泵站直边正向前池流态模拟与泥沙淤积预防措施

针对从高含沙河道取水的大型泵站直边正向前池泥沙淤积导致前池调节能力下降、泵站运行效率低下等问题,利用ICEM-CFD软件构建原型前池结构三维模型,采用FLUENT软件基于Standard k-ε湍流模型对前池流态进行模拟分析,并针对不良水流流态提出增设导流墩与压水板2种优化措施。结果表明,数值模拟结果与实际调查情况相一致,前池水流流态紊乱,泥沙淤积较严重,八字形导流墩可在一定程度上削减主回流区范围,但对前池水流仅起到分配作用,流场分布无明显改善;45°压水板能有效改善前池主流效应,两侧回流区明显减弱,在改善前池泥沙淤积问题的同时保证了水泵有利的进水条件。

受侵蚀混凝土耐久性衰减影响因素试验研究

针对地处滨海和盐渍区的混凝土建筑物长期遭受干湿循环和有害化学离子侵蚀的双重作用,导致混凝土耐久性衰减的问题,采用现场调查、室内加速试验、理论分析等相结合的研究方法,进行干湿循环下硫酸盐、复合盐(硫酸盐+氯盐)、水三种不同侵蚀条件的对比试验,以试件的相对动弹性模量为评价指标,研究不同侵蚀方式、侵蚀介质、水灰比、及粉煤灰掺加对受侵蚀混凝土耐久性能衰减的影响规律,研究结果表明:干湿循环能够促进硫酸盐对混凝土的侵蚀;干湿循环与硫酸盐侵蚀条件下,硫酸盐的侵蚀作用较复合盐的侵蚀作用明显,掺入20%粉煤灰对于增强混凝土抗盐结晶侵蚀性能有一定的积极效用。

硫酸盐侵蚀-冻融循环复合作用下混凝土材料耐久性研究

针对我国西北寒旱地区水工混凝土结构长期遭受冻融及盐离子腐蚀等侵蚀破坏造成混凝土结构耐久性衰减问题,结合工程实际采用理论分析与室内加速试验相结合的方法开展硫酸盐侵蚀-冻融循环复合作用下混凝土耐久性试验,探究硫酸盐侵蚀-冻融循环作用下混凝土材料动弹性模量、质量以及抗压强度等耐久性指标变化规律。结果表明:混凝土材料在硫酸盐侵蚀-冻融循环作用下,其动弹性模量、质量以及抗压强度等耐久性指标显著下降,选用水胶比为0.35的混凝土材料能更好地抵抗硫酸盐侵蚀-冻融循环复合作用破坏。试验结果与实际工况相吻合,为硫酸盐侵蚀-冻融循环环境下混凝土材料的耐久性研究提供参考依据。

基于层次分析和变异系数法的土壤含水率计算

土壤墒情实时监测是开展作物实时灌溉预报的重要前提,而根区土壤含水率精确数值的获取对提高实时灌溉预报的精度具有重要意义。采用层次分析和变异系数法组合赋权的方法计算了冬小麦计划湿润层内各土层土壤含水率的权重,并应用在郑州地区不同水分处理的冬小麦实时灌溉模型中。结果表明:组合赋权计算的日土壤含水率和灌水总量更符合试验区冬小麦自身生长规律和节水灌溉要求。通过组合赋权计算的日土壤含水率具有较高的准确性,可为冬小麦实时灌溉预报提供良好的基础数据支持。

混凝土动弹模量在盐冻作用下的衰变试验

针对中国西北寒旱灌区水工混凝土建筑物在盐冻作用下混凝土的耐久性衰减问题,以试件的动弹模量变化为评价指标,采用现场调查、室内加速试验和理论分析相结合的研究方法,研究不同配合比、侵蚀介质浓度以及冻融次数对混凝土试件动弹模量劣化衰减的影响规律.研究结果表明,混凝土中粉煤灰的掺加会造成混凝土试件在盐冻作用下动弹模量显著衰减;侵蚀介质浓度的增大会加速各个配合比混凝土试件的耐久性劣化;而在混凝土配合比中添加矿粉能有效地增加混凝土的抗盐冻能力,提升结构耐久性.

