降雨、汇流和坡度对黑土浅沟坡面侵蚀影响的试验研究

[目的]为研究降雨、汇流和坡度对浅沟侵蚀的影响,实施精确的水土保持措施。[方法]通过室内模拟降雨和汇流试验,设计2个降雨强度(50,100 mm/h)和2个坡度(3°,7°),并在4种降雨强度和坡度组合下设置5个依次增加的汇流强度(15,30,45,60,75 L/min),分析降雨、汇流和坡度及其交互作用对浅沟坡面侵蚀的影响,明确浅沟侵蚀对坡面侵蚀的贡献。[结果](1)坡度和汇流强度对浅沟坡面侵蚀的影响均大于降雨强度。当降雨强度由50 mm/h增加到100 mm/h时,3°和7°对应的坡面侵蚀量分别增加52.3%~81.8%和29.4%~88.4%;而当坡度从3°增大到7°,50,100 mm/h降雨强度对应的坡面侵蚀量分别增加114.3%~395.5%和130.0%~320.9%;当汇流强度由15 L/min增加至75 L/min,坡面侵蚀量增加4.6~13.5倍。同时,汇流强度的增加加剧坡度对坡面侵蚀的作用,而减弱降雨强度对坡面侵蚀的影响。(2)降雨、汇流、坡度双因子和三因子交互作用对浅沟坡面侵蚀的影响以汇流强度-坡度交互作用和降雨强度-汇流强度-坡度三者的交互作用的影响最大,其次为降雨强度-汇流强度交互作用,而以降雨强度-坡度的交互作用的影响最小。(3)不同试验条件下,浅沟侵蚀量占坡面侵蚀量的比例平均在85%以上,且其比例随汇流强度和坡度的增加呈增大趋势。(4)坡面侵蚀速率与水流流速、径流剪切力和水流功率之间均表现为极显著正相关,与阻力系数之间呈显著负相关;且坡面侵蚀速率与水流功率相关关系最优。[结论]研究结果为基于侵蚀动力因子和地形因子及其交互作用的浅沟侵蚀预测模型开发、浅沟侵蚀贡献分离和浅沟侵蚀机理研究提供了科学依据。

滑坡堰塞坝漫顶溃决对外部动力条件的响应机制

堰塞湖库容、入库流量等外部动力条件对堰塞坝漫顶溃决过程具有重要影响。本文通过水槽试验,系统研究了不同库容和入库流量条件下漫顶溃决各阶段冲蚀特性变化,以揭示溃决历时和溃口峰值流量对外部动力条件的响应机制。研究结果表明:库容和入库流量通过控制溃决初始阶段堰塞湖水位变化速率,影响溯源冲刷效率,对初始阶段溃决历时产生显著影响;库容和入库流量通过控制溃口侧向侵蚀速率、影响加速冲蚀阶段溃口侧向展宽效率,对溃决峰值流量产生影响;加速冲蚀阶段溃口垂向侵蚀和侧向侵蚀对外部动力条件变化响应不一致,垂向侵蚀过程受到显著抑制。研究成果有助于深入认识堰塞坝漫顶溃决机制,并为相关防洪减灾工作提供参考。

基于非恒定渐变流-急变流方程的变流量畦灌数值模型

传统畦灌模型多是基于非恒定渐变流方程建立的,在模拟变流量畦灌水流运动时的精度难以保障。本文综合分析了变流量畦灌过程中田面水流的运动状况,将其按照边界条件的不同划分为恒定流量进水阶段、变流量进水阶段、畦首消退阶段、田面消退第1阶段、田面消退第2阶段等5个阶段,基于非恒定渐变流方程和非恒定急变流方程构建了适用于变流量畦灌系统的渐变流-急变流数值模型,通过2组恒定流量畦灌、4组变流量畦灌的田间试验以及2组文献资料中的畦灌试验数据对模型进行了验证。结果表明,渐变流-急变流畦灌模型模拟值与现场实测结果吻合较好,模拟推进时间决定系数R^(2)均大于0.96、模拟消退时间R^(2)大于0.90。与目前常用的WinSRFR模型相比,渐变流-急变流畦灌数值模型在模拟恒定流量畦灌方面具有相似的精度,且在模拟变流量畦灌方面精度更高。渐变流-急变流畦灌模型可以较精准地模拟变流量畦灌的水流运动状况,可为分析变流量畦灌系统、优化变流量畦灌方案提供支撑。

