我国大中型水闸安全鉴定现状与对策建议

根据“十四五”以来水闸安全运行专项检查和现状调研资料,梳理总结了我国大中型水闸安全鉴定现状、存在问题及成因。探讨了《水闸安全鉴定管理办法》及其配套技术标准《水闸安全评价导则》存在的不足,其中部分条文依据的规范性文件和技术标准已不适应新阶段水利高质量发展要求,影响到水闸安全鉴定成效。基于此,从修订完善制度标准、加大经费保障力度、严格检查监督、积极推进水闸除险加固等方面,提出水闸安全鉴定制度和技术标准修订以及管理工作方面的对策建议。

水闸工程标准化管理难点分析与对策建议

水闸是重要水利基础设施,水利部水利工程运行管理“十四五”工作计划明确要求2025年年底前,大中型水闸基本实现标准化管理。结合近年全国水闸运行管理专项检查和调研成果,对照水闸标准化评价标准及评价要求,对水闸工程标准化管理关键要素进行探究,指出人员及经费不足、运行管理欠规范、维修养护不到位、信息化水平低、安全鉴定不及时、除险加固严重滞后等,是制约“十四五”大中型水闸基本实现标准化管理的难点,在此基础上提出相应对策和建议。

水闸运行现状及管理能力提升对策

结合近年来水闸安全运行专项检查和管理情况专题调研,从管理体制机制、安全鉴定及除险加固、工程实体、工程效益发挥等方面梳理了我国水闸运行管理现状,可知水闸运行管理在经费落实、隐患处置、效益发挥等方面仍存在不足。分析了问题成因与根源,从健全法规标准体系、压实地方主导责任、鼓励创新体制机制、持续推进安全鉴定、加强管理能力建设等方面提出对策建议,为保障水闸安全运行及长效服役提供支撑。

我国大中型水闸安全监测现状与对策建议

依据全国水闸安全监测情况调查信息,从水闸安全监测设施设置、监测项目及测点布置、监测资料整编分析、安全监测自动化、人员配置与规章制度、经费与维护等方面,梳理了我国大中型水闸安全监测工作现状,可知大中型水闸安全监测设施设置、资料整编分析及人员配置、经费保障等方面存在严重不足。分析了问题成因与根源,从健全法规标准体系、加强试点示范、强化技术培训和监督检查、鼓励新技术应用等方面提出对策建议,为保障水闸安全运行及长效服役提供支撑。

微生物追踪固结技术在堤防防渗中的应用

利用微生物固结对岩土体进行防渗加固,在安徽滁州大洼水库黏性土堤防3个区段开展防渗试验,通过培养巴氏芽孢杆菌对尿素进行水解产生大量碳酸根离子并和钙镁离子结合生成碳酸钙沉积,从而堵塞坝体内部孔隙/裂隙。利用坝体内部测压管对内部水头进行监测,同时监测渗漏部位的渗漏量,试验结果表明,该技术能迅速降低黏性土堤防坝段渗透系数2个数量级。整个试验过程中,试验段微生物固结过程分为3个主要阶段:0~80 h为微生物固结发展期; 80~120 h为高峰转折期; 120 h以后为封闭拖尾期。处理后土体渗透系数为10-5~10-6cm/s,同时土样平均强度提高约13%(不固结不排水剪切试验结果)。利用电子显微镜和EDS能谱仪对土体孔隙内部生成物进行成分检测,结果表明碳酸钙是其主要组成物质。

有色示踪剂在溶质运移实验中的数字图像识别和处理

文章介绍了不同浓度高锰酸钾溶液的数字图像RGB识别方法,并将此方法运用到标准砂介质中高锰酸钾溶液浓度的拟合识别。在实验后期,提出了用高斯模板进行数字图像平滑处理来获得更精确的实验数据。本实验为砂柱溶质运移实验提供了一种简便而有效的溶质浓度测量方法。

