南水北调中线冬季冰情变化特征及输水能力提升策略研究

南水北调中线工程冰期输水能力受限已成为制约工程安全运行和社会效益发挥的巨大障碍。认识和辨析通水以来中线干渠冬季水温冰情演变规律及影响机理,是中线干渠冬季输水能力提升亟需解决的关键问题。本文基于2011—2023年中线干渠连续12个冬季的气象、水力、冰情等原型观测资料,分析了中线干渠水温冰情时空分布本底和特征规律,明晰了影响中线干渠冰凌生消的关键因素,针对性提出了冬季输水能力提升的相关应对策略。分析表明:通水以来冰情发生的范围和时间相比理论预想偏小、偏短,冰凌影响区为七里河倒虹吸至北拒马河暗渠段,冰塞风险区为滹沱河倒虹吸至北拒马河暗渠段,多年平均冰厚15 cm,历史极端冰塞厚2.9 m,冰凌壅水最高值0.73 m;干渠冬季水温由南向北递减,依次出现岸冰、流冰和冰盖,日均气温转负后相应的断面平均测量水温在2.5、1.0和0.25℃左右,且沿程水温下降速率与流量和气温呈负相关,即增大输水流量可减缓水温下降速度;影响冰凌生消的关键因素是气温、流量、太阳辐射和风速,典型年如2016年的严重冰情与1月低累计负积温、大输水流量和短时寒潮叠加有关,漕河等渡槽失温快产冰量大与风速密切相关。基于上述分析,未来可考虑结合气象、水情、冰情实时监测和智能预警预报,建立水温-水量-水力协同调控和动态调度技术体系,重点从缩短冰期输水时长、降低冰情影响范围、优化关键控制指标和挖潜渠道防冰塞性能等多方面全面提升南水北调中线工程冬季输水能力。

基于全气象参数的南水北调中线冬季水气热交换模型

针对南水北调中线干渠水体表面热交换精细模拟技术欠缺和多气象因素相互作用机理不明等关键问题,考虑太阳高度角、日照时间、云层遮挡和反照率等因素对太阳辐射的影响,并综合分析水体吸收、反射和发射的净长波辐射、涵盖水体蒸散发失热、水面温差引起的热传导和降雪引起的失热,建立了基于全气象参数的大型明渠水气热交换数学模型。结合南水北调中线全线通水后5年的冬季水温、气温、相对湿度、气压、风速、太阳辐射等原型观测资料,重点分析和模拟了典型年北拒马河、漕河渡槽和滹沱河倒虹吸等渠池的净热通量量值及其组分占比。结果表明,模型能够精细模拟不同渠池水体逐小时吸收的太阳辐射、释放的长波辐射、蒸发失热和水气热传导。模拟结果和观测资料均显示中线干渠冬季以失热为主,其中太阳辐射对净热通量的贡献最大,其次分别为长波辐射、蒸散发失热、温差引起的热传导,占比分别为43.1%、30.9%、17.2%和8.8%。本文量化了中线干渠冬季热通量组成,为进一步研究中线水温冰情精细模拟和输水能力提升提供了基础。

核电厂二次循环冷却水泵房流道水力特性优化研究

二次循环冷却技术是内陆核电建设的关键技术和重点研究方向,泵房流道内良好的水力特性对循环冷却水系统的安全、高效运行至关重要。结合世界首个采用超大型高位收水海水冷却塔二次循环冷却技术的核电项目,开展了循环水泵房流道物理模型试验,模拟分析了流道内流态、水力特性和启停泵过程的水位波动。试验结果表明:采用高位收水冷却塔的二次循环冷却水泵房具有“大取水流量、前池侧向进水、有限容积、高位布置”等特点,在不采取整流措施的条件下,流道内流速分布不均匀,吸水室内偏流严重,吸水喇叭口前存在预旋流,水泵吸水管涡角偏大,影响循环水泵的安全稳定运行。优化方案针对性提出“前池墩栅阵列分水整流+吸水室墩墙联合均流消涡”组合措施,改善了流道和吸水室内流态,满足了循环水泵平顺、均匀进流的要求。此外,根据启停泵水位波动的试验结果,给出了系统充水的最高静水位和启停泵间隔周期建议。研究成果可为后续核电厂二次循环冷却水系统的优化设计提供参考。