机床主轴静压气体止推轴承静态特性随参数变化规律研究

超精密机床主轴一般采用静压气体轴承支承。文章应用大型商业计算流体软件Fluent,并结合MATLAB神经网络拟合工具箱,训练拟合出不同参数与轴承承载力及入流质量流量的映射关系函数,基于此,研究了不同参数对单节流孔圆形静压气体止推轴承静态特性影响的规律。首先,将计算的压力分布与文献中的实验数据进行对比,来验证计算模型与边界的正确性;然后,采用MATLAB神经网络拟合工具箱,训练拟合出轴承半径、节流孔孔径、气膜厚度和外界供气压力与轴承承载力及入流质量流量的映射关系函数;最后,研究了静压气体止推轴承外部供气结构对轴承压力分布的影响;气膜厚度、节流孔直径和供气压力对轴承承载力及入流质量流量的影响。结果表明:外部供气结构对轴承压力没有明显的影响;气膜厚度减少、孔径和外界供气压力的增大会增大轴承的承载力;气膜厚度、孔径和外界供气压力的增大都会增大入流质量流量。

洞庭湖入汇对荆江河段水位的顶托程度与范围

洞庭湖入汇对长江干流水位的顶托作用影响着荆江河段的水文情势变化,分析其变化特征对研究长江中下游防洪安全问题具有重要意义。为揭示汇流顶托作用的程度与影响范围,本文基于1990—2020年荆江河段水位流量关系与洞庭湖汇流比,提出洞庭湖入汇顶托程度的量化方法,构建计算顶托程度的随机森林回归模型,分析顶托程度主要影响因素的重要性。结果表明:①洞庭湖入汇顶托程度与汇流比呈显著正相关关系;顶托程度随干流流量增大而增加,2003—2020年枯水、中水和洪水流量级监利站水位受顶托程度平均为0.59、1.33和1.60 m;顶托最大影响范围随干流流量与汇流比增大向上游延伸。②随汇流比增大,在2020年干流枯水、中水和洪水流量级下,顶托最大影响范围的延伸区间分别为石首—沙市、石首—陈家湾和陈家湾—枝城;汇流比、荆江段累计冲刷深度、螺山水位及干流流量对顶托程度变化的重要性占比分别为28%、27%、25%和20%。③构建的顶托程度计算模型在不同流量级都能够较好地计算荆江河段水位的顶托程度并确定顶托影响范围。

剪切流下潮流能水平轴水轮机的水动力分析

为研究剪切流下潮流能水平轴水轮机的水动力问题,本文采用叶素动量理论与动态入流模型相结合的方法,考虑相对入流速度的时域变化,计算了不同剪切率下水轮机的各水动力系数,探究了剪切率对潮流能水平轴水轮机的水动力载荷特性的影响规律。经验证,数值模型与CFD模拟结果吻合良好。结果表明:一定范围内,同一速比下,剪切率对时均轴向力系数的影响不明显,对时均功率系数的影响大约以最优速比为分界,高速比时剪切率越大,功率系数越大,低速比时关系不明显;水动力系数的波动周期与叶轮旋转周期存在倍数关系;水动力系数的幅值与剪切率呈近似线性关系。本文可为剪切流下潮流能水平轴水轮机的载荷分析、设计优化提供有效的预报。

