热湿循环作用下节理砂岩重复剪切力学特性及本构模型

乌东德、白鹤滩等大型水库处于金沙江典型干热河谷内,其岸坡消落带岩土体除经受库水位每年大幅升降以及汛期小幅频繁变化的影响外,还包括干热河谷高温低湿气候条件以及区域高频地震和水库地震的影响。为研究干热河谷地区消落带节理岩体的损伤劣化特性,在前期水-岩作用的研究基础上,以乌东德库区典型岸坡节理砂岩为研究对象,开展了热湿循环作用下节理砂岩重复剪切试验,分析了节理岩体的剪切力学特性劣化规律和劣化机理,并分段建立了考虑热湿循环作用损伤的节理砂岩剪切本构模型。研究表明:(1)在热湿循环以及重复剪切作用下,节理砂岩的抗剪强度、剪切刚度、剪切重点剪胀值和屈服点剪切位移均呈现“快-缓-稳”的劣化趋势,其中在前3个循环周期内劣化幅度显著,劣化占比近70%,3~8个循环周期内劣化速率放缓,8个循环周期后劣化速率趋稳;(2)相比于干湿循环,热湿循环对岩石孔隙度和纵波波速的影响更大,且岩石颗粒间的连接作用在较高温度的影响下更易遭受破坏;(3)根据剪切应力-剪切位移曲线特征,建立了以Goodman模型和Clough-Duncan双曲线模型分段修正描述的本构模型,模型曲线与试验结果能够较好吻合。研究成果及方法可为干热河谷水库岩质岸坡消落带稳定分析提供参考。

基于碳减排的梯级水库消落期多目标水碳调度研究

提出基于碳减排的梯级水库消落期多目标水碳调度模型,将碳排放因子法应用于梯级水库水碳调度研究,为梯级水库消落期水碳协同调度提供技术支撑。以发电量最大和温室气体排放量最小为调度目标,采用NSGA-II算法求解模型,并以金沙江中下游6座水库与三峡水库组成的梯级水库为研究对象进行实例研究。结果表明:相较现行调度方案,在丰、平、枯不同水文情景下,发电效益最佳方案可使梯级水库年发电量提高44.3~75.9亿kW·h,增长率为4.0%~5.2%;碳减排效益最佳方案可减少温室气体排放量(CO_(2)当量)37.5~42.5 Gg/a,降低4.2%~4.7%;协调调度方案可提高年发电效益36.4~73.8亿kW·h(增长率3.2%~5.0%),减少温室气体排放量(CO_(2)当量)36.3~41.4 Gg/a,降低4.0%~4.6%。

考虑生态流量约束的梯级水库分期消落水位多目标优化调度

针对如何表征枯水期季节性特征、优化分期消落水位来指导水库群消落调度的科学问题,提出了考虑生态流量约束的梯级水库分期消落水位多目标优化调度模型。以金沙江中下游6座水库与三峡水库为研究对象,综合运用多种数理统计方法划分流域枯水期;采用逐月滑动计算法推求梯级水库分期消落水位;以生态和发电效益最大为目标函数,利用NSGA-Ⅱ算法求解调度模型,得到不同来水情景下梯级水库枯水期消落调度方案。研究结果表明:不同来水情景下,相较于常规调度方案,选定的优化调度方案可增加梯级水库发电量30.20亿~52.27亿kW·h(增加2.3%~5.0%)和供水量83.15亿~87.14亿m3(增加5.8%~7.4%),并提高河道生态流量保证率2.6%~22.9%。研究成果可为协调梯级水库生态和发电调度提供技术支撑。

基于分形理论的三峡库区消落带岸线形态特征研究

以消落带为基础数据,采用网格法计算了不同水位及各段岸线的分形维数,对其分布特征和空间分布规律进行了研究。结果表明:(1)145 m水位岸线、175 m水位线和消落带整体形态的分维值D分别为1.1996,1.3216,1.3192;(2)消落带145 m水位线相对于175 m水位线和消落带整体形态而言,相对平直简单,与岸线实际情况相符合;(3)消落带网格单元分维值整体均值为1.24,最大值为1.40,主要分布在1.05~1.3之间。

枯竭油气藏储气库出砂机理及防砂研究进展

枯竭油气藏储气库出砂会导致储层损害、井下管柱磨蚀及地面辅助设备故障等危害,严重影响储气库安全运行和有效储气能力。本文从油气藏开发阶段与储气库运行阶段出砂的异同出发,调研分析了现有枯竭油气藏储气库出砂机理、临界出砂生产压差预测以及防砂工程措施,对储气库出砂研究进展进行分析总结,指出了现有研究的不足以及未来攻关的方向。

