憎水膜层在大气暴露和模拟积水环境中的失效行为研究

研究憎水膜层表面憎水角、憎水角滞后、红外吸收光谱、交流阻抗响应、表面微观结构等变化,探讨不同环境条件和基材对憎水膜层失效行为的影响。结果表明:室外大气暴露环境中憎水性能衰减速率较室内环境的快,室内环境暴露115d的膜层憎水角仍在100°以上,而同样在室外环境中憎水膜层的憎水角则下降到50°左右。红外分析表明,室外憎水膜层中Si—O—Si长链结构和Si—H键遭破坏;在模拟积水环境中钢与铝合金上的膜层憎水性能及水滴在膜层表面的流动性能差异较大,但两种材料上的憎水膜层分子结构未发生明显改变;AFM测试结果表明,膜层本身粗糙度的降低是导致憎水性能下降的原因之一。

300M超高强度钢在模拟积水环境中的腐蚀行为

针对飞机结构部件在服役过程中存在的缝隙积水导致结构材料腐蚀的问题,通过研究腐蚀产物、形貌、失重、腐蚀速率、腐蚀损伤度以及积水溶液与暴露金属的面容比、pH值等的变化,探讨了300M超高强度钢在模拟积水环境中的腐蚀行为。结果表明,300M钢在模拟积水中的腐蚀是从点蚀开始,然后点蚀坑扩展合并,逐渐发展为全面腐蚀,其腐蚀失重和腐蚀损伤度随腐蚀时间的增加而增大,腐蚀损伤度则呈现出幂函数变化趋势;随腐蚀时间的延长,模拟积水环境中的pH值从初期的4.2升到5.2再下降到4.8～5.0,平均腐蚀速率也从0.289g/(m2.h)线性减小到0.120g/(m2.h);电化学交流阻抗结果表明随腐蚀时间的延长,容抗弧半径逐渐增大,说明腐蚀产物对基体起到一定的保护作用,这与腐蚀速率变化规律一致;另外,不同的面容比(腐蚀介质体积与300M钢暴露面积之比)对腐蚀过程的影响是:随面容比的增加,腐蚀失重与腐蚀速率均增大。

三种不同面容比模拟积水溶液环境中300M钢的腐蚀行为

基于飞机结构材料300M钢在海洋高湿环境中缝隙部位积水导致的腐蚀损伤问题,研究了300M钢在3种不同面容比模拟积水溶液环境中的腐蚀行为,借助Tafel极化曲线和电化学交流阻抗谱实验探讨了影响腐蚀速率的主要原因。在模拟积水环境中,分析了腐蚀失重、失重速率、损伤度以及腐蚀过程中腐蚀溶液溶解氧浓度、pH值与不同面容比(2、5、20mL/cm2)之间的关系。结果表明:随材料腐蚀时间的延长,腐蚀溶液中的溶解氧浓度降低,pH值上升,而且随面容比的增大,材料的腐蚀失重增加,腐蚀失重速率也增大。Tafel极化曲线和电化学交流阻抗谱结果表明,不同pH值下300M钢耐蚀性的差别导致了不同面容比环境下腐蚀损伤的差异,3种面容比模拟积水环境中腐蚀速率大小为V20>V5>V2。

30CrMnSiNi2A钢在模拟油箱积水环境中的腐蚀行为研究

通过分析探讨腐蚀面积、腐蚀失重速率、模拟油箱积水中的溶解氧含量和pH值、材料表面腐蚀电位等变化,研究了30CrMnSiNi2A高强钢在模拟油箱积水环境中的腐蚀行为。研究发现:30CrMnSiNi2A高强钢在模拟油箱积水中的腐蚀可分为三个阶段:快速腐蚀阶段(0～24h),腐蚀面积小,腐蚀速率快;中速腐蚀阶段(24～168h),腐蚀面积大,腐蚀速率相对减慢;慢速腐蚀阶段(168～480h),发生全面腐蚀,腐蚀产物的大面积覆盖使得腐蚀速率缓慢。随着腐蚀的进行,模拟油箱积水中的溶解氧含量从开始的逐渐减少到保持稳定;pH值从开始的迅速增大到小幅度波动变化;腐蚀电位在整个腐蚀过程中呈指数函数递减变化。另外,电化学交流阻抗谱和Tafel极化曲线测试结果表明,30CrMnSiNi2A钢在三个特征pH值处的腐蚀速率快慢为V4.2>V4.8>V5.2。