砂土体微生物固结的微观及力学特性研究

渗漏和坡岸崩塌是水利工程中常见病害,直接威胁工程运行安全。通过对4种不同粒径砂柱进行生物固结试验表明,生物固结方法能快速大幅度降低多孔介质渗透性,粒径较大的砂柱内部具有良好的营养物质输送通道,渗透系数下降速率相对较高。剪切试验结果表明,经生物固结处理后砂柱的抗剪强度有了明显提升,但未发现强度变化与砂样粒径之间存在任何明显的内在联系。由此可见,砂样强度的提高与钙质沉积的个体差异有关,同时强度的提高不仅和钙质沉积量有关,也与砂粒之间的胶结形式相关。微观研究结果表明,小粒径砂柱与大粒径砂柱内部钙质沉积形式有着显著差异,相对小粒径砂柱而言,钙质沉积在大粒径砂柱表面的分布较为凌乱,并非均匀附着。EDS能谱仪分析结果表明,砂柱内部固结物质主要成分为碳酸钙,并附有少量其他杂质。

溶质运移试验中有色示踪剂高锰酸钾和亮蓝适用性的对比

通过试验确定了标准砂中常用有色示踪剂高锰酸钾吸附类型.通过数字成像方法监测了静水条件下标准砂中高锰酸钾和亮蓝的吸附过程,并对数字图像进行了高斯模板处理.利用该处理结果对吸附过程进行了对比,同时还对比了相同浓度高锰酸钾溶液在静止和流动条件下被砂粒吸附的状况.根据对比结果确定了2种常用有色示踪剂对溶质运移试验的适用性.结果表明:高锰酸钾的吸附虽为线性吸附,但和新型示踪剂亮蓝相比,达到吸附稳定所需的时间过长,在低速水流条件下更为明显;对于需考虑吸附影响的运移试验,高锰酸钾并不适用,而亮蓝的使用则能加速试验进程.

裂隙地下水生物修复及水流特征研究

裂隙地下水作为储量最丰富的地下水资源,已经受到非水相液体(NAPL,Non Aqueous Phase Liquid)的严重污染威胁。通过物理实验的方法,对裂隙地下水中残留NAPL污染的生物修复展开研究,通过激发地下水中原生微生物群的生物活性,得出微生物活动对NAPL溶解的加速作用及程度。试验结果显示微生物群能将裂隙中甲苯的溶解速率提高约1倍,并加速裂隙内部甲苯的降解,而外界温度对该过程的影响甚微。

石门电厂灰场土工布反滤试验及渗流场计算

通过对土工布垂直渗透试验和反滤试验,了解不同规格的土工布在垂向水流作用下的渗透性,并判断土工布作为粉煤灰滤层时是否会产生淤堵。为进一步优化坝型,保证灰场的安全、经济运行、节约投资,利用有限元方法计算灰坝二维渗流场,并对结果进行分析,确定最优灰坝的筑坝方案。

Lattice Boltzmann方法模拟常速对流弥散方程

在解决地下水溶质运移问题时有多种数值模拟方法,运用BGK逼近的Lattice Boltzmann模型,在结合纯弥散方程基础上推导出常速对流弥散方程(CDE)及数值解法,通过Matlab编程计算了一个用于模型检验的一维模型。计算结果显示,运用此方法得出的数值与解析值吻合良好,证明了该数学模型是正确的。

人工降雨入渗边坡破坏试验研究

建立室内人工边坡的降雨入渗模型,选取坡度为33.7°的细砂边坡,在300 mm/h降雨强度下进行试验.通过孔隙水压力传感器和自制含水率传感器监测试验中含水率、孔隙水压力的变化规律和分布情况及对边坡稳定的影响,分析边坡表层以下4 cm及14 cm深处的含水率、孔隙水压力变化和3个时刻坡体的含水率、孔隙水压力等值线图.分析结果表明,降雨入渗的整个过程中,下部的含水率、孔隙水压力都是最大的;边坡内部靠近底层的区域,其含水率和孔压的变化需考虑趾部及下部水分入渗的影响,因为这些影响会造成该区域的等值线密集.