常规天然气藏均衡开发理论与关键核心技术

常规天然气藏(含致密气藏)是天然气产量的主力军和“压舱石”。为了推动我国气田开发水平的整体提升,基于气藏开发实践认识,剖析了常规天然气藏开发面临的非均衡动用与非均匀水侵两个核心问题,提出了常规气均衡开发理论,建立了天然气采收率数学评价模型,并依据模型关键参数确定了气藏均衡开发关键核心技术。研究结果表明:①气藏均衡开发理论内涵是通过打开压降通道或控制气水关系,降低气藏废弃压力,实现地层能量利用效率和采收率最大化;②气藏压降波及系数、压力衰竭效率、水侵波及系数及宏观水驱气效率是影响天然气采收率的4个关键参数,4个关键参数的乘积与叠加组合影响相应水侵与非水侵气藏的采收率;③气藏均衡开发基本原理包括储量均衡动用和气藏均衡压降2个方面,储量均衡动用核心技术包括开发单元精细划分、井型井网优化、储层改造与地面增压,气藏均衡压降核心技术包括水侵优势通道刻画、生产制度优化、水侵动态预警与综合治水等;(4)常规天然气藏开发始终要围绕提高4个关键参数开展工作,进而实现气藏的均衡开发,实现气藏开发效益最大化。结论认为,均衡开发理论的提出和实践有效支撑了鄂尔多斯盆地苏里格致密砂岩气藏和四川盆地安岳气田龙王庙组气藏的高效开发,该理论与技术对推动我国常规天然气藏提高采收率以及保障国家能源安全具有重要作用。

龙滩水电站汛前消落水位优化及规律研究

龙滩水电站是红水河开发的控制性水库,开展龙滩水电站汛前消落水位优化研究,对流域防洪安全、供水安全、电网用电安全意义重大。在分析龙滩水电站汛前消落运行现状及调度需求的基础上,建立了龙滩水电站汛前消落优化调度模型,并通过进化算法对模型高效求解,然后在多年优化调度方案集的基础上对龙滩水电站优化消落水位规律进行深入分析,提炼龙滩水电站汛前消落水位优化调度规则。结果表明通过优化龙滩水电站汛前消落水位过程,能够显著提高梯级水库群的多年平均发电效益,所提炼的龙滩水电站汛前消落水位优化调度规则能在实际调度运行中提供技术支撑。

抽水蓄能电站库址筛选分析

抽水蓄能电站设计时,库址筛选工作极为重要,直接制约地勘工作和项目推进。通过归纳抽水蓄能电站上、下水库常见的库址形态,分析前期阶段动能指标拟定的过程,研究正常蓄水位和消落深度的确定方法,总结了库址筛选的基本流程,可对抽水蓄能电站前期库址筛选工作起到指导作用。

基于透明土的库水位骤降下消落带滑坡-伞型锚体系变形破坏机理

消落带是关系到库岸滑坡稳定性的敏感地带,尤其在库水下降作用下,消落带应力、渗流及变形发生明显改变。而伞形锚作为一种新型锚固技术,以其结构简单、安装方便、承载力高等优点逐渐运用于工程实践。因此,研究库水位骤降下消落带滑坡-伞型锚固体系破坏机理具有重要意义。本文以新疆TH1水库滑坡水位消落带为原型,采用透明土模型试验,考虑不同坡角和锚固间距,设计了6个消落带滑坡-伞型锚固体系物理试验。采用粒子图像测速(PIV)技术获得了滑坡内部位移、速度和宏观变形数据。结果发现:(1)较未加固模型,减少坡角、植入伞型锚杆可以明显提高消落带滑坡稳定性,减少消落带滑坡滑移速度及破坏程度;(2)不同锚固间距与消落带坡角条件下,消落带滑坡-伞型锚固体系呈现3种典型破坏模式:完全贯穿式,局部滑移式及多级滑移式;(3)坡角越大,滑坡受库水位骤降影响越大,滑动面越深,而伞型锚杆的植入可以改变滑动面的形态、位置,提高滑坡整体稳定性。

