泥沙云团运动特性对初始投放条件的响应研究

基于CFD-DEM耦合方法并依据沙水同轴射流实验建立泥沙云团水下运动模型,研究0.25 mm、0.50 mm和0.75 mm等3种粒径泥沙云团的水下运动特性,以及水沙中心速度对圆形、同轴环形、正方形和三角形等4种形状投放口的响应情况。研究结果表明:抛投泥沙入水后形成的泥沙云团由泥沙相为主的球形前锋和以液相为主的云团尾部组成,触底后云团的几何形态表现为稳态的泥沙射流;云团运动初始阶段水流截面形状与投放口形状保持一致,在沉降过程中逐步扩展并转化为圆形,云团沉降扩散过程中的运动形态与泥沙颗粒的粒径直接相关;投放口形状对云团中心速度的影响范围约为等面积圆形投放口内径的7倍,在此区域内非圆形截面投放口投放的泥沙云团中心速度快,但速度衰减率高。

基于深海矿车-稀软土相互作用的矿车触底过程分析

多金属结核赋存在深海5.0 km左右的平原区域,该区域的稀软沉积物含水率高、承载力低。深海采矿车在触底过程中,矿车下方稀软沉积物受到冲击后易发生扰动破坏,从而极易引发矿车沉陷,这将严重影响矿车的正常作业,甚至会导致停机。矿车是否沉陷与其触底后的应力分布形式密切相关,但尚无理论对其进行分析。通过开展采矿模型车不同触底速度下的触底试验,揭示了矿车触底后下方土体竖向应力随时间的变化规律及分布范围。在传统理论基础上,推导并验证了一种考虑履齿影响的竖向应力值的理论公式。研究发现,触底后下方土体的应力值会快速增长并趋稳定,且达到稳定应力值所需时间与触底速度成反比。随着触底速度增大,矿车下方应力泡形状会从平滑单峰向单峰两侧有平台的形状变化,车体正下方的应力传播得最远。相对于平板,履齿板应力影响深度显著增加。经误差分析,改进的理论公式比传统理论与试验结果吻合效果更好,提升了深海矿车触底后应力计算精度。文中研究围绕矿车触底后的海床应力分布进行了一系列讨论,可为深海矿车低扰动、防沉陷设计提供理论参考。

水库淤积测量点云剖面分析系统研发与应用

为快速对比分析不同时期水库淤积测量中点云剖面特征,及时了解水库各区域淤积状况,提高剖面分析效率,研究并实现水库淤积测量点云剖面分析系统。在三维可视化中读取水库不同时期的水下三维点云数据,通过交互式操作拾取点云对应的区域两点坐标,生成竖向剖面;计算所有点云数据到剖面的距离,筛选该距离不超过设定阈值对应的所有点,投影到剖面上并拟合出不同时期剖面线进行对比分析。以我国西南地区某混凝土重力坝坝前淤积测量数据为依托,应用结果表明,研究成果能为水库不同时期淤积程度分析提供简单、快速的技术手段,提升水库淤积分析智能化水平与效率。

连云港动力泥沙场信息共享平台设计与实现

为满足连云港港信息化管理需求,运用Python数据库预处理技术和JavaScript云平台技术,采用C/S和B/S混合体系构建应用系统平台.系统采用前后端分离的方式开发:客户端主要针对PC端浏览器开发,采用HTML、CSS、Javascript开发;服务器端程序采用Java开发,使用Spring Boot框架开发.平台操作简便,实现了港口相关数据可视化、历史数据的浏览和模拟数据展示等功能,满足港口航道管理信息现代化需求.