单裂隙中LNAPL残留特点及残留体对水流运动的影响

轻非水相液体（LNAPL）在变隙宽裂隙中的迁移和残留机理复杂,在＂裂隙-水-LNAPL＂三相系统中,LNAPL和水流运动之间相互作用和影响,同时两者又共同受到裂隙表面和隙宽的影响和控制。采用27.4 cm×20.0 cm（长×宽）的透明仿真裂隙开展甲苯（地下水中常见的LNAPL污染物之一）迁移试验,监测并获取变隙宽裂隙中LNAPL的迁移过程与残留分布的图像,通过数学统计和数值模拟的方法,分别揭示LNAPL残留分布规律以及＂裂隙-水-LNAPL＂系统内的相互影响机制。研究结果表明：自由相的LNAPL主要沿着裂隙中的狭长通道迁移到内部,在隙宽较小的区域有少量孤立的LNAPL液滴残留。LNAPL在变隙宽裂隙中的迁移、残留与裂隙隙宽的分布密切相关,LNAPL残留的隙宽符合正态分布规律。甲苯残留的隙宽分布范围为0.01~1.40 mm,残留最多的隙宽分布在0.20~0.30 mm。LNAPL的残留增大了裂隙内水流运动的阻力,使得裂隙两端的压力差增加。LNAPL残留使裂隙内水流流速重新分布,同时也改变了裂隙原有的沟槽流分布和数量。

降雨入渗过程中土质边坡稳定性计算

在室内试验资料基础上,提出了土体抗剪强度与降雨入渗时间以及土体含水率的函数关系,修正了考虑土条间相互作用力的简化毕肖普方法,使之能够体现边坡土体含水率变化引起的土体强度降低现象。采用Fortran语言设计平台,开发了耦合饱和-非饱和渗流有限元计算与边坡稳定极限平衡方法(修正的简化Bishop方法)的计算程序,考虑边坡土体抗剪强度参数随着降雨入渗发展、含水率变化而变化,采用饱和-非饱和渗流计算降雨期间边坡土体含水量变化以及扩展过程。计算了物理试验模型在降雨条件下,土坡内部渗流发展过程,以及边坡安全度的变化情况。计算结果与试验结果吻合,与修正前简化Bishop方法计算得到的边坡安全系数相差35%左右。本文提出的计算方法为降雨诱发土质滑坡研究提供了一种新的可供参考的定量分析方法。

水闸报废标准与处置程序研究

结合近年水闸安全运行专项检查和管理情况专题调研成果,阐述了我国水闸工程安全现状,以及水闸功能丧失后面临的报废问题。从水闸报废条件、报废论证和报废审批方面对水闸报废标准进行了分析研究;同时,结合我国实际情况,分析了水闸报废的组织管理、工程和非工程措施、报废工程验收等处置程序;最后,针对我国水闸报废工作现状,提出了相应的对策建议。

裂隙地下水中残留甲苯污染物的生物封堵研究

文章利用巴氏芽孢杆菌的微生物矿化作用产生的碳酸钙沉积,对透明人工粗糙单裂隙中残留的甲苯团块进行了封堵试验,对裂隙两端水头、出水口甲苯浓度、DO值及裂隙内部状况进行了监测。试验结果表明,该生物封堵技术能在较短时间内在甲苯团块四周形成碳酸钙封闭环,8d时间内将单裂隙出水口甲苯浓度降低90%以上。同时,裂隙等效水力隙宽降低约60%,表明碳酸钙沉积更多的是发生在甲苯团块四周。切断营养物质供应后的一段时间内,碳酸钙封闭环仍然能保持作用,阻隔甲苯与水流之间的水力联系。在不施加任何营养物质的条件下,巴氏芽孢杆菌能将甲苯作为其新陈代谢的碳源,对甲苯具有一定的降解作用。DO监测数据表明,巴氏芽孢杆菌在对甲苯团块封堵过程中,氧气的消耗十分有限,表明该技术可应用于地下缺氧环境。

榆林李家梁水库砂坝渗流安全及成因分析

榆林市李家梁水库砂坝自工程蓄水以来存在严重的渗漏安全隐患,为保障工程安全运行,通过水库历史资料数据分析和二维有限元渗流场计算,对该水库砂坝渗流安全及成因进行了深入的分析。结果表明:目前条件下大坝坝体防渗系统虽然满足运行要求,但左岸地下水位高,绕渗情况较严重。大坝左坝肩及坝基多个深度范围内存在中砂夹层以及水坠砂坝施工充填过程中导致坝体颗粒分布不均是造成坝后渗漏的主要原因。根据有限元渗流场计算结果,获得不同部位最大渗透坡降,各计算工况下排水渠底部渗透坡降在0.189~0.241,大于坝基土允许渗透坡降0.125,在库水位升高后,将使下游挟砂渗漏加剧,导致坝体破坏。因此,大坝除险加固需根据计算结果延长渗径,降低下游渗透坡降,保障大坝安全运行。