三峡库区蓄水后消落带边坡变化特征

为掌握三峡水库蓄水以来消落区边坡变化情况和趋势,通过资料分析和外业查勘复核,对比2008—2016年379个固定断面,分析各库岸段消落区边坡变化情况。结果表明,边坡变化主要是由人工边坡建设引起的,局部是因为自然变化,其中人工边坡涉及的消落区对应的岸线长度为633.85 km,占11.68%,现状总体稳定,处于受控状态;自然边坡处于淤积状态的库岸74.79 km,占1.56%;处于原始状态的库岸2457.31 km,占51.28%;轻微再造的库岸2164.43 km,占45.17%;较强烈再造的库岸95.55 km,占1.99%。在变化趋势上,库岸再造活动将进入逐渐减弱的发展阶段,可为三峡库区消落带边坡的治理和规划预测提供科学合理的理论指导与建议。

考虑北总干渠灌区取水后的溪洛渡、向家坝水库联合消落调度优化研究

以溪洛渡、向家坝梯级水库为研究对象,在满足向家坝北总干渠灌区灌溉取水的前提下,以梯级水库发电效益最大作为目标,研究两库联合枯水期消落方案,并建立两库联合消落调度优化模型,优化梯级水库水位的消落深度和回蓄过程。结果表明:通过优化梯级水库水位的消落深度和回蓄过程,可增加梯级电站发电效益,且梯级增发电量主要为溪洛渡的增发电量,联合优化调度的重点在于优化溪洛渡的枯水期水位消落方式。

丹江口水库消落区土地覆被空间格局分析

基于10 m分辨率的DEM数据,对丹江口水库150 m、160 m1、70 m和172 m水位淹没范围进行了提取;基于2009—2010年获取的RapidEye和Landsat-5 TM遥感数据,采用面向对象分类法,对丹江口水库172 m水位线以下的区域进行了土地覆被遥感监测。据此探讨了丹江口水库消落区土地覆被的空间特征,分析了引起土地覆被空间格局差异的影响因素。监测结果表明,丹江口水库150～160 m、160～170 m和170～172 m水位消落区的面积分别为232.0 km2、242.6 km2和43.1 km2;在各水位消落区内,土地覆被类型均以耕地为主,其面积均占各区间面积的50%左右;在低水位处裸地面积较大,高水位处森林面积较大。大坝水位调度和库岸坡度是丹江口水库消落区土地覆被空间格局差异的影响因子,高程低的区域受大坝水位调度和库岸坡度的双重影响,高程较高的区域则主要受库岸坡度的影响。

库水位下降情况下滑坡的稳定性分析

库水位的下降是库岸产生滑坡的重要原因。为了研究库水下降时坡体的稳定性,根据布西涅斯克非稳定渗流微分方程,得到了库水位等速下降时坡体内浸润线的简化计算公式。在此基础上,通过算例分析了滑带土抗剪强度、库水下降速度、下降高度以及坡体的渗透系数等对坡体稳定系数的影响。结果表明在库水位的下降过程中,坡体存在一个最危险的水位,在这个水位坡体的稳定系数最小,该位置一般在滑体的下1/3处。

三峡水库消落区土壤磷吸附特征

采集了三峡水库消落区主要土壤类型和土地利用方式的土壤样本30个,研究了土壤对磷的等温吸附过程。结果表明:三峡水库消落区土壤磷的等温吸附过程可以用单表面Langmuir方程、双表面Langmuir方程、Frendlich方程、Temkin方程描述。土壤吸磷能力为水田>旱地,黄壤>紫色土>冲积土。紫色土、冲积土的磷零点吸持平衡浓度高于发生富营养化的临界浓度(0.02mg/L)。黄壤对磷有较大的缓冲容量,而冲积土、紫色土对磷的缓冲能力较小,土壤淹水后其释放磷的风险大于黄壤。土壤的吸磷能力与土壤活性铁铝和有机质含量呈正相关,与磷吸持饱和度呈负相关。磷吸持指数可代替最大吸磷量用于评价土壤的吸磷能力,磷吸持饱和度可用来评价磷在水土界面的迁移能力。

致密低渗气藏水锁影响因素研究

针对致密低渗气藏中严重影响勘探开发效果的水锁损害,分析了影响水锁效应的因素,利用致密低渗气藏天然岩芯,从储层平均孔喉半径及渗透率、生产压差、粘土矿物种类及含量、气水相渗曲线形态等方面,开展了系统的水锁实验研究,发现储层渗透率、粘土矿物种类及含量、气水相渗曲线形态是影响水锁效应的内在因素,生产压差是影响水锁效应的外在因素。认清了影响水锁效应的因素,为深化致密气藏水锁机理与渗流机理的认识和更加有效勘探开发致密低渗气藏具有指导意义。

