水位升降过程中细粒流失促进堆石料湿化变形的试验研究

堆石料在周期性水位循环升降作用下会产生细粒流失现象,从而加剧堆石料的湿化变形。以某发生显著后期变形的心墙堆石坝的上游堆石料为研究对象,采用侧限压缩潜蚀试验装置,针对连续和间断两种颗粒级配的试样,对比开展了恒定水位和升降水位条件下的单轴固结湿化变形试验,得到了轴向应变和细粒流失量的发展过程。试验结果证实,周期性水位升降引起的细粒流失会促进湿化变形的发展,其影响程度与颗粒级配、竖向压力、水位升降速率及初始含水率有关。连续级配试样的内部稳定性优于间断级配试样,细粒流失量更少,因此提高堆石料级配的连续性会降低细粒流失对湿化变形的促进作用。增大竖向压力会提高堆石料内部颗粒间约束力,降低细粒流失量,从而降低细粒流失对湿化变形的促进作用。水位升降速率的提高会增大水对颗粒的渗透力,从而增大细粒流失量,加大湿化变形。增大初始含水率会提高堆石料的压实性,颗粒排列更紧密,细粒流失困难,降低了细粒流失对湿化变形的促进作用。

长江口徐六泾水文站极值水位研究

在气候变化背景下,极端天气和水位事件频发。为了分析长江口极端潮位的长周期特征,研究基于极值理论相关方法,采用近33 a实测资料对长江口极值潮位趋势性和重现期进行分析,结果表明:长江口徐六泾站年极值水位呈轻微下降趋势,直接原因是大通流量减少导致当地年均海面的下降;区分组模型结果显示,台风“温妮”期间长江口造成的风暴潮位为100 a一遇,而POT模型计算结果仅为60 a一遇,100 a一遇重现期潮位约7.0 m;潮位重现期的计算本质是一种用频率代替概率、从样本推求整体的过程,具有一定不确定性。其意义在于以可获取的数据为基础,计算事件发生的风险率,旨在为工程设计或风险管理提供依据。

梯级水库运行期设计洪水及水位联合优化调控变革与启示

我国水资源时空分布不均,年际、年内变差大,洪涝和干旱并存,流域防洪与兴利需求并重。随着大规模水库群建成投运,流域下垫面条件及产汇流机制明显变异,水库及引调水工程运行等人类活动对设计洪水影响显著,梯级水库群运行管理中如何分析和应用设计洪水成为亟待解决的新问题,水库群联合优化调控、水资源高效利用的现实要求十分迫切,已列入中国科学技术协会2023年十大产业技术问题。经过多年探索实践,我国在梯级水库运行期设计洪水及水位联合优化调控方面已取得一定研究进展和成果,但仍存在对暴雨洪水季节性变化规律认识不足、梯级水库群系统中各水库运行相互影响考虑不足、现代水文气象实时预报信息运用不足等问题,亟须系统开展运行期设计洪水及水位联合优化调控体系研究,实现风险可控条件下水资源高效利用,保障防洪安全、供水安全、能源安全、生态安全,推进新阶段经济社会高质量发展。

渤、黄海天文潮—风暴潮相互作用及其对极值水位的贡献

基于Delft3D模型建立了中国渤、黄海风暴潮数值模型,选取1979—2020年影响该海域的93场风暴过程(包括台风、寒潮和温带气旋),模拟了所产生的风暴增水和风暴潮总水位。采用泊松—皮尔逊复合极值分布理论,推算了渤、黄海对应不同重现期的极值水位;通过数值试验,对天文潮—风暴潮非线性相互作用对极值水位的贡献进行了量化分析。研究结果表明,渤海的莱州湾、渤海湾,以及黄海的江华湾、西朝鲜湾风暴增水最大,其中江华湾北侧和渤海湾西南侧的百年一遇风暴增水可达4 m;天文潮—风暴潮非线性相互作用在潮差较大、水深较浅的河口、湾顶区域更为显著,与耦合模型结果相比,非线性作用使极值水位值偏小,天文潮、风暴潮增水的线性叠加可显著高估极值水位,高估的幅值可达0.5~0.8 m。考虑重现期极值水位是海岸灾害防护工程的关键设计参数之一,对海岸构筑物的安全和建造成本影响极大,应重视天文潮—风暴潮非线性相互作用对重现期水位的影响。