移动背包三维激光扫描系统在陡岸水库测绘中的应用——以白鹤滩水电站库区典型河段为例

针对陡岸水库岸坡度大、地形狭窄复杂、植被覆盖度高、水文泥沙监测精度要求高,且传统人工走测难度大、效率低、风险高的问题,本文提出了移动背包三维激光扫描系统观测方法,并以白鹤滩水电站库区典型河段为例,开展了移动背包三维激光扫描系统的应用试验研究。定性定量成果表明,移动背包三维激光扫描系统测量平面中误差为0.024 m,高程中误差为0.044 m,相对面积较差为0.24%,精度符合技术要求,较人工走测工作效率提高3.75倍,十分适用于陡岸水库监测。

静水中泥沙云团运动的数值模拟

采用k-ε-kP湍流模型和动理论模型对有限水深静水中泥沙云团的运动进行了数值模拟,模型不仅考虑了湍流效应,而且涉及颗粒碰撞作用,尤其是水沙间的相互作用,可有效地避免单流体模型在模拟高浓度泥沙云团时引起的失真。使用有限体积法,通过相间作用力耦合求解控制方程组,其中扩散项采用中心差分,对流项采用二阶迎风格式,源项用Gauss-Seidel迭代法求解。数值计算结合物理试验表明,泥沙云团的运动可分为加速下落、分离扩散和水平扩展三个阶段,各阶段的云团面积、浓度变化及前锋速度存在显著差异。计算还揭示,固液两相间的速度差及云团下沉诱发的受迫环流是影响泥沙云团运动的主要因素。计算结果无论从定性特征还是定量关系上都与试验数据吻合一致,表明该双流体模型模拟高浓度泥沙云团的有效性,从而可用于抛泥工程的规划和环境影响评价。

泥沙颗粒团沉速

针对现有的泥沙沉速公式大多适用于单颗粒泥沙沉降的情形,基于前人对单颗粒泥沙沉速规律的研究成果,利用试验测得不同泥沙颗粒团在水中沉降时的沉速数据,引入泥沙颗粒团特征粒径及附加粒径2个因子,对多个广泛运用的单颗粒泥沙沉速公式进行了修正.用修正后的公式计算得到的泥沙颗粒团沉速与用试验测得的泥沙颗粒团沉速较接近,可推广运用到计算泥沙颗粒团在水中的沉降速率.

静水中抛泥所形成的泥沙云团运动特征试验研究

本文在试验中运用成像分析方法,研究在静水中抛泥所形成的泥沙云团的运动。根据泥沙云团的运动触底前后,分扩散沉降和水平异重流扩展两个阶段分别进行分析。通过泥沙云团的面积、相对特征扩散度、前锋扩展速度、平均浓度等特征要素来分析扩散沉降阶段;通过泥沙云团的面积。

瞬时排放泥沙颗粒团在横流中对流扩散特性的实验研究

河道维护、航道开挖及疏浚等一些工程,常常将挖掘的泥沙抛入流动的水体中,利用横流对泥沙颗粒团的对流扩散作用来稀释泥沙浓度。针对这类工程进行水环境质量影响评价时,首先要识别泥沙的运动特性。通过实验手段,研究不同级配的泥沙颗粒团瞬时排放后在横流中迁移扩散混合特性。实验结果表明,泥沙颗粒团进入水体后,在浮力、重力、阻力和横流紊动的综合作用下发生对流扩散;横流是产生泥沙对流运输的主要动力,横流的紊动作用,加强了泥沙颗粒团与水体的混合作用,并且破坏了其在静水中的双漩涡结构,因此大大地增加了垂向前锋位置和纵向扩散宽度。通过分析得出了无量纲泥沙颗粒团垂向前锋位置与时间、纵向扩散宽度与时间以及垂向前锋位置与纵向扩散宽度的3个关系式中的参数(α1、α3和α2)均值及其变化范围,可应用于抛泥对水体环境的影响评价。

草本植物对土质路面径流水动力学特征及水沙过程的影响

通过室内人工模拟降雨,研究了草本植物不同覆盖度土质路面的径流水动力学特征以及路面的产流产沙过程。结果表明,路面径流的弗劳德数和雷诺数属层流的急流范畴,并且二者与径流流速及过水断面单位能量相同,均随草本植物覆盖度的增大而减小。而Darcy-weisbach阻力系数以及曼宁糙率系数则均随覆盖度的增大而增大。在不同覆盖度土质路面上,径流量随径流时间急剧增大后趋于稳定,且二者符合移轴双曲线关系,而输沙率则经历了先增大后减小的过程。随着植被覆盖度的增大,土质道路的水分入渗率逐渐增大,而径流量、输沙率及含沙率均逐渐减小。该研究表明土质路面种植的草本植物具有较好的水土保持功能,为阐明草本植物与土壤侵蚀的关系提供了理论依据。