梯级水库群汛前消落控制多目标优化方法

大型水库汛前消落控制是流域梯级乃至整个水电系统调度的核心问题之一,关系到电网的安全、稳定、经济运行。该文以乌江干流梯级水电工程为背景,结合贵州电网水火电协调运行需求,提出梯级水库群汛前消落控制多目标优化方法,引入"基尼系数"描述梯级蓄能消落均衡程度,构建了蓄能消落基尼系数最小和发电量最大多目标优化模型;提出耦合"随机原则"和"满意原则"的多情景决策方法,挖掘来水不确定性及年初蓄能状态对目标变化趋势的影响,确定不同情景下蓄能消落基尼系数控制边界,以优选适合的梯级水库汛前消落控制方式。实际应用结果表明,该文方法可以兼顾发电效益和梯级蓄能均衡消落控制需求,得到便于实际调度操作的消落控制方式。

洞庭湖湿地土壤种子库特征及其与地表植被的相关性

本文研究洞庭湖三种分布于不同水位的主要群落(荻、苔草、虉草)土壤种子库大小组成、垂直分布特征及其地表植被的相关性.结果表明:荻群落土壤种子库密度最高,为44656粒/m2,苔草群落的最低,为15146粒/m2,虉草群落的居中,为31725粒/m2.种子主要分布于土壤表层(0～5 cm),且随土壤剖面深度的增加而迅速递减.三种群落湿地种子库由53种植物组成,分属18科39属,其中多年生物种20种,一或二年生物种33种.在荻、苔草和虉草三种群落中,种子库的多年生物种分别占29.9%、35.2%和38.0%,物种多样性指数分别为0.76、0.70和0.72;地表植被物种多样性指数分别为0.53、0.17和0.45,土壤种子库与相应地表植被相似性系数分别为0.40、0.28和0.52.可见,在洞庭湖这一通江湖泊湿地,多年生地表植被所产生的种子对土壤种子库大小贡献相对有限,种子库可能主要通过其它途径(如水的流动作用)输入.

库岸古滑坡离心模型试验研究

针对一库岸古滑坡进行了水位骤降条件下失稳机制的离心模型试验。离心模型的制作考虑了原型边坡的大尺寸和非均质特征,离心试验过程中进行了上下游水位的实时控制,试验后进行了边坡土体物理特性和强度特性的对比试验。离心试验结果表明:水库蓄水导致坡脚抗滑阻力降低,坡体前缘出现裂缝并随着水位上升出现坡脚坍滑;水位骤降坡体内产生向外的动水压力,加剧坡脚滑动并形成牵引式滑坡趋势;坡脚被加固后边坡变形情况得到明显改善,滑动被阻止,边坡整体稳定性提高。离心试验前后边坡土体的物理力学试验结果揭示:坡脚滑动会造成坡体土密度和含水率重新分布,并导致近滑动区土体强度特性改变、强度指标下降。另外,水下土体随浸没时间增长黏聚力会降低直至消失。

库水位骤降时的滑坡稳定性评价方法研究

三峡水库蓄水及水位波动,将极大地改变滑坡体内的水文地质条件,库水位骤降和暴雨入渗是导致滑坡的主要因素。库水位骤降时的滑坡稳定性评价是滑坡防治中的一个难题。根据三峡水库水位调控方案和库区滑坡地下水作用的力学模式,利用有限元模拟库水位从175 m骤降至145 m时的滑坡暂态渗流场。建立了渗透力作用下滑坡稳定性评价的不平衡推力法。研究表明:滑坡的渗透系数和库水位下降速度是影响滑坡稳定性的主要因素,当库区堆积层滑坡渗透系数小于0.864 m/d,库水位发生骤降为2 m/d。库水位骤降时滑坡稳定性降到最小的水位通常在175 m水位以下10～20 m处。其研究为库区175 m水位滑坡治理提供了科学依据。

光照强度和温度对三峡水库消落区典型土壤磷释放的影响

[目的]考察3种土壤的释磷量在不同光照和温度下的变化规律。[方法]将采自重庆市涪陵区消落带的沉积物、水稻土、紫色土移至实验室内进行磷释放模拟试验。[结果]在不同模拟光照强度下,上覆水总体上偏碱性,pH和总磷均随光照强度的升高而增加。在不同温度下,总体上水体偏碱性,pH随温度的升高而增加,总磷随温度的升高而减小。[结论]光照强度促进土壤微生物把土壤中的有机态磷转化为无机态磷,从而促进内源磷的释放。温度对土壤磷释放的影响主要表现为受温度影响而生长的微生物吸收土壤释放的磷,阻挡其进入上覆水中。同一光照强度和温度条件下的土壤释磷量顺序为紫色土>水稻土>沉积物。