高洪水期运行水位对三峡水库泥沙淤积的影响

三峡水库泥沙问题直接关系到水库库容的长效保持。选取典型高洪水期,基于数值模型探究入库水沙量级、水沙异步及运行水位对三峡库区沙峰输移和淤积排沙的影响。结果表明:入库洪峰的增大抑制了涪陵沙峰比的衰减,并导致更多泥沙输运至坝前,使得坝前沙峰降幅受运行水位的抬升更为显著;变动回水区较常年回水区更易受到入库水沙异步影响,且随着来沙系数的增大,由低水位抬升时淤积占比更高;水库排沙比受入库水沙异步影响有限,且随着入库洪峰、沙峰的增大,排沙比增加的同时对运行水位抬升导致的衰减更为敏感。研究成果初步揭示了入库水沙异步及运行水位对库区沙峰运动与淤积的影响,可为三峡水库汛期优化沙峰排沙调度提供参考。

浮子水位、雷达水位双备份观测系统设计

珠江口水文信息系统的水文观测站都是无人站,采用的均是浮子式水位计,且数量逐年增多,发生故障后,修复时间长,造成数据缺测。为了解决这个问题,本文提出使用浮子水位、雷达水位双备份观测方式,数据中心可以通过人工干预或系统自动智能诊断方式分时间段分别从浮子水位、雷达水位中挑选数据作为该站点的实际连续观测数据。本文阐述浮子水位和雷达水位双备份观测的实时数据传输系统组成及工作原理,并通过对浮子水位、雷达水位观测数据的对比分析,验证数据中心通过这种分时间段组合挑选的数据具有连续性、有效性,可作为观测站的实际观测数据,浮子水位、雷达水位双备份观测系统可以应用在珠江口水文信息系统或类似观测领域。

基于蓄能指标的梯级水电站蓄水调度研究

优化梯级水电站汛末蓄水调度可提高流域水资源利用效率。现有基于水库水量占比的蓄满率评价指标,未考虑梯级水电站间的水力和电力联系,难以有效表征蓄水效益。为此,提出了一种基于蓄能的梯级水电站蓄水效益评价指标,以梯级水电站蓄水期发电量与期末蓄能最大为目标函数,构建了梯级水电站蓄水优化调度模型,采用逐次逼近动态规划算法优化水库群蓄水调度,并以清江梯级水电站为例验证模型应用效果。实例计算表明:与常规调度相比,基于蓄能指标的优化调度年均总发电量可增加3%;与传统基于蓄满率指标的调度相比,基于蓄能指标的调度可更全面地得到非劣解集。研究成果可为梯级水电站蓄水调度提供技术支撑。

长江中下游河段低枯水水位流量关系变化规律分析

2022年长江中下游地区发生了夏秋连旱,沙市站水位创历史最低,低枯水水位流量变化引发了生活用水、生产用水、生态用水等系列问题。利用2009~2022年三峡水库试验性蓄水后长江中下游干流实测资料,对沿程各站断面变化、低枯水水位流量关系变化趋势、河道冲淤变化情况进行了分析研究。结果表明:三峡水库试验性蓄水后长江中下游干流各代表站低枯水水位流量关系呈右偏趋势,同流量下水位有不同程度下降,其中沙市站下降幅度最大,宜昌至城陵矶段河道冲刷强度最大。研究成果可为合理调度三峡等长江上游水库,保障中下游生产、生活、生态用水,落实最严格水资源管理、旱情防御等提供重要参考。

新江海河航道梯级布置方案技术经济分析

针对新江海河航道双桥枢纽与新江海枢纽距离近、水位差小且上下游平水期长,对双桥梯级方案取消与否两种方案进行技术经济分析。结果表明,取消双桥梯级方案对区域防洪、排涝、水系连通、水质等影响较大,水系恢复工程总投资和营运费用高,项目内部收益率低;保留双桥梯级方案维持现有水系布局,船闸具备开通条件,可与新江海河船闸联合调度,共用待闸锚地,经济上合理。

基于改进GRA-NARX模型的不同预见期泵站水位预测

基于超参数自动率定的GRA-NARX(grey relation analysis-nonlinear autoregressive model with exogenous inputs)模型是GRA-NARX模型的一种有效改进。以南水北调东线一期工程洪泽泵站为例,使用基于超参数自动率定的GRA-NARX模型,针对1 h和2 h时间间隔的输入数据,分别预测3个短预见期(2 h、4 h、6 h)和1个长预见期(12 h)的泵站站前水位,并与GRA-BP(grey relation analysis-back propagation)模型的预测结果进行比较。结果表明:不同预见期(2 h、4 h、6 h、12 h)下,基于超参数自动率定的GRA-NARX模型的相关系数、均方根误差和平均绝对误差等指标均相差不大,预测精度高,且皆优于GRA-BP模型;采用1 h时间间隔的输入数据预测结果优于2 h时间间隔的输入数据结果。研究成果可为不同预见期泵站站前水位预测提供理论参考。

