“引江济淮”工程对安徽菜子湖水龄分布的影响

菜子湖是"引江济淮"工程的重要输水通道,其水体输运和物质交换将因输水工程发生改变.本文基于环境流体水动力学模型(EFDC)建立了菜子湖水龄模型,在将模型与实测水文数据验证满足精度的前提下,设计14种方案计算菜子湖在季风影响下的水龄,工程实施期间菜子湖在丰、平、枯季的水龄与流场,以及枯水季调水情景下同风速8种风向和强风向3种风速时的水龄.数值试验的模拟结果表明:菜子湖湖体水龄分布具有时空差异性,无风条件下,春、夏、秋、冬季的湖体的平均水龄分别为120.93、33.19、92.92、101.48 d,而在季风影响下,春、夏、秋、冬季平均水龄分别为75.23、32.45、81.80、66.16 d;西部L2湖水龄较长,东部L1湖和南部L3湖水龄较短;输水工程将改变L1和L3湖的流场,对L2湖流场几乎无影响;输水工程实施后,菜子湖水龄分布主要受风场及输水影响,不同风向对菜子湖各湖区影响不同,西南风有助于L1湖水体交换,北风有助于L2湖水体交换,东风有助于L3湖水体交换,而当风向为东北风时,3个湖区水龄均较小;枯水季调水有利于L1湖和L3湖水体交换,但对L2湖水体交换作用不明显.

三峡水库泄水-蓄水过程香溪河库湾水流振荡特性

深入认识水库的水动力过程一直是研究和解决其水环境问题的基础。通过对三峡水库香溪河库湾2019年泄水期(5月)和蓄水期(9月)高频、连续的水位和流速剖面监测数据进行分析,获得了该支流库湾振荡的物理特性。研究发现:①高频的库湾振荡在垂向上表现为正压波,在水平模态上表现为最基本的Helmholtz模式(n=0),该振荡是香溪河库湾显著存在的重要水动力过程之一;②库湾振荡的周期约2 h,在库湾上游其振荡流速可达±0.05~0.1 m/s,水位波动振幅可达0.2 m;③支流库湾振荡由库区干流重力波驱动,重力波产生于大坝下泄流量的日调节过程。本研究不仅加深了对水库及其支流水动力过程的认识,同时也进一步揭示了香溪河库湾水动力过程对三峡水库日调度的响应机制,为后续水库生态调度研究及其应用提供了新的视角。

三峡水库不同运行期库首水温分层特性及生态效应

为了解三峡水库库首2003—2018年的水温变化特征及其对生态环境的影响,基于庙河断面实测资料,采用LSTM-Logistic模型模拟分析了库首多年水温结构特性,并探讨了其变化对库区支流库湾水华的影响和对坝下鱼类产卵水温的影响。结果表明:LSTM-Logistic模型能较好地适用于三峡水库,准确地模拟水温的逐日变化过程;2006—2013年,三峡水库库首每年4—6月均出现了水温分层现象,从2014年开始,水温垂向差异变小,水温不分层,且春季、秋季和冬季水温升高,下泄水温进一步平坦化;三峡水库库首水温长期变暖的趋势,会使支流库湾倒灌异重流潜入深度上移,从而改变异重流倒灌形式,降低库湾水华风险;梯级水库蓄水缓解了春季下泄低温水的不利影响,但秋冬季水温的升高对中华鲟繁殖造成了进一步威胁。

近年来横沙东滩围垦区前沿地形演化规律及驱动因素分析

河口大型滩涂演化关系到航运通畅、生态保护以及近岸工程的安全性,也是地貌学和工程界关注的热点。本文选择横沙东滩围垦区前沿5 m等深线包络区域作为研究区,2011–2017年间利用单波束测深系统对研究区进行持续性高精度监测,并结合近年来流域来沙、河口工程的建设和极端气候变化等影响因素分析其冲淤格局。结果表明:(1)近年来横沙东滩基本呈中间淤涨、周围冲刷的态势,整体由工程前“长大不长高”转化为工程后的“长高不长大”的演化格局;(2)海域来沙是此区域淤积的主要物源,研究区两侧涨落潮流路分异引起的环流是导致此区域淤积的主要动力;(3)深水航道堤坝工程、横沙东滩围垦工程等是导致研究区中间淤涨的原因;(4)人类活动可以直接影响滩槽的演化格局,工程建设的固定制约了河槽和滩涂的摆动,但也加剧了研究区局部的冲刷,未来应注意其内部串沟的发展,防止其连通威胁堤坝和滩涂的稳定。