2524铝合金包铝层在模拟油箱积水环境中结垢及其对腐蚀行为的影响

基于飞机油箱舱内铝合金在油箱积水环境中发生的结垢及腐蚀行为,采用电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)和视频显微镜等设备研究了带包铝层的2524铝合金在模拟油箱积水环境中的结垢及其对腐蚀行为的影响。结果表明:2524铝合金包铝层在模拟油箱积水环境中的结垢行为分为两个阶段,浸泡初期主要为胶体铁在试样表面的沉聚,浸泡中后期则以难溶的金属氢氧化物沉积为主,且结垢面积随时间按照特定的幂函数变化;在浸泡前24h,结垢产物促进铝合金的腐蚀,在24h以后,结垢产物对铝合金包铝层的腐蚀起到一定的抑制作用。

城市立交桥积水数值模拟研究

城市排水是智慧水务建设的一部分,而立交桥下积水问题是城区道路积水问题中的一个重点,因此解决好立交桥下的积水问题尤为重要。以SWMM模型为基础,结合GIS和SCADA建立立交桥积水模型,对杭州市滨江区一座铁路涵洞积水进行模拟,计算不同降雨频率下,排水设施运行和路面积水状况。该研究可作为城区暴雨积水决策支持系统的一部分,以供防汛指挥和工程改造应用。

对郑州市地下桥积水模拟模型的构造与缓解桥底积水方法的研究

随着城市交通的发展,地下桥(也称下穿式立交桥)的出现有效的缓解了交通堵塞的状况。但是,因地下桥向地表面以下延伸,道路高程一般低于周边地区,在强降水发生时易形成积水,对车辆和行人安全形成威胁。本文基于近期发展的优化水流算法,并综合考虑降雨量、排水系统等因素,构建地下桥积水位置模拟模型。实验结果显示模型能较好的模拟水流汇集情况。此外,利用此模型寻找缓解桥底积水问题的有效措施。对比实验指出在道路出入口加设阻水坡是解决底部积水问题的有效措施。

基于SWMM模拟上海市区排水及地面淹水过程

针对上海市城区排水系统的水文水力学特性,以SWMM(Storm W aterManagementModel)为基础开发出适合上海市区产流及排水特点和防汛管理要求的城市雨洪模型。模拟结果表明,该模型的计算结果较为理想、可靠,可在实时和规划条件下动态模拟各排水片和街区的地面积水全过程,并能满足市区防汛预报、水情分析、工程规划与管理等工作的要求。该模型对其他城市的类似工作具有较好的参考价值和指导意义。

城市构筑物暴雨内涝分层模拟技术及应用

气候变化和城市快速发展,导致我国城市洪涝问题日益突出。城市洪涝模拟是当前城市洪涝灾害风险管理领域研究热点,但国内外依然缺乏针对城市多层构筑物的精细模拟技术和方法。城市立交桥,是一种典型的城市多层构筑物,极易遭受洪涝灾害,并对城市交通造成严重影响。以城市立交桥为代表,在现有全分布式城市暴雨内涝模型基础上,结合城市立交桥的特点,提出一种分层模拟技术,并从网格分层构建、分层产汇流计算、地表与管网分层耦合和上层网格排水等方面详细阐述了分层模拟技术。将该分层模拟技术应用于深圳市罗芳立交桥2018年“8.29”暴雨积水过程模拟,与单层模拟方法相比,多层模拟结果更接近上报积水信息。研究表明,分层模拟技术更能准确表达城市复杂多层建筑物的实际暴雨内涝过程。

