降雨空间分辨率对城市内涝模拟敏感性研究

为研究降雨空间分辨率对城市内涝模拟的影响规律以及一、二维耦合的城市雨洪模型的敏感性降雨空间分辨率,本研究选取西安市小寨片区为研究区,以西安市气象局提供的3场降雨为基础,采用空间插值算法获取5种降雨(0.2、0.5、1.0、2.0和4.0 km)空间分辨率,引入洛伦兹曲线、基尼系数判断不同降雨空间分辨率的不均匀程度,驱动一、二维耦合的城市雨洪模型进行模拟分析。结果表明,3场降雨0.5 km降雨空间分辨率对应的基尼系数分别为0.163、0.201、0.165,评价结果均为均匀分布。随着降雨空间分辨率的降低,基尼系数逐渐减小,峰值积水面积相对误差、内涝积水水量相对变化范围、内涝淹没水深相对变化范围均逐渐增大。对于这3个水力要素评价指标,降雨空间分辨率为0.5 km对应的模拟误差最小,且该降雨空间分辨率为敏感性降雨空间分辨率。

小区尺度雨洪过程模拟及径流分配特性研究

为了研究小区尺度地表径流各组分占比随不同重现期降雨的变化规律,以西咸新区天福和园小区为研究对象,采用GAST-SWMM耦合模型,以模拟时长及地形边界条件为变量进行研究分析。研究表明:经两场实测降雨过程验证,模型确定性系数分别为0.83和0.82,表明构建的一二维耦合模型精度较高;在本文设置的两种工况下,小区地表径流外排率和管网排水率均随降雨重现期增大而以渐进曲线形式增大,土壤下渗占比和地表填洼率随降雨重现期增大而减小;小区地表径流外排和管网排水主要发生在降雨期间,分别占各自排水总量的94.88%和94.36%;小区地形边界条件对径流过程模拟的影响不容忽视,在有围墙及无围墙工况下平均地表径流外排率分别为9.42%、22.55%。本研究可为地势相对四周较低区域的排水防涝设计提供参考。

城市建成区海绵容量评估与排水系统优化设计

低影响开发理念成为解决我国城市化所带来的洪涝灾害、面源污染、水生态破坏等城市水问题的新思路。灰-绿基础设施联用可同时达到削减径流量和污染负荷的目的。但区域本底海绵容量、绿色基础设施调蓄量与关键设计参数缺乏定量依据。该研究通过SWMM模型模拟、数值计算和现场实测评估研究区域本底海绵容量,结合综合径流系数法明确了研究区域水敏感区分级,其海绵容量分级为优、良、中、差、极差5级的子汇水区占比分别为8.6%、9.1%、24.6%、55.0%和2.7%,绝大部分子汇水区分级为中和差;结合现场实测和RECARGA模型模拟,明确了绿色基础设施海绵容量及灰色基础设施入流参数,结果表明:相较于填料厚度变化,绿色基础设施对降雨量大小的响应更为明显。从排水管道系统优化和灰-绿组合排水系统优化两个方面进行了系统方案设计,构建了灰-绿联用雨水调蓄技术路径,为其关键设计参数的选取和管道改造方案的制定提供了有效依据。

地下综合管廊抗爆性能及加固方法研究

为了解地下综合管廊的极限抗爆性能,基于LS-DYNA商用软件,建立了精细化数值计算模型,分析了内部燃气爆炸荷载作用下管廊结构的动力响应特征和受荷破坏全过程,揭示了其失效破坏机理。分析结果表明:当爆炸超压为80~140 kPa时,管廊结构墙缝、顶板跨中和边墙跨中位置出现裂缝;当爆炸超压为160 kPa时,边墙出现弯剪破坏;当超压达到180 kPa时,顶板在跨中位置明显破坏;当超压达到200 kPa后,结构发生倒塌破坏;基于超压峰值和结构破坏关系建立了管廊损伤预测方法,标定了管廊的损伤预测等级;提出了2种结构加固方法,将管廊结构抗爆性能提升了17.5%、146%,该加固方法为同类管廊提供了借鉴。

