

水流挟沙能力公式的转化与统一

本文首先基于悬移质运动效率系数等泥沙悬浮能耗的概念建立了水流挟沙能力统一结构式公式;然后对前人众多的水流挟沙能力公式进行分类、归纳为含沙量型与输沙率型两种主要形式,并通过进一步的推导转化,可将现行的主要挟沙能力公式统一于结构公式中,表明统一结构公式具有良好的通用性与实用性。文中最后应用黄河、长江等大量的天然实测资料对张红武等4家同时能适应于高、低含沙水流挟沙力公式的可靠性进行验证分析,结果表明张红武和作者公式的计算精度比较符合实际,建议在实际工作中加以应用。

北京海绵城市雨水措施效益评估方法及案例分析

近年来,我国开始推动以LID理念为代表的海绵城市建设,通过布置分散式小型雨水集蓄利用技术措施,使城市地表径流过程尽可能接近于自然过程。针对海绵城市雨水措施效益评估问题,从经济、环境和社会3个方面进行分析。建立雨水措施效益评估体系,并基于多目标函数模型对5种典型北京城市建设项目雨水集蓄利用措施配置模式综合效益开展定量分析,对丰富城市水资源管理内涵及指导海绵城市建设具有重要的现实意义。

水流挟沙力公式的验证与评述

水流挟沙力是反映河床处于冲淤平衡状态下水流挟带泥沙能力的综合性指标。按适用的含沙量范围,将挟沙力公式分为三类,按公式推导的方法又将其分成了四类。引用美国内布拉斯加洲劳布拉拉河河流实测资料对国外几家挟沙力公式进行验证,结果表明畅志达公式可靠性最强;又用黄河中下游实测资料对国内几家典型挟沙力公式进行验证,结果用张红武公式计算的结果与实测资料符合最好。

水库变动回水区分汊河型转化问题的试验研究

论文在概括有关三峡工程变动回水区研究成果的基础上,通过进一步的概化模型试验,系统地分析了汛期壅水高度、汊道口门迎流条件、过流条件及其河床宽深比等因素对分汊河段水沙运动规律的影响.阐明了变动回水区分汊段向单一河道转化的壅水条件和河床边界条件,并探讨了这类河型转化大致发展方向和判别标准.试验结果与其他类似室内外实测成果符合较好.

渤海辽东湾典型人工鱼礁区域水沙动力特征与格局优化探讨

人工鱼礁是改善海洋生态环境、提高渔业产量的有效措施之一,不同规模的人工鱼礁会产生不同的流场效应。本文以渤海辽东湾觉华岛人工鱼礁区拟投放的方形人工鱼礁区域为研究对象,采用PIV粒子图像测速技术,实施了20组室内水槽实验,模拟了不同流速条件下不同布设间距对单位礁流场的影响及紊动效应。结果表明:随着流速增加,同一间距下上升流和背涡流的高度、长度、面积等特征值均呈增加的趋势;背涡流特征值整体上呈现出随间距的增加先增大后减小的趋势,投放人工鱼礁后紊动强度较投放前要大,有利于泥沙及鱼饵等营养物质颗粒的起悬和生物资源的增产。在此基础上采用熵值法基于水动力学特性和经济成本对4种间距下的流场效应进行了评价,在考虑水动力指标情况下,流场效应综合得分从大到小表现为1.25L>1.00L>0.75L>1.50L;纳入成本指标后,综合得分表现为1.25L>1.00L>1.50L>0.75L,而且,在1.25L与1.00L之间差距很小,经精细化模拟在1.15L处达到相对极大值。因此,在实际投放方形鱼礁群时在原设计间距的基础上扩大15%为最优方案,可供人工鱼礁建设提供了参考依据。

公路边坡干湿客土喷播生态恢复效果评价

为评价公路边坡干湿客土喷播生态恢复效果,以京沪高速公路莱芜至临沂(鲁苏界)段改扩建工程路堑岩石边坡生态恢复工程为例,在归纳边坡客土喷播干湿工法的基础上,通过现场采样测试分析,对干湿客土喷播两种工法的生态恢复效果进行评价,提出了边坡客土喷播生态恢复评价方法。结果表明,与客土干喷工法相比,湿喷工法具有作业快、生产效率高、初期出苗快、种类多、植被覆盖度好等特点,但初期灌草比例中草本植物出苗偏多,对后期草本向灌木植物演替产生一定的影响。尽管干湿两种客土喷播工法均能实现边坡生态恢复,但两种工法的差异性导致边坡生态恢复的效果有所不同,对于具体的公路边坡生态恢复工程而言,需进行现场试验研究确定适宜的干湿客土喷播工法及相应植生材料配比,以达到最佳的边坡生态恢复效果。