西南岩溶区深埋隧洞涌水条件分析及涌水量预测——以滇中引水工程大坡子隧洞为例

隧洞涌水预测是隧洞安全施工的重要保证,而分析涌水条件、识别涌水来源是涌水量预测的前提。本文以滇中引水工程大坡子隧洞为研究对象,通过分析研究区地层岩性、地质构造,结合地下水水化学特征、同位素结果,厘清了研究区地下水的水文地质条件,确定了隧洞涌水补给来源;在此基础上,利用解析法和数值法对隧洞最大单位涌水量和正常单位涌水量进行计算,并将预测涌水量与实测涌水量进行了对比。其中,基于FEFLOW构建的地下水流数值模型,耦合模拟区域宏观流场的同时,采用多时间序列与各类内边界综合赋值的方法刻画动态施工过程。结果表明:解析法可以在工程初勘设计阶段高效计算隧洞涌水量,但不能动态预测隧洞涌水变化且在地下水位较高区段预测精确度不如数值法;数值法能够精细刻画含水系统结构、参数分布以及隧洞施工工况,能较精确预报施工涌水量变化;故采用解析-数值方法可以显著提高涌水量预测效率和精度。本文采用的方法和模型对于大风险隧洞突涌水灾害防控具有重要意义。

卡车驾驶室后围上部外板成形工艺分析及复合拉伸模

分析了大运重卡改型重卡车驾驶室后围上部外板的成形工艺,介绍了一种上下反向复合拉伸成形模结构,该模具实现了上下反向两工序拉伸在同一副模具上完成的创新设计,对于类似大型汽车覆盖件成形工艺及模具设计具有参考价值。

冬小麦不同畦灌施肥模式水氮分布田间试验

基于冬小麦生长期间施用尿素获得的试验观测结果,分析不同畦灌施肥模式下沿畦长土壤水氮空间分布差异,开展畦灌施肥模式田间试验评价,探讨适宜的畦灌施肥运行方式。研究结果表明,畦灌施肥模式差异对有效贮存在作物根系层的土壤水分和土壤硝态氮占0～80 cm土层相应值的比重以及土壤水分空间分布均匀性不产生显著影响,但对沿畦长土壤硝态氮空间分布均匀性的影响却较为明显。基于入畦单宽流量4 L/(s.m)和灌溉全程均匀施肥的畦灌施肥运行方式,可在冬小麦生长期返青水和扬花水灌后2 d的作物有效根系层内,形成相对较高的土壤水氮空间分布均匀性,适合当地生产实践中采用。

工程活动诱发的围岩结构变化对隧道突涌水的影响分析

随着深大交通、水利水电隧道（洞）的大量建设及地下矿产的不断延深开采,隧道突水灾害问题愈加严重。工程活动作为诱发突水的必要条件,其导致的围岩结构变化将对围岩力学、水力学性质及隧道附近渗流场产生重要影响。从工程扰动诱发的围岩损伤及其导致的渗透性演化入手,利用理论解析法研究了隧道围岩结构变化对涌水量及水压力分布的影响。结果表明：损伤区厚度对隧道涌水量和孔隙水压力分布具有较大影响,损伤区范围越大,发生突水的危险性越大;损伤区渗透系数对隧道涌水量的影响阈值约为2个数量级,之后其对涌水量的影响较弱;注浆圈厚度越大、渗透系数越低,隧道涌水量越小,但并不是注浆圈厚度越大、渗透性越低,涌水量的控制效果就越好,而是存在一个最优效果的设计值。

畦灌施肥模式对土壤水氮时空分布的影响

对冬小麦生长期施用尿素条件下不同畦灌施肥模式的土壤水和氮时空分布状况及变化趋势开展研究,评价作物有效根系层土壤水氮沿畦长空间分布均匀性,探讨适宜的畦灌施肥模式。结果表明,畦灌施肥模式差异对作物有效根系层土壤水分沿畦长空间分布状况及其分布均匀性的影响较小,而对土壤氮素的影响较为明显。基于入畦单宽流量4L.s-1.m-1和在灌溉全程内均匀施肥的畦灌施肥模式,可在返青水和扬花水灌后2d作物有效根系层内形成较佳的土壤水氮空间分布状态及其分布均匀性,该效果对返青水可延续到灌后10d。采用较大流量和全程施肥的畦灌施肥模式,可为作物高效吸收利用水肥提供相对均布的土壤水氮状态。