粉煤灰对煤矸石混凝土界面过渡区的改性效应

为了促进煤矸石在混凝土生产中的使用,考虑不同粉煤灰掺量(0%、10%、20%、30%、40%)对煤矸石混凝土(Coal gangue concrete,CGC)界面过渡区(Interfacial transition zone,ITZ)结构的影响,从宏观力学和微观力学两个尺度出发,揭示了粉煤灰对CGC的ITZ微观结构及宏观性能的改性机理。研究表明:在宏观力学上,掺加30%的粉煤灰可以提高CGC的劈裂抗拉强度。在微观力学上,加入30%的粉煤灰能显著提高ITZ的薄弱区的硬度值,使其硬度值的分布变得较为均匀。掺加粉煤灰后CGC的ITZ厚度明显减小。这说明掺入的适量粉煤灰在CGC的ITZ上发挥了物理作用及化学作用,改变了CGC的ITZ结构。

基于高效高精度栖息地模型的生态流量研究

为实现水电开发和生态保护的和谐发展,科学、定量、高效地分析水电站运行对河流生态的影响,已成为当前水利科学研究的热点。本文将基于Godunov格式有限体积法求解的水动力模型与栖息地适宜模型相耦合,并引入GPU加速技术,建立高效高精度栖息地适宜模型。以野狐峡下游为研究河段,花斑裸鲤为目标鱼类,对不同流量下河段产卵生境进行模拟,以确定电站建成后适宜目标鱼类产卵的生态流量。结果表明:流量在87.5~139m^(3)/s和338~562.5 m^(3)/s时,适宜花斑裸鲤繁殖的有效栖息地面积占其最大值的90.0%以上。为保障产卵栖息地状态良好,建议生态流量在499.2 m^(3)/s附近。该成果对保护黄河上游土著鱼类栖息地具有重要的生态意义,也可为评价水利工程对水生生物的影响提供科学支持。

基于雨洪数值模型的城市雨水调蓄池优化运行方案研究

城市雨水调蓄池是为解决城市内涝和提升排水系统能力而采取的重要工程措施之一。针对现有调蓄池运行规则多限于单座调蓄池操作的局限性,研究采用基于二维水动力与一维管网耦合的模型,对城市雨洪过程进行精准模拟,计算地表积水总量,并采用正交试验法以最小化地表积水总量为目标,开展区域内调蓄池的优化运行。以西安市小寨区域为研究对象,选取30、50和100年一遇设计降雨对调蓄池优化运行方案进行研究。结果表明:经过优化后的调蓄池运行规则,在不同重现期设计降雨情景下,地表积水总量削减率分别提升了12.93%、8.72%和9.74%,有效发挥了调蓄池防洪排涝综合效益;调蓄池对重现期较小的降雨优化削减效果较好,但受正交试验方案所限,最优方案还需深入研究。

社区尺度居民楼内涝淹没过程精细化模拟及室内财产损失评估

以西安一小区居民楼为研究对象,构建了高精度城市雨洪模型,并通过实测暴雨内涝监测数据验证了模型的可靠性;利用构建的模型模拟了6种设计降雨重现期下的居民楼室内动态淹没过程,并以西安市中等收入家庭的房屋配置为计算单元,分析了各类居民室内财产的淹没水深阈值,依此拟合得到了室内财产淹没水深-损失率关系曲线,结合居民楼在不同降雨重现期下的淹没水深,计算得到了各居民楼在不同降雨重现期下的内涝淹没财产损失数据。结果表明:不同降雨重现期下,同一居民楼一层居民房屋室内进水淹没水深随降雨重现期的增大而增大;同一降雨重现期下,各栋居民楼因高程不一致导致内涝淹没过程及最大淹没水深不一样。