基于高精度MIKE模型的居住小区雨水系统评价及内涝积水分析

MIKE FLOOD是一款功能强大的水动力模型,常被用作对精度要求不高的市级或流域尺度的雨洪模拟。针对居住小区的重要性和小尺度性特点,以深圳某居住小区为例,基于MIKE FLOOD构建1.5 m×1.5 m精度的管网和地表耦合模型。模拟结果显示,有33%的管网排水能力小于1 a,54.5%的管网排水能力大于5 a。模拟50年一遇暴雨条件下,区域内共有6处积水情况,其中最大积水深度高于1.2 m,且最大积水时长大于19 h。研究结果,为工程提供科学的决策依据。

老旧小区积水点改造工程设计案例分析

经济的发展以及城镇化水平的不断提高,同时贯彻国家关于防汛减灾和城市精细化管理工作决策部署,有效解决老旧小区居民群众“积水之忧”,此时,深入探讨老旧小区积水点改造设计方案具有重大意义。因此,文中就从通过小区积水成因分析,制定切实有效的改造设计方案,结合具体工程,对老旧小区积水点改造工程设计进行深入探究,以期为相关工作提供帮助。

基于Infoworks ICM模型的邢台市城市内涝灾害风险评估

充分考虑邢台市地形特征和防汛排涝工作的需求,基于Infoworks ICM模型构建了邢台市中心城区城市内涝淹没模型,并利用典型降雨个例对模型进行参数率定与验证.在此基础上,模拟2,5,10,30,50 a一遇1 h降雨工况下邢台城区内涝积水情况,结合积水深度和积水时间进行内涝灾害风险评估研究.结果表明:不同重现期的积水淹没区间均主要集中在0.1~0.3 m,淹没面积平均占比达到65%;在不同重现期降雨情况下,风险面积占比最大的均为低风险区,其次是中风险区和高风险区,平均面积占比依次为65%,23%和12%;随着降雨强度的增大,低风险区面积占比逐渐减小,而中、高风险区面积占比逐渐增大.

温度对2A12铝合金在模拟油箱积水环境中初期腐蚀行为的影响

基于飞机油箱舱内的铝合金在油箱积水环境中发生的腐蚀损伤问题,通过研究腐蚀形貌、最大点蚀坑深度、最大点蚀坑开口面积、表面腐蚀损伤度、交流阻抗响应等变化,分析了温度对2A12铝合金在模拟油箱积水环境中初期腐蚀行为的影响。研究发现,最大点蚀坑深度、开口面积、表面腐蚀损伤度都随着温度的升高而增加,特别当温度升高到65℃和75℃时,腐蚀严重加剧,各项评价指标显著增大。在25、35、45、55℃模拟油箱积水环境中,最大点蚀坑深度及开口面积随时间的关系呈现幂函数变化规律,而在65℃、75℃时,其遵循最小二乘法多项式拟合。电化学交流阻抗谱测试结果表明,2A12铝合金在3个特征温度(常温25℃、中温55℃及高温75℃)下的腐蚀速度快慢为V75℃>V55℃>V25℃。

基于SWMM模型的郑州市运粮河组团区内涝研究

针对以内涝为主要特征的城市洪水问题日趋突出,所造成危害日趋严重的现象,构建了基于地理信息系统(ArcGIS)的城市雨洪模型(SWMM)。以郑州市运粮河组团区为例,模拟分析了不同重现期降雨下规划区域的内涝情况,并选取具有代表性的易涝点进行优化分析。结果表明,该模型的计算结果可以为排水系统设计标准校核及优化设计方案提供一定的技术支持。