球磨法制备酚醛树脂-g-C_(3)N_(4)复合材料用于可见光催化产H_(2)O_(2)的综合实验设计

该研究通过球磨法将树脂颗粒嵌到石墨相氮化碳(g-C_(3)N_(4))层状结构内,制备具有高效、稳定光催化性能的球磨改性间苯二酚-甲醛树脂-g-C_(3)N_(4)复合催化剂。具体研究了水热反应条件、球磨速度、球磨时间等对催化剂在纯水体系中、可见光条件下产过氧化氢(H_(2)O_(2))的性能的影响。通过扫描电镜、X射线衍射、BET孔径测试分析等表征手段,分别探究了球磨过程中树脂和g-C_(3)N_(4)的微观结构、晶体组成和孔隙结构变化。结合电化学阻抗谱测试,揭示了间苯二酚-甲醛树脂-g-C_(3)N_(4)复合光催化剂在纯水体系、氧气饱和条件下制备H_(2)O_(2)的机理。实验有助于培养本科生及研究生的实验设计思维和操作能力,激发学生的科研兴趣,提升其解决实际环境问题的能力。

TBM引水隧洞施工模拟管片力学特性影响因素分析

为探究不同影响因素对引水隧洞施工过程管片位移和应力的影响,以榕江-关埠引水隧洞工程典型区间段为例,建立“围岩-管片-内张钢圈”组合结构的三维精细化有限元模型,模拟引水隧洞工程的施工开挖过程,研究隧洞埋深、围岩类型和注浆体刚度3个因素对施工期管片力学特性的影响。结果表明:TBM引水隧洞施工开挖过程中管片位移随着开挖环数增加而逐渐增大,减小隧洞埋深、增强围岩类型(Ⅴ类→Ⅱ类)和增强注浆属性将会降低管片的位移,其最大值分别为1.670 mm、1.406 mm和1.863 mm;管片压应力随开挖环数增加而逐渐增大,拉应力呈先减小后增加的趋势;增大隧洞埋深、降低围岩类型(Ⅱ类→Ⅴ类)和削弱注浆属性将会增加管片的应力,其中管片压应力最大值分别为5.765 MPa、4.833 MPa和6.165 MPa,均满足规范要求。在实际工程中,建议对埋深大和围岩质量差的隧洞工程重点监测,研究结果可为类似的引水隧洞工程提供参考。

雪覆盖下冰盖的热力增厚和消融

雪覆盖下冰盖的热力增厚和消融是急需研究的问题,对于冬季降雪频繁地区开河预报、冰凌洪水风险分析具有重要的实用价值。基于雪盖和冰盖的热力条件是准稳态假设,建立了冰盖热力增厚和消融速率与雪厚、冰厚、大气传递给雪面的净热通量和水体传递给冰底面净热通量的函数关系,包括:太阳辐射、反射和透射,雪面和大气的长波辐射,雪面蒸发-对流,河床地温等因素。提出了雪面温度和冰盖垂向温度分布的理论公式及冰盖热力增厚和消融发展过程的数值计算模型。最后,以黑龙江漠河段实测的冰情为例,验证了所提冰盖热力增厚和消融数学模型的实用性,并分析了一些重要参数随时间的变化特点。

长江源区年际冰水情变化及其影响因子分析

受限于高寒山区地形、气候和环境条件,目前关于长江源区河流的冰水情研究较少,源区降雨径流年际变化和冰盖分布等规律不明确。为了明晰长江源区水文与水资源现状和冰水情本底,本文收集整理了2006—2018年沱沱河和直门达水文站近十年的降雨、蒸发、径流、水温、气温和冰厚资料,采用统计分析、线性回归、单一因子分析和相关性分析等结合的研究方法,重点揭示了源区河流流量、冰期和冰厚现状、其年际变化特征和主要影响因子。研究表明,源区河流洪峰年际波动范围超50%,洪峰集中在7—9月,非汛期流量仅为汛期流量的1/7,非汛期流量年际波动小于汛期,且直门达站水位流量年际变化幅度小于上游沱沱河站;沱沱河站冰期持续时间7个月,而下游直门达站冰期为5个月,多年平均冰盖厚为0.15 m,造成两站冰情差异的主要原因是源区垂直地形急变引起的高程差;源区降雨量年际波动与年际径流波动一致,蒸发量年际波动仅为降雨量的一半,因此两站流量的年际波动受降雨影响较大。长江源区降雨和气温变化是冰水情变化的主要驱动因子,与源区河流的地形高程密切相关,亟需系统的科考进一步明晰长江源冰水情时空变化规律。