混合表面活性剂-浊点萃取法测定沉积物中多环芳烃的含量

以混合型表面活性剂（十二烷基硫酸钠（SDS）和对叔辛基苯基聚己二醇醚（Triton X-114））为萃取剂,采用浊点萃取法萃取沉积物中的15种多环芳烃（PAHs）,并利用HPLC技术测定15种PAHs的含量.实验结果表明,当混合型表面活性剂的加入量3％（w）、混合型表面活性剂中SDS含量50％（φ）、Na2SO4含量8％（w）、萃取温度60℃、超声萃取时间10 min时,15种PAHs的线性关系良好,r=0.998 9～0.999 7,检出限0.4～8.2 μg/L,加标回收率71.22％～97.36％,相对标准偏差0.92％～4.36％（n=6）.

基于云计算的黄河含沙量数据融合研究

针对黄河含沙量监测易受环境因素影响的特点,研究了基于云计算的分布式灰色数据融合技术,建立了黄河含沙量在线监测云平台。平台依靠分散在黄河流域的水温、测点深度等传感器建立分布式数据采集子云,然后用主成分分析法分析出含沙量监测的主成分因素,最后基于灰色GM(1,N)模型进行含沙量数据融合处理。为了比较灰色GM(1,N)模型含沙量监测的融合效果,在相同环境下进行了一元线性拟合、多元线性拟合的对比处理。结果表明,基于灰色GM(1,N)模型数据融合的精度最高,稳定性最强,能够拟合出较为准确的结果。

浊点萃取-高效液相色谱法测定巢湖表层沉积物中铬的形态

以1-（2-噻唑偶氮）-2-萘酚（TAN）为络合试剂,非离子表面活性剂Triton X-114为萃取剂,浊点萃取同时富集Cr（Ⅲ）和Cr（Ⅵ）,并于RP-C18柱上,用含4.5 mmol/L十六烷基三甲基溴化铵（CTMAB）和0.03mol/L HAc-NaAc缓冲溶液（pH5.5）的甲醇-水（体积比69∶31）溶液为流动相,对富集的Cr（Ⅲ）和Cr（Ⅵ）进行高效液相色谱快速分离、测定。对浊点萃取时溶液的pH值、TAN和Triton X-114的用量等影响因素进行了考察。在优化实验条件下,对100μg/L的Cr（Ⅲ）和Cr（Ⅵ）进行7次平行测定,保留时间的相对标准偏差分别为1.2%和0.9%,峰面积的相对标准偏差分别为4.7%和2.7%。Cr（Ⅲ）和Cr（Ⅵ）的线性范围均为50~5 000μg/L,检出限分别为7.5、3.5μg/L。大部分离子不干扰测定,该方法具有较高的灵敏度,可用于湖泊表层沉积物中铬形态的分析。

基于云模型的汾河水库健康评价

针对多沙河流水库健康的内涵,构建包含水库结构安全、上下游河段健康、社会服务效益和区域生态系统四个方面的汾河水库健康评价指标体系,建立基于层次分析法、云模型和加权平均法的模糊综合评价模型对其进行健康评价。结果表明汾河水库处于健康状态,但其健康值偏低,存在健康下滑趋势,主要体现在水库泥沙淤积严重、径流调节能力减弱等方面。可见,泥沙淤积对多沙河流水库的安全运行带来了多方面的影响,进而影响到了其健康状况,解决泥沙问题已经成为汾河水库运行与管理的迫切需要。

基于4G的径流泥沙远程监测云平台设计

径流泥沙含量是衡量土壤侵蚀程度的重要指标,对径流泥沙的在线实时监测是水土保持工作的一项重要内容。针对当前径流泥沙监测自动化、信息化程度低,无法实现远程无人监控的问题,设计了一种基于4G的径流泥沙在线远程监测系统。现场设备实时采集的含沙量、降雨量、径流量等数据通过4G无线网络远程传送至云平台,实现对所采集数据的显示、存储、统计和分析,用户登录此平台即可实现对径流泥沙含量的远程实时监控。应用结果表明系统运行稳定,可实现对径流泥沙的远程无人监测,对提高水土保持系统的信息化水平具有重要意义。