基于地块概化和路网精细模拟理念的城市雨洪过程分区自适应模型

为解决城市尺度雨洪模拟过程中常见的地块区域地形及管网资料不足、道路区域行洪与积水严重以及现有雨洪模型计算精度差或计算效率低等问题,提出基于地块概化模拟和路网精细模拟理念的城市雨洪过程分区自适应模型。对于资料不足的地块划分子汇水区单元,采用水文学概化方法计算产汇流过程;对道路区域划分精细网格,采用二维水动力学方法模拟水流运动过程;两者均与管网模型耦合连接,共同驱动管网模型进行汇流计算。以西咸新区沣西新城核心示范区为研究对象,搭建研究区域分区模型,对比分析整体区域均采用精细网格的全分布模型和整体划分子汇水区的半分布模型的模拟结果。结果表明:①分区模型综合考虑了地块管网排水与道路径流过程,可模拟出道路低洼区域在地表产汇流和管网溢流综合作用下的致涝过程,整体径流路径符合实际降雨水流运动规律;②相较半分布模型,分区模型在道路区域采用精细网格进行计算,可较好模拟道路区域的积水过程;③相较全分布模型,分区模型显著减少了计算量,在不同设计降雨下减少了28.2%~73.5%的计算耗时。该耦合模型有效地克服了数据条件和计算能力的限制,可为城市洪涝模拟提供一种新的耦合模拟思路。

西安市小寨区域城市雨洪综合模拟与解析研究

为有效评估城市雨洪管理效果,以西安市小寨区域为例,搭建耦合管网模型和地表漫流模型的绿-灰-蓝雨洪系统综合模拟模型,从径流控制、管网排水与城市防涝等方面解析城市雨洪管理现状。研究表明:小寨海绵城市改造区年径流总量控制率基本可满足要求;2 a一遇、3 a一遇降雨排水瓶颈的管网长度分别为145.02、181.91 km;20~50 a一遇暴雨条件下,海绵城市改造区无明显积水,大环河北岸、南三环中段和雁展路局部积水深度大于15 cm。该模型能够直观表现地表雨水漫流和管道水流运动过程,科学评估城市排水防涝与生态海绵城市建设效果。

绿色低碳县城理念下城乡供水一体化建设路径探讨

县城城乡供水一体化承载着城乡居民生产生活重要的资源供给,在供水各环节中需要消耗大量的资源及能源。为建设绿色低碳县城理念下的集约高效型基础设施,以闽南山区城乡供水一体化建设为例,梳理现状城乡供水系统中影响高效运行和造成资源浪费的针对性问题,从水源、净水到输配水、加压以及数字水务等全环节的低碳与节约路径进行梳理与探讨,以实现城乡供水设施的绿色低碳建设与良性长效运行。

基于自稳隐形拱理论的高地应力软岩巷道支护

基于自稳隐形拱原理的高地应力软岩巷道支护设计是在围岩具有自承能力的基础上,通过对巷道围岩的应力进行分析,找出拉、压应力的分界线。并得出了极限自稳隐形拱是地下巷道围岩可能失稳的最大区域边界。本文运用FLAC3D数值模拟计算方法对巷道进行了分析研究,验证了自稳隐形拱与极限自稳隐形拱的曲线方程,提出了合理巷道断面+爆破最佳位置+锚网索的支护方案。现场施工监测表明,该设计方案可以有效控制该类围岩的稳定。

多级跌水消能在拦河筑湖工程中的应用

从人工湖的入口方式展开讨论,认为跌水结构可以很好地适应开挖河道的落差衔接。通过对跌水消能的水力计算分析,对比多级跌水与多级消力池的区别,提出兼顾景观的多级跌水设计流程。以具体工程为例,验证多级跌水在拦河筑湖工程中的适用性,多级跌水在高落差、短距离、高消能、重观赏的工程中特别适用。