警戒潮位核定中重现期高潮位计算方法的探讨

针对警戒潮位核定中重现期高潮位计算问题,优化了高潮同步相关法的计算步骤。将核定站年极值高潮位经G-I分布直接得到的重现期高潮位作为客观值,将通过参考站年极值高潮位间接得到的重现期高潮位作为计算结果,以宁波海域湖头渡水文站和乌沙山海洋站、镇海水文站和镇海海洋站、大目涂水文站和石浦海洋站这3对潮位站的实测潮位资料为基础,计算并比较了高潮同步相关法、潮位同步相关法、极值同步差比法和年极值相关法的计算结果误差。结果显示,对于有1个月~5年连续实测潮位资料的核定站,潮位同步相关法计算结果的精确度和稳定性优于高潮同步相关法;对于有5~20年连续实测潮位资料的核定站,当数据年限较长且核定站与参照站同期年极值高潮位呈显著强相关时,年极值相关法的计算结果优于极值同步差比法。

基于多源数据的会仙岩溶湿地核心区域水面变化分析

由于人类活动扰动和气候变化的影响,漓江流域最大的岩溶地貌原生态湿地———会仙湿地的核心区域睦洞湖水域面积萎缩,面临严峻的生态环境风险。利用2017~2021年的65景Sentinel遥感影像数据,运用随机森林分类法提取睦洞湖水域面积,分析近5年睦洞湖水域面积的时空变化,结合睦洞湖水位实测数据和周边水位站数据,探讨了睦洞湖水位―面积之间的相关关系。结果表明,近5年睦洞湖水域面积相对稳定,但丰枯水期变化明显;面积变化区域主要分布在湖区北部;水位―面积关系相关性较好,不同水期的相关系数存在差异,丰水期、枯水期相关性分别为0.90、0.60。

基于小波-LSTM的流溪河流域短期库水位预测模型

考虑到原始监测数据中噪声对库水位预测精度的影响,研究提出了基于小波-LSTM神经网络构建的流溪河流域短期水库水位预测模型。模型以流溪河水库和黄龙带水库2015—2020年的时序数据为研究对象,以小波分解对水位时序数据进行多尺度分析,以2019年8月1日为界划分数据集,以均方根误差RSME、纳什效率系数NSE和平均绝对误差MAE为评价指标,并与LSTM模型在1、6和12 h预见期情境下的预测结果进行了对比分析。结果表明,在1、6和12 h预见期下,小波-LSTM模型和LSTM模型的NSE值均大于0.9,2种模型均取得了不错的预测效果;在相同预见期下,相较于LSTM模型,小波-LSTM模型预测的整体误差和极值误差均更小,模型的整体预测效果更优;对模型输入特征而言,单特征小波-LSTM模型的整体预测误差和极值误差均低于多特征小波-LSTM模型,对水位时序数据的整体预测效果更好,预测中的异常值也相对更少。

中国沿海增减水的变化特征及与海平面变化的关系

本文通过对中国沿海25个观测站水位资料的分析,初步探讨了中国沿海1980-2012年增减水的变化特征及与海平面变化的关系。结果表明:(1)中国沿海增减水的季节变化特征明显,相邻站由于受到的气象状况相同,其沿海增减水变化的过程相近,但是变化幅度存在较大差异。从空间分布看,沿海增减水的变化幅度呈现中间大南北小的区域特征,自长江口至广东沿海,增减水的年变化幅度最大,年变幅平均为5.0~7.5cm;南海周边及北部湾沿海,增减水的年变化幅度次之,年变幅平均为4.0~5.5cm;自渤海至黄海沿海,增减水的年变化幅度较小,年变幅平均为3.3~3.5cm。(2)从时间变化看,1980-2012年中国沿海年平均增减水长期基本没有趋势性变化,但明显存在2至5年的周期性变化信号,该信号的震荡幅度为0.1cm。经过高频滤波后,对沿海月平均增减水序列与Ni1o3.4指数进行相关性分析,相关系数为-0.5,该相关系数通过了显著性检验,说明中国沿海的增减水变化与ENSO事件呈现负相关关系。(3)中国沿海增减水的长期变化及空间分布特征均与海平面变化不同。1980-2012年,中国沿海海平面的上升速率为2.9mm/a,而增减水长期基本无趋势性变化;另外,其季节变化与海平面的季节变化从时间和区域上均不存在一致性。(4)但是,短期海平面的变化与增减水有关,并且增减水对短期海平面的贡献根据其具体情况而定,增水幅度大且持续时间长的过程对短期海平面有抬升作用,其贡献率最大可达65%;反之,减水幅度大且持续时间长的过程则对短期海平面有降低的作用。