土岩复合地层吊脚桩支护结构力学分析与优化设计

为了更加安全经济地进行土岩复合地层中基坑工程设计,针对上土下岩复合地层中吊脚桩基坑支护结构的受力及变形特性进行研究。采用二维数值分析方法,建立土岩复合地层条件下吊脚桩支护基坑开挖模型,分别分析基坑开挖过程中吊脚桩支护结构内力、变形的发展过程,以及土岩弹性模量比RE、吊脚桩嵌岩深度t、岩肩宽度b与桩体受力、变形之间的相关关系。结果表明:1)随着基坑开挖深度逐渐增大,桩身侧移增大且桩身最大侧移发生位置逐渐下移,最大下移幅度为土层厚度的17.5%; 2)当基坑开挖至土岩交界面时,吊脚桩桩身内力达到最大值,下部岩层的开挖使得桩身最大负弯矩减小27.5%; 3)当岩层弹性模量介于600MPa和4 800 MPa之间时,最优设计嵌岩深度为1.5 m,最优设计岩肩宽度为1.5～2.0 m。

土石坝溃决过程中溃口发展及溃坝洪水计算方法探讨

水库大坝是我国防洪、抗旱等广泛采用的水利工程措施,但坝体溃决也会造成不可估量的损失。洪水漫顶冲刷导致的溃口发展是土石坝溃决的主要形式。传统计算方法中溃口发展过程一般由用户人为指定,虽然计算方便,但缺乏对水流和坝体之间相互作用关系的考虑。为此,结合已有研究成果讨论了一种新方法来计算溃口发展过程,计算结果表明,溃口发展过程是高度非线性的,若将其作为线性处理,可能会低估最大溃坝流量。

三峡出库流量日调节模式驱动的重力波问题

受三峡电站昼夜发电负荷不均的影响,三峡出库流量呈显著的日调节模式,驱动坝前水位以重力波形式在库区传播,对水库水动力特征产生着影响,但针对该重力波的生成和传播机理仍待研究。文中基于2018年1—10月三峡水库的出入库流量和库区多个站点上的水位等实测资料,分析了日调节模式下三峡水库坝前重力波的生成机理及其在库区430 km范围内的传播特征。主要研究结论包括:(1)坝前日调节重力波生成时,其振幅与昼夜下泄水量差成正比,与库区背景水位成反比,文中给出了相应的坝前水位振幅估算公式;(2)在河道底摩擦、断面形状沿程变化、干支流入流等多方面因素影响下,日调节重力波在坝前430 km范围内,其振幅呈现先减小后增大的趋势,其滞后相位沿程逐渐增加,且振幅和相位沿程变化特征受库区背景水位影响显著。

截流钢筋石笼起动流速计算方法研究

以工程截流中的单体钢筋石笼作为研究对象,深入探讨了其起动机理.通过对单体钢筋石笼受力分析,推导出其起动流速计算公式,分析了公式中拖曳力系数C_D、上举力系数C_L的影响因素.通过水槽模型试验,研究了不同摩擦因数条件下多种尺寸的正六面体钢筋石笼、条形六面体钢筋石笼、扁形六面体钢筋石笼起动流速变化规律;定量地分析了C_D和C_L与钢筋石笼扁度系数λ以及沙粒雷诺数Re*的相关关系,绘制了(λ,Re*,C_D)与(λ,Re*,C_L)的分布云图.经验证表明,起动流速计算公式和C_D、C_L分布云图二者结合的钢筋石笼起动流速计算方法的计算值与试验值基本一致,较好地反映了钢筋石笼的起动情况.