基于多尺度卷积神经网络的管道泄漏检测模型研究

如何有效检测管道泄漏是节水型社会建设迫切需要解决的关键和热点问题之一。近年来基于深度学习的管道泄漏检测方法发展迅速,本文针对传统单尺度卷积神经网络对泄漏特征提取不充分的问题,提出一种基于多尺度一维卷积神经网络(MS1DCNN)的管道系统泄漏检测模型。该方法利用多个不同卷积尺度的卷积通路并行提取管道泄漏的特征并进行泄漏信息的分类预测。基于经典的管道系统布置,利用瞬变流模型生成管道泄漏工况下的三个水压数据集对模型进行验证,三个数据集分别用于预测管道的泄漏位置、泄漏量和非恒定摩阻系数,对应样本数为39601、3980、4900,并将预测结果与其他深度学习方法和传统的机器学习方法进行对比分析。结果表明:MS1DCNN模型对数据集样本下泄漏位置、泄漏量、非恒定摩阻系数的分类准确率达到99.96%、98.48%、100%,三者平均预测精度比传统一维卷积神经网络(1DCNN)、BP神经网络、支持向量机(SVM)和k近邻算法(KNN)提高0.31%、2%、1.27%、22.8%;MS1DCNN在信噪比为-4~12 dB的噪声环境下各数据集的平均F_(1)分数分别为99.2%、97.02%、100%,三者平均值分别比1DCNN、BP、SVM、KNN模型提高0.61%、2.3%、2.78%、28.59%,证明了MS1DCNN模型的预测性能。本文方法在管道泄漏参数、非恒定摩阻的同步预测方面有一定的潜力。

山西老陈醋陈酿过程中挥发性香气物质和功能物质的变化规律

对山西老陈醋样品的理化指标、挥发性香气物质及功能物质含量进行测定,并探讨其在不同陈酿时间的变化规律。结果表明,随着陈酿时间在0.5~10年增加,总酸、总酯、氨基酸态氮、氯化钠、还原糖、可溶性固形物、可溶性无盐固形物的含量均呈增长趋势,陈酿10年分别达到11.45 g/100 mL、6.29 g/100 mL、1.17 g/100 mL、1.63 g/100 mL、4.31 g/100 mL、62.00 g/100 mL、53.37 g/100 mL。陈酿样品共检出57种挥发性香气物质,其中酯类含量呈先减少后增加的趋势,酸类含量呈减少趋势,其他类呈增加趋势。陈酿过程中功能物质均呈增长趋势,在陈酿10年最高,总酚、总黄酮、川芎嗪含量分别达到298.62 mg/100 mL、503.62 mg/100 mL、121.79μg/mL。从理化指标、总酚和总黄酮变化来看,陈酿10年最好;从挥发性香气物质、川芎嗪及乙偶姻变化来看,则陈酿5年为宜。

不同陈酿年份四大名醋有机酸及挥发性风味物质比较分析

采用高效液相色谱(HPLC)和气相色谱-质谱联用技术(GC-MS)对市售不同陈酿年份四大名醋(四川保宁醋、镇江香醋、永春老醋及山西老陈醋)的有机酸及挥发性风味物质进行检测和分析。结果表明,四川保宁醋、镇江香醋、永春老醋及山西老陈醋中共检出8种有机酸,其中乙酸和乳酸是四大名醋的主体有机酸,同一陈酿年份的醋有机酸谱相似。山西老陈醋和镇江香醋的有机酸含量随陈酿年份的增加呈上升趋势,永春老醋的有机酸含量呈先降低后上升的趋势,四川保宁醋的有机酸含量则呈先上升后降低的趋势。四川保宁醋、镇江香醋、永春老醋及山西老陈醋中分别共检出70种、78种、92种和95种挥发性风味物质,主要包括酯类、醇类、醛类、酸类和杂环类,其含量整体随陈酿年份的增加而增加。原料、发酵方式和陈酿时间等因素导致四大名醋的有机酸及挥发性风味物质不同,但各具特色。

