发挥综合优势 以新技术助力农村水电再上新台阶

遵照2011年中央一号文件和中央水利工作会议提出的“在保护生态和农民利益前提下，加快水能资源开发利用，大力发展农村水电”的精神，在水利部水电局的指导下，中国水利水电科学研究院积极开展农村水电可持续发展的评价标准研究，积极投入科研力量研究开发适合于农电的新型技术，展望世界、基于国情，以新技术助力农村水电再上新台阶。

基于试验和仿真的混凝土早龄期抗裂特性方法研究

目前的混凝土抗裂性能研究方法存在不足,无法考虑工程实际中混凝土温度变化过程,不能考虑混凝土结构所受的约束状态,更不能考虑早龄期阶段的抗裂特性。针对这一问题,中国水利水电科学研究院自主开发了混凝土开裂全过程仿真试验系统,该系统既可以进行混凝土全龄期抗裂性能研究,试验得出真实温度历程、不同约束度条件下的混凝土材料参数,特别是3天龄期前的参数,还可以进行仿真计算,与试验结果相互验证,分析混凝土的真实抗裂特性。该研究方法已在乌东德特高拱坝建设过程中成功应用,为评价低热水泥混凝土抗裂特性和温控曲线优化提供了科技支撑,也为混凝土抗裂性能评价提供了新的方法和思路。

碾压混凝土坝陡坡坝段施工期温控防裂研究

与常态混凝土坝相比,碾压混凝土坝温控防裂措施相对简单,但在气候干燥、温差较大和太阳辐射强的西藏高海拔地区建设碾压混凝土坝将面临着较大的温控压力。针对这一问题,把常态混凝土坝温控防裂的思路和方法应用于碾压混凝土坝的温控防裂,经过方案的优化组合和仿真计算,得到适合高海拔地区大坝施工期温控防裂的目的。该方法以西藏地区某陡坡坝段为例,用三维有限单元法研究其温控情况,筛选出实时合理的温控防裂措施,实际应用效果良好。该方法和措施对类似地区同类工程的建设具有重要指导意义。

基于激光扫描的输水渡槽内壁变形模式研究

渡槽是重要的水工建筑物,也是南水北调工程中关键的控制性工程,其结构是否安全稳定影响重大。在对其进行现场检测时,由于扫描仪存在检测盲区且观测数据存在偏差,应用简单的插值方法很难对其变形模式做出正确的判断,因此需依据各测点坐标进行渡槽断面的拟合,进而估算渡槽变形模式。本文基于激光断面扫描结果并依据材料力学基本原理,结合最小二乘法理论,通过控制侧墙和底板曲线在交点位置连续,利用非线性优化方法确定侧墙的变形曲线,分析不同类型渡槽结构在不同通水条件下的变形模式。结果表明:对于放空一侧的槽孔会受通水一侧水压力与水重的共同影响,通过对侧墙变形的分析可以判断顶板拉杆与侧墙的连接是否牢固,若连接性能良好,则抑制侧墙变形,反之则侧墙顶部向放空一侧孔内变形明显。

基于现场试验的混凝土表面放热系数反演和计算方法改进

目前常用的混凝土表面放热系数的计算方法存在参数取值不明确、可实施性差的问题。为此,基于多个工程大量的试验数据并采用先进的反演分析方法,对覆盖不同保温材料的混凝土表面放热系数进行反演分析。结果表明,混凝土的表面放热系数和保温材料黏结状态密切相关。即,不吸水保温材料底部积水对表面放热系数影响很大,无积水时不吸水保温材料底部潮湿状况的影响相对较小。在此基础上,对现有表面放热系数计算方法进行了改进,改进后的方法参数选取更加明确,更具备可实施性。

水工程安全监测智能化面临的挑战、目标与实现路径

近年来我国的水利信息化已取得长足进步,智慧水利建设即将步入高潮,但各应用系统的具体建设目标、标准与技术路线等仍在探索中。水工程安全监测智能化是智慧水利的重要组成部分,其现实目标的边界取决于人工智能技术的成熟度。考虑到人工智能技术的现状并基于数十年大坝安全监测实践的经验,系统分析了水工程安全监测智能化面临的挑战,提出了水工程安全监测智能化的“三度”理念,合理的近期目标及“四化”路线。首先,需要从哲学的高度来把握“应该做什么”和“能够做什么”,从理性的角度即技术、经济、安全诸方面来衡量其合理的范围和程度,并自始至终秉承真诚的态度将其做好做实。其次,水工程安全监测智能化应聚焦于工程风险与结构抗力及安全相关信息的需求与有效供给两大矛盾,智能化的标准是对工程既有缺陷隐患看得见、说得清,未来安全风险想得透、管得住。第三,在监测自动化的基础上实现全信息化、可视化和模型化,是超越常规信息化、实现水工程安全监测智能化的关键。贯彻落实好这些理念,将为智慧水利的成功实施打下坚实的基础。