长江口北港主槽河道悬沙输运空间结构特征分析

长江口为多级分汊型中等潮汐河口,北港是长江口二级入海汊道,被规划为长江口重要通航水道,对其悬沙输运过程和规律的研究至关重要。根据大潮期间北港主槽横断面上均匀分布的5个站点的同步水沙观测资料,采用准调和分析等方法将观测数据分解为潮平均量和多个随潮波动量,以分析北港悬沙输运的横断面空间结构特征和各动力因子的贡献机制。研究结果表明:大潮期间北港主槽横断面总输沙量主要由余流输沙、半日潮流输沙和M4潮流输沙构成,各部分输沙量空间结构差异显著。总输沙量在断面北侧大部分区域指向外海,南侧小部分区域指向上游。强径流作用下的海向余流输沙是构成北侧海向输沙的主要因子。在径流及微弯河势影响下,北侧河道断面落潮流输沙显著强于涨潮流输沙,致使北侧半日潮流输沙指向外海,其贡献机制仅次于余流输沙。南侧河道断面陆向输沙主要由半日潮流输沙和M4潮流输沙组成,其中半日潮流输沙占主要部分。北港水下地貌结构和冲淤演变趋势与断面悬沙分布特征和输运结构密切相关。

三峡水库香溪河库湾水-气界面热交换过程及水体稳定性

水库或湖泊的热分层结构是其动力与环境过程的重要研究方面,虽然很多学者针对水体分层结构和演变机理开展了大量研究,但水体通过水-气界面与大气进行热交换的过程,各气象因子的贡献机理等研究成果还很缺乏。本文基于三峡水库香溪河库湾2019年3月-2020年2月期间的水温、水位及气象等监测数据,针对水-气界面热交换过程如何影响水温垂向结构及表层水体湍流混合作用开展研究。结果表明,(1)香溪河水体年内呈高温期分层、低温期混合的基本特征,高温期混合层深度小于8 m,低温期混合层深度超过30 m。(2)太阳短波辐射是香溪河水体的主要热源,潜热通量和长波辐射是香溪河水体的主要冷源,感热通量贡献极小。(3)香溪河平均风速较弱,约为1.6 m/s,主要通过增强潜热和感热通量的方式影响水体垂向稳定性结构特征,其机械扰动作用较弱。(4)表层水体湍能通量在高温期较低(10^(-7)m^(3)/s3量级),此时水体处于分层状态,风应力大概率主导表层水体湍流发育;低温期表层水体湍能通量较高(10^(-6)m^(3)/s3量级),此时潜热通量和长波辐射主导表层水体湍流发育。

软土地层大断面管幕箱涵顶进竖向姿态的理论与实测分析

针对千斤顶产生的偏心顶推力作用下箱涵发生的"抬头"现象,采用局部弹性地基模型,首先,从理论上推导得到箱涵顶进竖向姿态变化的解析解;然后,结合现场实测分析,探究偏心顶力作用下大断面管幕箱涵的"抬头"机制及变化规律。研究表明:1)千斤顶顶推力与顶进阻力合力的作用线不重合而产生的使管节上抬的力矩是首节箱涵"抬头"的核心诱因;2)缓解首节箱涵"抬头"问题的主要施工措施有减小掘进机顶推力或正面土压力、增加上排管幕刚度、对箱涵上表面进行局部减摩、对箱涵下部进行冲洗卸土等,其中,减小掘进机顶推力或正面土压力效果最为明显。

闸控通江浅水湖泊水位变化特征及影响因素研究

闸控通江浅水湖泊水位变化对湖泊水生态系统的稳态转换具有重要意义,因此研究湖泊水位变化及其对入湖径流、水闸调控、江湖关系和人类开发活动等因素的响应很有必要。以长江中下游典型闸控型通江浅水湖泊菜子湖为研究对象,基于2002~2016年湖区、通江闸上、通江闸下、长江干流4个代表性水文站点的实测水位数据,结合遥感影像、湖区围垦情况和入湖河流来流量等数据资料,对菜子湖湖区水位变化特征与围垦、水闸调度及长江干流水位涨落之间的响应关系进行了分析研究。研究结果表明:(1)湖区年均水位最高,且逐年呈上升的趋势;年内水位存在明显的单峰型洪水位、枯水位变化特征。(2)入湖径流量是湖区水位丰枯季变化过程的主控因素,但湖区水位响应明显滞后于来流量过程。(3)枞阳闸调控对湖区水位的影响主要体现在维持湖区水位变化过程的相对平稳,受枞阳闸调控与长江水位涨落的影响,丰水期湖区水位低于长江干流,枯水期水位相对稳定且高于长江干流。(4)在自然淤积和围垦的双重影响下,湖泊水域面积对水位变化的敏感性在丰枯季表现出了明显的差异性。