四大名醋理化指标、风味成分和功能成分差异性比较

为了比较四大名醋的差异性,对市售保宁醋、镇江香醋、永春老醋及山西陈醋的理化指标、风味物质及功能成分进行测定。结果表明,保宁醋总酸和可溶性固形物含量最高,分别为7.43 g/100 mL和19.73 g/100 mL,镇江香醋还原糖含量最高,为2.61 g/100 mL,永春老醋总酯含量最高,为3.23 g/100 mL。山西陈醋和保宁醋中有机酸含量较高,其平均总含量分别为4.04 g/100 mL和5.02 g/100 mL,乳酸、乙酸是主体有机酸,均占有机酸总量的60%以上。山西陈醋吡嗪类物质含量最高,为35.89μg/L。保宁醋总酚和总黄酮含量最高,分别为278.91 mg/100 mL和198.00 mg/100 g;山西陈醋乙偶姻及川芎嗪含量最高,分别为3.49 mg/mL和44.14 mg/L。不同的酿造原料、地域环境、酿造条件等造成了四大名醋理化指标、风味及功能成分的差异性,这也使其形成了各自的风味特点。

白菜抗根肿病分子标记开发与种质资源鉴定

【目的】开发可在白菜中高效鉴定根肿病抗病基因的KASP(Kompetitive Allele Specific PCR)标记,并利用这些标记研究大量白菜资源材料中抗病基因分布规律。【方法】根据已克隆白菜抗根肿病基因信息,使用Primer3与DNAMAN开发KASP标记。利用代表性的62份白菜材料组成测试群体筛选标记,获得高可靠性标记,对862份白菜资源进行抗病基因型鉴定。【结果】从4个已克隆的抗根肿病基因(CRa、CRb、CRd、Crr1a)内开发并筛选出6个基因特异性KASP标记。白菜资源中鉴定出105份含有抗病基因型材料,其中芜菁与油用白菜占70.48%;CRa分布最广,占所有抗病材料的58.09%;含有2个或2个以上抗病基因的材料16份。【结论】获得6个稳定可靠的抗根肿病基因特异性KASP标记。CRa分布最广,筛选出同时携带多个抗根肿病基因的资源材料。

山西老陈醋发酵过程中真菌菌群结构及多样性

采用Illumina Mi Seq高通量测序技术分析山西省不同地区6个代表性醋厂(编号为A~F)山西老陈醋发酵过程中真菌菌群多样性。结果表明,在酒精、醋酸发酵阶段,6个厂真菌菌群丰度整体上均呈下降趋势。酒精发酵阶段,E、F厂真菌菌群多样性较高;醋酸发酵阶段,C、D厂真菌菌群多样性较高。酒精、醋酸发酵阶段中共检测出4个真菌门和56个真菌属。酒精发酵阶段各厂优势真菌门为子囊菌门(Ascomycota)(96.25%),优势真菌属为假丝酵母属(Candida)(27.99%)、曲霉属(Aspergillus)(8.53%)、复膜孢酵母属(Saccharomycopsis)(7.40%)、酿酒酵母属(Saccharomyces)(7.12%)等。醋酸发酵阶段各厂优势真菌门为子囊菌门(89.60%),优势真菌属为链格孢霉属(Alternaria)(11.96%)、假丝酵母属(10.76%)、分枝孢子霉属(Cladosporium)(8.13%)、曲霉属(6.81%)、酿酒酵母属(6.18%)等。对不同醋厂山西老陈醋的真菌菌群结构进行研究,有助于揭示山西老陈醋的酿造机理。