关于混凝土坝应力监测应变计组应变不平衡量调整

坝体应力应变监测是高混凝土坝必设的重要监测项目。目前国内有关文献的应变计组的应变不平衡量处理存在不尽合理甚至错误的情况,这可能在混凝土应力计算中引入不必要的系统性偏差。本文明确指出应变计组的不平衡量调整与测绘学的条件平差数学上等价,并利用其算法来统一处理各向应变计组的不平衡量调整问题。与传统的公式相比,得到的应变计组的应变不平衡量调整公式,具有更严格的数学基础和更明确合理的物理意义,有助于提高混凝土应变监测的数据质量。

大体积混凝土温控防裂智能监控技术

温控防裂是大体积混凝土施工质量控制的重点和难点问题.介绍了大体积混凝土温控防裂智能监控技术,首先通过建立混凝土开裂全过程仿真试验技术实现了大体积混凝土温度历程的优化设计;然后通过实时采集拌合、浇筑、通水、保温等环节的混凝土温度信息,构建了以温度达标为目标的实时评价和预测模型,实现了施工过程中混凝土温度指标的精准监控和动态预警,并自动化、智能化地调控混凝土温度.工程应用表明,该技术可以实现对大体积混凝土温控的优化和实时监控,提高混凝土施工质量,效果良好,可在同类工程中推广.

基于地下水模拟的保定地区生态需水量计算

为了计算保定地区生态需水量,建立了地下水模拟模型.模拟结果表明,研究范围每年需要消耗0.64亿m3左右地下水,水位呈持续下降趋势.为了调控潜水地下水位,达到生态恢复的目的,模拟了减少开采量和扩大白洋淀面积到1975年水平的情况,结果表明当地下水开采量减少1.47亿m3时,每年补给地下水贮存量的水量约0.8亿m3,使得地下水水位大面积恢复,很大范围达到了潜水生态标准.根据此水位计算的生态亏空量约为15亿m3.该研究成果对我国的半湿润半干旱地区地下水生态环境恢复有借鉴意义.

高寒区筑坝如何克服“高处不胜寒”

能将湍急水流拦腰截断的混凝土坝看似坚固无比,但却难以抵御高寒地区的极端低温、超大温差、大风等的侵袭。为了降低高寒区混凝土坝开裂风险,有效提高大坝服役寿命,中国水利水电科学研究院联合国内混凝土坝研究领域极具实力的项目团队向高寒区筑坝难题发起了挑战。

黄土高原羊圈沟小流域不同坡向、林龄刺槐人工林叶片尺度水碳交换及叶片养分差异

以黄土高原典型小流域(羊圈沟小流域)内刺槐人工林为对象,通过测定叶片尺度水碳交换过程及主要影响因素,探究了叶片尺度水碳交换随坡向和林龄的变化,并分析了叶片养分变化对水碳交换过程的潜在影响。结果表明:(1)11年生与27年生刺槐处于不同的生长阶段,前者水碳交换的强度高于后者。(2)半阳坡中光合固碳、水分利用效率及CO_2供应能力强的刺槐所占比例高于阳坡,说明半阳坡更适合刺槐生长。(3)叶片N、K含量在样方间的变化趋势为:半阳坡>阳坡,27年生>11年生,说明半阳坡刺槐的生长状况好于阳坡,高林龄刺槐的生长状况好于低林龄刺槐。同时,各样方间K含量具有显著差异,说明K对坡向及林龄的变化较为敏感。因此,与阳坡相比,该区域未来人工刺槐林建设应优先选择水热条件更为适宜的半阳坡,且在富含有效钾的土壤中进行植被恢复是提高植物水分利用效率的潜在途径,该研究结果对于未来干旱半干旱区退耕还林方案的改进及已有人工林的管理具有借鉴意义。