沿江城市中小型闸控通江湖泊总磷变化特征及成因分析——以安庆市石塘湖为例

长江中下游沿江城郊闸控湖泊普遍面临总磷浓度偏高的现象,解析其总磷时空变化特征及影响驱动机制成为精准治理与修复此类湖泊前亟待解决的关键性问题。本文基于安庆市沿江城郊中小型闸控湖泊——石塘湖实测气象降雨、水文、河湖水质等数据,采用多因子相关性分析、变异系数法和主成分分析的方法,研究各指标因子与湖泊总磷浓度时空变化的响应关系。结果表明:(1)湖泊水质呈现丰(58月)、平(34月和910月)、枯(11次年2月)水期聚类效果显著,但湖泊空间差异不明显;湖泊水质的季节性变化受总磷浓度变化控制,其他理化指标影响较弱。(2)高强度降雨和汛期闸站调度下的水动力变化决定污染物迁移速率,是导致湖泊总磷浓度在丰水期更容易受入湖河流输入影响而达到峰值的主要驱动因子。(3)高强度人类活动导致入湖河流季节性输入是石塘湖总磷上升的决定性因素,从单位土地利用类型产生单位总磷负荷来看,农业用地远大于城镇建设用地,林地和草地充当污染物进入湖泊的预前“汇”。因此,从治理策略和途径来看,可在控制外源输入的同时,适当调节闸站以减弱丰水期水动力强度,减少入湖河流总磷输入影响的同时,发挥湖泊营养盐的滞留净化能力。本文主要从人类活动导致的外源污染及闸站抽排调度角度分析沿江城郊闸控湖泊石塘湖总磷变化、影响因素及驱动机制,可以为此类城郊中小型沿江闸控型湖泊污染治理提供理论参考。

长江口南北港水下地形演变数值模拟研究

南北港是长江口“三级分叉、四口入海”格局中的二级河道,也是连接南支河道和北槽深水航道的重要通航水路,对其冲淤演变特征及未来演变趋势开展数值研究具有重要意义。首先构建了包含整个长江口的水沙动力学数值模型,在实测资料验证下使用地貌加速因子对未来60 a间南北港区域的河道演变趋势进行了模拟分析,同时结合南北港2006~2016年间的实测水深数据开展对比分析。结果表明:①在新的来水来沙条件以及本地青草沙工程影响下,南北港水下地形经历了显著的冲淤演变过程,实测数据和数值模拟结果均显示出“滩淤槽冲”的基本演变格局,即河道冲淤深度与水深基本呈线性关系;②冲淤演变的转换水深约为-4~-6 m,未来60 a内深槽区域的最大冲刷深度可达-12 m;③基于河口泥沙的空间运动滞后效应,分析此种河口“滩淤槽冲”模式实际上是由岸滩和深槽之间水质点和泥沙颗粒输运的相位差所致。

软土地层暗挖车站工程中组合顶管相继顶进的叠加效应分析

以上海市轨交14号线静安寺站工程为背景依托,建立组合顶管相继顶进施工的二维模型。分别分析了软土地层中组合顶管相继顶进的叠加效应对周围土体变形、场地周边高架桥桩基变形产生的影响。结果显示,组合顶管结构非对称部分施工将产生大幅度的不均匀沉降,这一工况存在较大的施工风险。

Nonlinear advection,Coriolis force,and frictional influence in the South Channel of the Yangtze Estuary,China

Observation data of along-estuary and lateral current velocities over a transect located at the South Channel of the Yangtze estuary was obtained during a spring tide in August 2011.Harmonic analysis was done on the current velocities to get a mean component and a semi-diurnal component.Based on these two components,the driving mechanisms of mean lateral flow and M2 lateral tidal flow are shown and analyzed respectively.The dominant driving force of mean lateral flow is nonlinear advection and that of lateral M2 tidal flow is Coriolis force.The friction plays an important role near the bottom and surface for both lateral mean flow and M2 tidal flow.