孤东七区西馆陶组上亚段6^(3+4)层系合理压力水平研究

为了合理高效地开发油田,并为特高含水期油藏的压力调整提供理论依据,应用最小流压法对孤东油田七区西馆陶组上亚段63+4层特高含水期的地层压力下限值进行了测算,并应用图示法对该区目前的压力状况进行了分析。在此基础上提出了压力调整的建议,即该开发单元目前地层压力高于合理压力水平,应立足于降压开采。该研究结果的可靠性已得到了数值模拟的验证。

三峡库区不同水位期船舶溢油控制策略研究

随着三峡库区通航条件的改善、船舶流量的持续增大,尤其是水上危险品运输业的快速发展,库区水上溢油风险形势日益严峻.本文根据三峡库区不同水位期特点,针对溢油事故高风险水域的溢油数值及围控模拟结果,提出了三峡库区不同水位期船舶溢油围控策略,并对溢油应急围油栏设备配备进行适应性分析.

三峡水库水位波动条件下滑坡抗滑工程效果的数值研究

抗滑桩是三峡库区滑坡治理工程中常用的措施,在三峡水库长期的周期性水位波动条件下,抗滑桩工程效果如何,即是否能够保证滑坡的整体稳定,是目前迫切需要研究的重要课题。选择三峡库区巴东县新县城的谭家坪滑坡次级滑坡-白水沟滑坡为研究对象,在分析工程地质条件和设计资料的基础上,建立二维有限元计算模型,选择合理的岩土力学参数和桩计算参数;利用ANSYS软件,依据不同的模拟方案,分别模拟分析了滑坡在仅考虑自重、自重加暴雨在水位变化条件下的变形和稳定性状况以及抗滑桩的工程效果,即滑坡在设桩条件下的变形和稳定情况。结果表明:①白水沟滑坡破坏机理为牵引式。在暴雨和水位下降条件下,滑坡稳定性降低;周期性水位变化后,滑坡稳定性逐步下降,最终失稳;②依据自重和暴雨工况,考虑175 m降至145 m水位进行的抗滑桩设计,起到了明显的抗滑效果。③周期性水位波动后,滑坡变形破坏逐步加剧,说明抗滑桩虽然起到了的抗滑作用,但阻滑效果逐步下降。因此,在滑坡抗滑工程设计时应考虑该因素的影响,适当提高安全储备。

丹江口大坝加高工程坝踵应力研究

通过数值模拟分析,以丹江口大坝加高前设计蓄水位157m时,在坝体自重、上游水压力及相应水位下的扬压力等荷载作用下的坝体应力作为"初始应力状态",分析加高后的坝踵应力是否恶化以及提高施工期水位对加高后坝踵应力的影响程度。分析认为:与"初始应力状态"相比,加高后当库水位升至校核洪水位174.6m时,各坝段坝踵应力出现不同程度的恶化。提高施工期水位,对深孔坝段和厂房坝段的坝踵应力(库水位提高到正常蓄水位170m及以上时)没有明显的不利影响,对左联35号坝和右联7号坝段的坝踵应力稍有不利影响。

井水位长周期事件记录及其机理的讨论

选择了几口具有代表性的观测井,并对这些井孔在强震前记录到长周期波现象的特征进行了分析。从理论上对地震前的长周期事件给出了较为合理的解释,认为地震前一些敏感井水位长周期事件可能反映了断层蠕动、静地震与慢地震、断裂的预扩展和地震成核等。井—含水层系统像一个长周期地震仪,它为记录到有价值的前兆低频波提供了最佳的频率响应范围。

山东沿岸多年一遇最高水位计算

应用山东沿岸各海洋站(日照、青岛、乳山口、威海、烟台、龙口、羊角沟)最近几十年各年最高水位数据和极值Ⅰ型(Gumbel)分布理论,对山东沿岸多年一遇最高水位进行了概率计算。给出的各海洋站Gumbel理论曲线与实测值的经验频率之间符合较好(绝对误差在10 cm以下)。研究表明,应用极值Ⅰ型(Gumbel)理论对山东沿岸各海洋站多年一遇最高水位的概率推算是可靠的。这些结果对山东省近岸、近海海洋工程开发建设有一定参考意义。