新排水防涝标准下山地城市排水防涝规划研究

针对城市内涝灾害频发问题,在新修编的《室外排水设计规范》与城市排水(雨水)防涝规划编制大纲等文件的指导下,我国城市排水防涝工作已取得一定进展;以暴雨内涝灾害频发的湖北郧县(现已更名为十堰市郧阳区)老城区为研究对象,运用MIKE FLOOD水动力学计算软件构建模型,模拟区域降雨到排水行洪的各个环节,实现积水淹没模拟计算结果的可视化,并基于最新的排水防涝标准,根据模型研究结果结合SWMM软件与低冲击开发理念得出较为合理的内涝防治方案。

长白山天池火山千年大喷发期后火山泥石流沉积特征及其源-汇响应关系

源于长白山天池地区的火山泥石流沉积可分为粗碎屑岩块(岩屑)泥石流和细碎屑浮岩泥石流,它们沿二道白河和松花江水系搬运的路径为从距天池火山口40km的三合水电站经过丰满大坝(360km)和吉林市(380km)到小白旗屯(450km),形成广泛的沉积区域。这两类火山泥石流的沉积成因有两种解释:一是形成于千年大喷发同期,是由一次性洪水事件搬运和沉积形成的;二是形成于千年大喷发期后经过多次搬运和沉积的产物。两个模式的共同问题是都没有考虑天池当时是否有水及其蓄水过程。后一模式在某种程度上,还回避了导致岩屑与浮岩两类泥石流频繁互层的沉积物源和水动力条件以及二者的转换机制,而这恰恰是关于泥石流沉积成因的基本要素。通过重新研究火山泥石流经典剖面(位于天池西北57.73km的水田村),作者发现本区火山泥石流沉积存在明显的物源剥蚀区与沉积堆积区的反剖面关系。即无论是粒径32~500mm的粗碎屑还是0.0625~16mm的细碎屑,成分自下而上(或沉积早期到晚期)呈现规律性变化:剖面下部的碎屑成分以浮岩为主(浮岩在物源区位于顶部),向上粗面岩和玄武岩明显增多(在源区它们位于浮岩之下),而沉积序列上部的碎屑成分是在物源区处于较深层位的岩脉辉绿岩和基底流纹岩。整个序列碎屑成分的沉积分异特征明显。沉积构造和岩相组合特征显示,该火山泥石流剖面的下部和上部碎屑粒度细、分选较好、成层性好、水平状层理发育,主要表现为环境较为稳定的以地面径流为主的河流相和末端扇相背景沉积;中部粒度粗、成层性差、主要表现为突发性洪水作用导致的洪积相事件沉积。沉积序列中频繁出现的冲刷面构造指示水流强度曾出现周期性的快速增加。自下而上冲刷面规模由小变大再变小,指示水流强度由弱变强再变弱。为了探讨天池的积水条件和蓄水过程,作者基于达西定律和质量守恒原理,模拟计算降水量、蒸发量、地表径流量、火山机构整体的平均渗透率和天池积水速率之间的关系。结果显示,当天池火山机构平均渗透率高于6m D(毫达西)时,天池地区降水量减蒸发量即使高达2000mm/y,水亦会全部渗流而出,因此天池不存在积水环境。当降水量减蒸发量小于1500mm/y时,则天池火山体平均渗透率需要小于4m D,天池才可能在200年之内集满现今的水量。当天池降水量减蒸发量小于1000mm/y时,天池火山体平均渗透率需要小于2.5m D,天池才可能在200年之内集满现今的水量。将水田村火山泥石流沉积序列与天池蓄水过程计算结果加以对比,我们提出本区火山泥石流沉积序列的另一种成因解释:(1)这是形成于千年大喷发之后的以地面径流或河流为主的背景沉积与洪水导致的突发性事件沉积互层的序列;上部和下部的细碎屑层主要表现为背景沉积,中部的粗碎屑岩块泥石流主要表现为洪流事件沉积。(2)下部的背景沉积可能对应于天池千年大喷发之后的持续积水过程,时间可能不少于200年;而上部的背景沉积则对应于本区的水系和地貌逐渐稳定并接近于现今条件的稳定型河流沉积。结合天池北坡和西坡古老树木年轮指示的沙松冷杉生长年代(公元1749-1768)同时考虑松柏类植物对水系和地貌稳定性较为敏感等因素,推测上部沉积环境趋于稳定的时间应该不晚于公元十八世纪初。