冬小麦表施尿素畦灌下土壤水氮分布试验研究

基于冬小麦生长期表施尿素畦灌下获得的田间试验结果,对不同入畦单宽流量和施肥量下土壤水氮空间分布状况及变化趋势开展研究,评价作物有效根系层土壤水氮贮存效率及其沿畦长分布均匀性,探讨适宜的施肥灌溉模式。结果表明,灌后2d土壤水分均布在0～100cm土层,而土壤硝态氮则聚集在0～40cm土层,土壤水分空间分布差异明显小于土壤硝态氮,作物有效根系层土壤硝态氮贮存效率明显高于土壤水分,表施尿素畦灌下的土壤水氮空间分布同步性并不明显。入畦流量和施肥量对作物有效根系层土壤水氮贮存效率和均匀度影响较为明显,高施肥大流量下作物有效根系层土壤水氮贮存效率及其沿畦长分布均匀性明显高于低施肥小流量下的相应值。

前扰流板对机舱进气量和车辆气动阻力的影响研究

为研究前扰流板高度变化对发动机舱进气量和整车风阻系数的影响,首先采用CFD软件对整车的基础模型进行气动性能仿真,并与实车风洞试验结果进行对比,确定仿真模型的计算精度;然后在该基础模型上添加不同高度的前扰流板进行仿真。结果显示,在前保险杠下方添加高度合适的前扰流板可有效降低整车风阻系数和提高冷却系统进气量。

长江重庆九龙坡河段泥沙淤积规律初步分析

根据原型实测水文资料和实体模型实测资料,对影响长江重庆九龙坡河段泥沙淤积的主要因素进行分析,得出了泥沙淤积量与年输沙量、年径流量、泥沙粒径和嘉陵江入汇汇流比之间的定量关系。在此基础上建立了综合反映各因素定量关系的计算公式。

局部恢复水氮供应对玉米根系氮素吸收与分配的影响

【目的】验证水分或养分胁迫后恢复供应显著提高根系吸收能力,且局部水分或氮素供应有效刺激供应区根系吸收的补偿效应,为进一步揭示水氮双重胁迫后局部恢复供应条件下影响根系氮素吸收能力的因素以及玉米各器官氮素分配状况提供依据。【方法】采用分根技术,水培模拟局部根区水氮同时恢复供应,其中以聚乙二醇6000(PEG 6000)模拟营养液的渗透势,并用相应的供氮水平模拟氮素胁迫。试验设置4个水氮双重胁迫(也即4个局部恢复供应)处理:正常供应水氮、轻度水氮胁迫、中度水氮胁迫和重度水氮胁迫。双重胁迫6 d后一半根区恢复正常供应,于处理后0、1、3、5、7、9 d连续动态监测各根区根系氮素吸收速率、含氮量以及氮素累积量。【结果】水氮双重胁迫后局部恢复供应,持续胁迫区根系吸收速率、含氮量以及氮素累积量均显著小于恢复供应区(P<0.05)。1—3 d时,轻度和中度胁迫处理持续胁迫区根系氮素吸收速率比恢复供应区分别减小38.2%和48.7%;7—9 d时分别减小84.9%和86.4%。对于恢复供应区,局部水氮同时恢复供应1 d内,根系氮素吸收速率较前期胁迫明显增大,且在0—1 d和7—9 d时,经中度及其以下胁迫程度时,根系氮素吸收速率显著大于对照(P<0.05),产生根系氮素吸收能力的补偿效应,但3—7 d时消失。而且,恢复供应区根系含氮量和氮素累积量分别于1 d和5 d后恢复到对照水平,导致植株氮素生产效率最终与对照无显著差异。另外,各处理地上部氮素来自15N肥料的分配比例显著小于对照(P<0.05),且随胁迫程度而逐渐减小,恢复供应区根系则有相反的规律,持续胁迫区根系表现为,轻度胁迫与对照无明显差异(P>0.05),中度和重度胁迫显著大于对照和轻度胁迫(P<0.05),且3—9 d时,中度和重度胁迫间无明显差异(P>0.05)。【结论】前期中度以下程度(水分-0.4 MPa+氮素1 mmol·L^(-1))的水氮双重胁迫后局部恢复供应,恢复供应区根系氮素吸收速率在时间和空间上均可得到恢复,产生根系氮素吸收的部分补偿效应,但这种补偿效应与恢复供应的时间有关(轻度胁迫为1 d,中度胁迫为7 d);玉米各器官氮素分配比例与胁迫程度和局部恢复供应时间有关。该研究可为调节植物与土壤环境的相互作用,充分挖掘植物自身对环境变化的适应潜力提供理论依据。