不同地区山西老陈醋酿造过程中细菌菌群多样性分析

该研究采用Illumina MiSeq高通量测序技术对山西不同地区6个代表性醋厂(分别编号为A~F)的酒醪和醋醅样品的细菌菌群多样性及菌群结构进行分析比较。结果表明,不同醋厂山西老陈醋酒精和醋酸发酵阶段细菌菌群丰度及多样性存在一定的差异。酒精及醋酸发酵阶段均注释到9个细菌门和26个细菌属(相对丰度>0.5%),主要细菌属均为乳杆菌属(Lactobacillus),平均相对丰度分别为42.81%、34.37%。发酵初期和中期,不同醋厂酒醪及醋醅样品的细菌菌群结构差异较大;发酵末期,存在一定的相似性。酒精发酵末期,A厂和F厂的细菌菌群结构较为相似,B厂、C厂和D厂的菌群结构较为相似;醋酸发酵末期,B厂、C厂和D厂的菌群结构较为相似,A、E、F厂的菌群结构较为相似,但E厂和F厂的乳杆菌属相对丰度较大,A厂的醋酸杆菌属(Acetobacter)相对丰度较大。

不同陈酿年份镇江香醋品质指标和功能成分的比较

为了比较不同陈酿年份镇江香醋品质及功能成分的差异,对市售9个镇江香醋样品的品质指标及功能成分进行检测。结果表明,镇江香醋的品质指标及功能成分含量随着陈酿年份增加而增大。陈酿8年镇江香醋的pH值、总酸、总酯、还原糖及可溶性固形物、总多酚、总黄酮、川芎嗪含量最高,分别为3.71、7.43 g/100 mL、2.91 g/100 mL、2.96 g/100 mL、16.34 g/100 mL、151.83 mg/100 mL、84.49 mg/100 mL、94.87 mg/L,其有机酸和氨基酸总量也高于其他年份,分别为5.37 g/100 mL、8.76 mg/mL,其中7种氨基酸含量超过0.5 mg/mL,丙氨酸、亮氨酸和缬氨酸含量较高,分别为1.44 mg/mL、1.29 mg/mL和0.86 mg/mL。结果表明,陈酿年份高的食醋品质优良。

多孔聚二甲基硅氧烷/碳纳米管复合压阻式柔性压力传感器的制备

为解决目前柔性压力传感器制备工艺复杂和透气性差的问题,课题组提出在棉织物表面贴附导电铜箔作为电极、结合氯化钠模板法和浸渍-干燥法制作多孔聚二甲基硅氧烷/碳纳米管复合压阻层而制得压阻式柔性压力传感器的方法。课题组对传感器压阻层的表面微观形貌进行观察,并对传感器的性能进行了测试。结果表明:当碳纳米管溶液质量分数为1.5%时,制备的传感器的工作压力范围为0~30kPa;在0~4kPa和4~30kPa压力范围时传感器灵敏度分别为546和2Pa-1;迟滞性约为5.7%,可检测约为60Pa的压力。该传感器不仅具有良好的稳定性和重复性,而且可清晰识别手指触压、肘部弯曲及喉部吞咽信号,在运动监测等领域具有潜在应用前景。

河道糙率和桥墩壅水对宽浅河道行洪能力影响的研究

为研究宽浅型河道糙率和桥墩壅水对行洪能力的影响,本研究采用了物理模型试验、数值模拟和经验公式方法分别模拟其水力特性并进行比较分析。通过物理模型试验给出了河道糙率的模拟方法,分别采用4种材料模拟河道护坡:无植被、稀疏植被、稀疏植被中间种植灌木和密集植被。其中,糙率最大的密集植被和糙率最小的无植被护坡条件下各断面水位差均值为0.03 m。结果表明:对于宽浅河道,护坡糙率较大范围的变化对河道行洪能力影响不显著。复杂边界条件和水力条件下桥墩壅水模拟结果表明:二维数学模型比经验公式和一维数学模型能较真实地反映河道边界条件、桥梁长度、桥墩形状对桥墩壅水高度的影响,模拟结果同物理模型试验值较为接近。本研究为宽浅河道安全行洪中糙率评估和桥墩壅水计算提供可靠的参数和依据。