基于点云数据的切沟泥沙负载量不确定性研究

通过对不同期数字高程模型(DEM,digital elevation model)的相减计算,可以获得侵蚀和淤积的空间分布及泥沙负载估算值,为了度量泥沙负载量估算的不确定性,提高野外切沟泥沙负载量的估算精度,该文提出了一种修正泥沙负载量估算值的方法,通过对大样本点云数据的统计抽样,得到了对应DEM差值结果不同坡度位置的误差δz,使得DEM误差具有一定的空间可变性,根据δz和DEM差值结果,通过t检验,建立了侵蚀和沉积发生的先验概率;再以侵蚀和沉积发生的空间相关性为基础,建立了一个由权重因子构成的概率修正滤波器,用来计算侵蚀和沉积发生的条件概率,最后,通过Bayesian推理方法,计算侵蚀和沉积发生的后验概率,用来更新和修正泥沙负载量估算值。经在甘肃天水桥子沟切沟应用,使用该文方法计算得到的侵蚀/沉积变化量相比未经处理的DEM差值结果和用Brasington和Lane方法修正的DEM差值结果估算的净负载量,在95%的置信水平下分别下降了13.13%和7.53%,经与天水水保站实际径流泥沙观测资料对照,与实际观测净负载量相差2%;该文同时还探讨了切沟坡度、点云点密度、地表粗糙度与侵蚀/沉积不确定性的关系,研究结果为提高黄土沟壑区侵蚀沟侵蚀量的估算精度提供了参考依据。

天宝SX10影像扫描仪在水文泥沙监测中的应用

基于水文泥沙监测的应用需要,采用天宝SX10影像扫描仪进行地形测量,并与传统观测方法进行比较分析,通过三维激光扫描技术获取海量点云数据,进而提取断面数据并进行质量监测。项目实施和成果分析表明,三维激光扫描技术能够满足水文泥沙监测要求,有效降低山区河道作业风险,提高工作效率,技术方案具有可行性。

基于Riegl VZ-1000三维激光扫描仪在矿区塌陷坑监测中的应用

三维激光扫描技术为塌陷坑的地表移动规律研究提供了新的途径。文中利用Riegl VZ-1000三维激光扫描仪所采集的塌陷坑点云数据生成高精度DEM,对塌陷坑两期DEM对比分析获得塌陷坑沉降等值线图。通过塌陷坑基本形态变化、边界对比、典型断面对比以及塌方量统计,为塌陷坑形变机理研究提供了有力的数据支持,为塌陷坑恢复治理提供了科学依据。

基于LiDAR数据特征的湖相层三维地理信息提取

泥河湾盆地的化石和旧石器遗址与泥河湾古湖、古河道有极强的相关性,如果发现了湖滨相和河流阶地的沉积地层,那么下一步很可能发现古人类活动留下来的化石和旧石器遗址。本文按照广义DEM的定义,将DEM的表达对象"地形表面"改为"泥河湾更新世湖相沉积层"称为湖相层DEM,泥河湾更新世湖相层DEM的建立可以大大推进泥河湾地区的古人类活动及古地理环境的研究。本文通过提取湖相层的三维地理信息,以禾尧庄剖面为例,研究了露头信息的泥河湾更新世湖相层三维地理信息提取方法。采用三维激光扫描仪采集剖面的三维地理信息,基于LiDAR点云的数据特征设计滤波方法,针对剖面采集点的距离近似相等,采用回波强度进行区分植被及土质,得到了一定的效果。在回波强度滤波后的结果基础上,进一步利用RGB信息设置阈值,区分植被和土质,得到了较好的效果。最后,经过手动去噪,得到干净、地层信息完整的剖面三维地理信息数据,可以做为湖相层DEM建模的基础数据。