畦灌不同施肥模式对夏玉米田间水氮分布的影响

为了探究夏玉米畦灌条件下适宜的灌溉施肥模式,在大田试验条件下对不同施肥方式（液施和撒施）、液施不同施肥时机和不同入畦流量下土壤水氮空间分布状况及其变化趋势进行了研究。结果表明,灌后2d土壤水分空间分布差异明显小于硝态氮,适当增大入畦流量有助于改善沿畦长方向土壤水分空间分布均匀性。灌后2d不同处理间作物有效根系层土壤硝态氮和土壤水分的贮存效率（土壤有效根系层土壤硝态氮占0—100cm土层中硝态氮的比重）变化都不明显。入畦流量相同时,液施情况下硝态氮沿畦长分布均匀性（介于86.1%~96.9%之间）高于撒施（介于89.3%~89.7%之间）。基于入畦单宽流量为4L/（s·m）、灌水至畦长33%处时均匀施肥的畦灌施肥模式,玉米根系层中土壤水氮含量比重较高,而且土壤水分与土壤硝态氮沿畦长分布均匀性最好,从而形成了有助于作物吸收的均匀的土壤水氮空间分布状态。

排洪竖井水工模型试验研究

对大型火电厂贮灰场排洪竖井进行了水工模型试验 ,研究了多层多孔竖井—卧管排洪系统的排洪能力 ,泄流流量及边壁压力 ,试验成果与分析对类似实际工程有借鉴作用。

表流湿地冬季运行效果及植物腐烂影响的初步研究

为探索改善表流湿地在冬季低效率的方法以及水生湿地植物腐烂对水质产生的影响,通过改变水力负荷(HLR)和进水方式研究了不同水力条件下表流湿地对CODMn、CODCr、NH4+-N、TP的去除效果,并采集不同水生湿地植物地上部分的样品,浸泡测定浸出液中CODMn的含量变化。结果表明,在冬季水温3～10℃、水力负荷为0.092m·d-1时,湿地对CODMn、CODCr、NH4+-N、TP的去除率分别为6.8%、30.2%、47.0%和25.1%。水力负荷降低到0.040m·d-1时可进一步提高净化效果。而水力负荷上升到0.21m·d-1后,表流湿地对CODMn、NH4+-N、TP的去除率几乎为零,对CODCr的去除率为负,出水中难降解有机质比例增大。将进水间隔从每日1次增加到2次后,湿地对CODMn的去除率显著提高。冬季水生植物腐烂释放实验表明,植物的叶比茎更容易腐烂并释放出还原性物质。在种植湿地植物时应尽量选择冬季释放速率较低的品种,如芦苇(Phragmitescommunis)等。

无排放加注影响因素的试验研究

通过搭建低温液体无排放加注试验台,定量控制进液温度、进液流量、初始壁面温度、加注结构和加注高度5个影响因素,并分析了其对加注特性参数(压力、最终充满率和加注时间)的影响规律.结果表明:进液温度、初始壁面温度对接收容器内压力产生正面影响;进液流量影响加注时间,而加注高度和加注结构对无排放加注产生综合影响.

不同运行条件下潜流人工湿地的水力效率分析

水力停留时间是湿地系统处理效果和水力学优化设计考虑的重要因素。在实际工程应用中,可通过调节不同的运行条件使湿地得到最优化。鉴于水力效率可以综合分析水力停留时间及分布散度对湿地水力学性能的影响,通过不同进/出水口位置和进水流量下潜流人工湿地的脉冲示踪实验,获得其水力停留时间分布曲线,计算不同运行条件下的相对水力效率并进行对比分析。结果表明,进水口位置在上层(进水口①)和小进水流量(0.050 7 m3/h)的湿地系统因具有较长的平均水力停留时间和较小的分布散度,因此其水力效率最高;各进水口的潜流人工湿地出水口位置在上层(出水口①)的有效体积比和水力效率均最大,这可能与出水口所在的填料层孔隙率有关。