济南城市防汛GIS研究

首先对济南城市防汛GIS系统进行了总体设计,给出了系统的数据库设计,并重点介绍积水模拟模型的输入输出设计,然后对组件技术、积水模拟模型等系统实现的关键技术进行了阐述,最后介绍了济南城市防汛GIS的特色功能模块。系统运行良好,为济南的城市防汛提供了科学决策的依据。

胞外聚合物对飞机油箱2024铝合金腐蚀行为影响

目的探究飞机油箱内有积水存在的环境中硫酸盐还原菌分泌的胞外聚合物(EPS)对飞机油箱2024铝合金腐蚀行为的影响,为飞机油箱中微生物腐蚀与防护提供理论依据。方法针对航煤中微生物滋生导致飞机油箱材料2024铝合金腐蚀失效的问题,通过傅里叶红外光谱(FT-IR)分析EPS的组成,并利用电感耦合等离子体发射光谱仪(ICP-MS)分析金属离子含量,采用表面分析法和电化学法研究了硫酸盐还原菌EPS在模拟飞机油箱积水环境中诱导飞机油箱2024铝合金的腐蚀行为。结果与无EPS添加的介质条件相比,在相同的试验条件下,EPS导致航煤积水模拟溶液中的2024铝合金腐蚀电流密度减小,腐蚀产物膜呈疏松多孔的形貌,腐蚀形貌以点蚀为主。试验结束时,2024铝合金在EPS质量浓度为200 mg/L的模拟溶液中腐蚀速率大致为无EPS添加的模拟溶液中的1/10。当溶液中EPS质量浓度为100 mg/L和200 mg/L时,尽管EPS与Al^(3+)络合产生的EPS-金属络合物会促进2024铝合金试样阳极溶解速度,但起主要影响的是抑制溶解氧扩散减缓阴极吸氧反应,抑制腐蚀的效果与EPS浓度仍成正比。结论航煤积水模拟溶液中加入EPS会影响铝合金的腐蚀行为。当EPS质量浓度为200 mg/L时,抑制铝合金腐蚀效果最好;对于EPS质量浓度为300 mg/L的溶液,EPS-金属络合物失去隔离溶解氧作用进而加速试样腐蚀。

基于GIS与SWMM的暴雨内涝风险评价——以山东半岛某LNG接收站为例

随着全球变暖和厄尔尼诺事件回归导致极端天气频发,洪涝灾害频次和程度逐步上升。暴雨内涝风险评价逐渐成为城市防灾减灾工作的重点。本文基于GIS和SWMM构建了山东半岛LNG接收站暴雨内涝模型,采用50 mm、100 mm、200 mm、400 mm四种降雨情景,对山东半岛某LNG接收站开展暴雨内涝模拟分析及风险评价。根据评价结果提出山东半岛LNG接收站站暴雨内涝预警及治理措施。研究思路对于国内同类型LNG接收站开展暴雨内涝风险防范工作具有借鉴意义,研究结果可供山东半岛LNG接收站暴雨内涝风险应对参考。

基于海绵城市理念的东莞市松山湖大科学装置集聚区城市雨洪调控分析

以东莞市松山湖大装置集聚区所在流域为研究区,探索基于海绵城市理念提升低丘城市小流域洪涝应对能力的路径。采用MIKE FLOOD系统分析片区开发对流域洪涝情势的影响,提出以绿色调蓄设施建设为主、洪涝行泄通道改造为辅的提升策略,并分别以地块、子汇水区、流域为单元,提出3个空间尺度的绿色调蓄设施类型、布局及规模。通过模型验证,流域雨洪调控系统可有效应对100年一遇设计暴雨洪水,而多层级耦合的绿色调蓄系统可有效削减流域洪水,减少对建成区现有排洪系统的冲击,避免洪涝风险向下游转移。