河渠冰水力学研究进展和趋势

从河渠冰水力学基本理论7个方面(水热循环机理、流冰形成输移扩散机理、锚冰岸冰形成发展释放、封河冰塞机理、开河冰坝机理、水工建筑物冰塞机理、水冰沙互馈作用机理)、河渠冰情预测预报及过程模拟、河冰关键参数观测技术与装备等层面介绍了国内外的河冰水力学研究的主要进展和动向,剖析了当前科学研究和工程应用研究中存在的难题,并从理论和技术角度阐明了相关原因并指出方向.总结提出了河渠冰水力学未来需要重点开展的研究,如在河渠冰水力学基本理论拓展方面,应进一步完善现有河冰理论框架,尤其是河流锚冰生长和释放过程、卡冰和初始冰盖形成的热力-动力-地形特征影响的定量化机制、复式断面冰盖下水力特性和河冰运动与岸滩侵蚀过程中的水冰沙耦合作用机理等;在变化环境下的冰情预报方面,应多尺度结合,进一步探索中长期气候变化或短期极端情况对北方河流冰情的影响,尤其是研发不同尺度区域、长短期结合的水文-水力预测预报模型技术,对于科学研判河流冰情未来情势具有指导意义;在冰凌灾害全过程监测与防控技术装备方面,应进一步研发能反映冰塞内部渗流、冰塞内摩擦力以及冰塞冰坝内部反映其演化过程的关键监测传感器和装备,弥补现有观测的不足;在冰湖溃决模拟等方面,应加大观测力度并多学科交叉,注重开展低温条件下冰湖溃口演化的机理试验探索,尤其是研究水流冲蚀溃口冰碛土下切和坍塌过程等.

肺癌患者血清肿瘤标志物与凝血功能指标变化的临床研究

目的分析肺癌患者血清肿瘤标志物与凝血功能指标的相关性,并评估血清肿瘤标志物、凝血功能指标检测对肺癌的诊断价值。方法选取2019年5月至2022年5月我院收治的55例肺癌患者作为观察组,另选同期于我院体检的55例健康者作为对照组。检测并比较两组的肿瘤标志物及凝血功能指标,采用Spearman相关性分析肺癌患者血清肿瘤标志物与凝血功能的相关性;绘制ROC曲线分析血清肿瘤标志物、凝血功能及联合检测对肺癌的临床诊断价值。结果观察组CEA、CA125、CA199水平高于对照组,PT、APTT短于对照组,FIB高于对照组(P<0.05)。CEA、CA125、CA199与PT、APTT呈负相关,与FIB呈正相关(P<0.05)。绘制ROC曲线显示,CEA、CA125、CA199、PT、APTT、FIB、联合检测诊断肺癌的曲线下面积分别为0.745、0.773、0.794、0.787、0.717、0.784、0.933,联合检测诊断效能最高。结论肺癌患者血清肿瘤标志物与凝血功能存在明显相关性,肿瘤标志物水平越高则凝血功能紊乱越严重,血清肿瘤标志物与凝血功能指标联合检测可提高对肺癌的诊断效能。

管网故障水力瞬变检测实验系统研发

为克服传统管网故障检测系统模型校验误差较大及基于恒定流模型检测的不足,尝试基于瞬变流模型方法设计开发一种能够兼顾模拟泄漏孔、局部阻塞在内的管网实验平台系统,用于水力建模的校验测试和故障检测,并提出相应故障辨识方法。该平台包括常规供水水箱、简单管网、实验控制系统、变速泵、管网故障模拟装置、低强度瞬变流激发器等,以RSView组态软件为基础研发了管网故障水力检测实验平台的SCADA系统,实现水位、流量、压力和阀门激励动作等计算机自动控制以及实时监测和采集。其中新的可控式低强度瞬变流激发器可取代传统阀门,能够产生阀门关闭激发瞬变水击波的类似效果,克服了传统管道试验平台末端关阀造成的水锤压力波动过大和不易控制的缺点。该实验平台拓展了管网实验室故障控制模拟和检测的思路,为支撑和推广实用化的智慧供水管网及故障检测技术研究提供了手段。