基于BIM技术的城市综合管廊工程协同设计应用

通过总结城市综合管廊工程特性,分析比较传统CAD设计与BIM协同设计的异同,将基于BIM技术的协同设计方式引入城市综合管廊工程设计中。以某市新区综合管廊工程设计为例,从协同设计流程、协同平台及方式、协同设计应用点实现3个方面,探索BIM技术在综合管廊工程设计中的应用。

干湿循环下煤矸石混凝土孔结构特性及抗氯离子侵蚀机理

氯离子侵蚀是影响混凝土耐久性的重要因素。通过干湿循环试验,研究了煤矸石混凝土的抗氯离子侵蚀性能,分析了煤矸石体积取代率(0%、20%、40%、60%)对氯离子浓度分布和表观扩散系数的影响。通过压汞试验,测定了煤矸石混凝土的孔结构参数,通过计算其孔隙体积分形维数,研究了孔结构对煤矸石混凝土抗氯离子侵蚀性能的影响。结果表明:随着煤矸石掺量的增加,自由氯离子的浓度先减小后增加,而表观扩散系数先增加后减小;煤矸石掺量为40%时,混凝土密实性最好,孔隙体积分形维数最大;与未添加煤矸石的混凝土相比,掺量40%的煤矸石混凝土氯离子浓度最低,此时抗氯离子侵蚀性能最好,且表观扩散系数下降35.68%。

考虑水文因素黄土地基降雨入渗规律研究

如何判定连阴雨条件下岩土体的稳定性是黄土地区工程设计尚未解决的一大难题,而其关键是土体含水率的演化规律。基于西安市近35 a降雨资料,根据地区降雨的统计特征,利用皮尔逊Ⅲ型曲线,构建了考虑水文因素的特定地区的连阴雨边界;在此基础上,基于非饱和土渗流数值模拟开展不同降雨边界条件、工程条件对黄土地基降雨入渗规律影响研究。具体结论如下:①百年一遇连阴雨作用下,地基表层出现了暂态饱和区,其他3种重现期未出现暂饱和区;②降雨入渗对地基稳定性的影响不仅发生在降雨过程中,降雨停止后一定时间内,水分会继续入渗,对地基的稳定性持续造成危害;③随着地基处理宽度、深度增大地基含水率增速变慢、增量变小。

自旋式锚杆抗拔力的计算理论

锚杆的抗拔力在锚固工程中是至关重要的技术参数,关系到锚固体系的安全。根据自旋锚杆的结构特点和作用机理,对其抗拔力的计算理论进行了探讨,对实际支护工程有一定的参考作用。

基于强度折减法对岩质边坡分析

提出一种特殊界面单元模拟复杂岩质边坡的潜在滑动面,利用强度折减法确定复杂岩质边坡安全系数。通过对锦屏一级电站左岸岩质边坡稳定性分析表明,与传统的极限平衡法及Goodman单元相比,利用此方法能够取得较为合理可靠的结果。

基于CiteSpace的浅层滑坡文献计量分析

基于Web of Science数据库,以1999-2019年检索所得1 240篇浅层滑坡期刊论文为样本,利用CiteSpace对该领域内国家/地区和机构、学科/期刊和高频关键词进行文献计量和可视化分析,结果表明:浅层滑坡研究的国际合作非常普遍,意大利在浅层滑坡研究中占据核心地位,意大利国家研究委员和中国科学院两家机构在该领域发挥重要作用,GEOMORPHOLOGY和LANDSLIDES杂志为浅层滑坡研究代表性期刊。复合模型算法为浅层滑坡研究领域近期的热点主题。

新黄土地层二元结构变形耦合的研究

黄土地层受含水量和饱和度的影响,以地下水位为界,自然形成黄土二元结构地层.文中以西安黄土地层上、下元结构为例,通过室内三轴试验,分析了上、下元黄土的力学特性.在此基础上,提出黄土地层上、下元结构的变形可采用宾哈姆体模型和Biot固结理论进行耦合分析,并将此运用在西安地铁盾构施工分析中.