干旱扬黄灌区漫灌方式下土壤水盐运移模拟

干旱扬黄灌区田间灌溉过程的水盐运移具有独特性。选取甘肃景电灌区的典型试验点,构建基于HYDRUS-2D软件的土壤水盐运移模拟模型,模拟了间歇性定额灌水-蒸散发条件下饱和-非饱和土壤盐分的运移过程。结果表明,经过两次灌水-蒸散发循环试验,各试验点耕作层土壤平均含盐量均大幅下降,土壤盐分缓慢下移,耕作层土壤脱盐趋势明显。各试验点耕作层土壤在灌水压盐及蒸散发返盐双重作用下,交替发生了脱盐和积盐现象。灌溉和蒸散发是影响干旱扬黄灌区田间土壤水盐运移的重要因素。灌水定额取4 000-6 000 m^3/hm^2的土壤脱盐效率较高,且首轮灌溉使田间0-100 cm土层含水率达到饱和、后几轮灌溉逐步增加灌水量的灌溉方案更有利于排出田间土壤盐分。

干旱灌区轮灌方式下的田间土壤水盐运移模拟研究

针对干旱田间灌溉时水盐运移的动态特殊性,从甘肃景电灌区中选取典型试验点,构建基于HYDRUS-2D模型模拟田间土壤的水盐运移,研究了定额间歇性灌水-蒸散发条件下饱和-非饱和土壤盐分的运移过程。结果表明,经过两次灌水-蒸散发循环试验,各试验点耕作层土壤平均含盐量均大幅下降,土壤盐分峰值缓慢下移,耕作层土壤脱盐趋势明显。各试验点耕作层土壤在灌水压盐及蒸散发返盐双重作用下,交替发生了脱盐和积盐现象。土壤在轮灌期为盐分流失的过程,在停灌期为积盐的过程。灌溉和蒸散发作用是影响干旱灌区田间土壤水盐变迁的重要原因。

干旱灌区灌水方式对田间土壤脱盐效果的模拟研究

为探究干旱灌区不同灌水方式下的田间土壤脱盐效果,通过构建基于HYDRUS-2D软件的土壤水盐运移模拟模型,模拟并分析了试验区土壤水盐的垂直运移过程和规律。结果表明,灌溉入渗对土体盐分的淋洗作用明显,灌水定额在4 000～6 000m3/hm2范围内的土壤脱盐效率较高;轮灌第一次的灌溉水量控制在使田间0～100cm土层含水率达到饱和即可,在后几轮灌溉过程中逐步增加灌水量的灌溉方案更有利于排出田间土壤盐分;在轮灌间隔为12d,轮灌次数为3次的条件下,灌水定额控制在5 200～6 000m3/hm2范围内的灌溉方案可使田间0～100cm土层含盐量达0.98%～1.13%,满足设计含盐量为1.2%的脱盐标准,达到设计干旱灌区脱盐灌水制度的目的。模拟结果可为干旱灌区的水土资源保护和可持续利用提供决策依据。

土石混合物入渗性能试验及模拟研究

为研究碎石含量与粒径对土壤入渗能力的影响,通过向自然土壤添加不同粒径、不同含量的碎石,在定水头条件下,研究了碎石含量和粒径对其入渗能力的影响,并通过Horton模型、Philip模型、Kostiakov模型及修正的Kostiakov模型对入渗率进行拟合,确定土石混合物入渗过程的适用模型。研究结果表明,相同碎石粒径条件下,累积入渗量与碎石含量呈正相关关系;相同碎石含量条件下,碎石粒径与累积入渗量呈负相关关系;通过Horton模型、Philip模型、Kostiakov模型及修正的Kostiakov模型对入渗率拟合的对比分析,发现修正的Kostiakov模型模拟含碎石土壤入渗率具有较高的精度,适用于试验所选的土石混合物。研究结果可为农业灌溉和水土保持提供参考。

拱坝挑流坎消能特性数值模拟研究

针对尚甘尼拱坝挑流消能的问题,传统的水工模型试验方法受成本影响,其试验方案数量有限。为此,采用Flow-3D流体计算软件,基于RNGκ-ε湍流模型及VOF方法,建立了拱坝挑流消能计算模型,同时,结合物理模型试验结果,率定模型参数。在此基础上,对不同工况挑流坎泄流进行了三维数值计算,通过分析挑流水舌流态及挑射距离、下游河道流速,进一步研究了拱坝挑流消能的特点及效果。结果表明,采用Flow-3D流体计算软件的RNGκ-ε湍流模型及VOF方法可用以研究拱坝挑流消能问题;连续式挑流坎流态连续,消能效果较差,差动式挑流坎水流分散,掺气增加,相较连续式挑流坎挑距减少,消能效果更好;差动式挑流坎间距越大,消能效果越好。研究成果可为尚甘尼拱坝确定最优挑流消能方案提供依据,也可为类似拱坝挑流坎设计提供参考。

透水框架自密实钢纤维混凝土制备试验研究

针对传统护岸固脚结构物——四面六边透水框架的端部钢筋易腐蚀问题,采用自密实钢纤维混凝土取代现有普通混凝土,并取消框架内部钢筋,进行了透水框架自密实钢纤维混凝土制备试验研究。采用工程现场原材料,通过基体自密实混凝土配合比设计与试验,确定了水胶比计算公式中系数的取值,得到了预测早龄期不同混凝土强度水胶比的计算公式;然后采用配合比直接计算方法,确定了钢纤维体积率分别为0.4%,0.8%和1.2%的C25自密实钢纤维混凝土的配合比,试验测定了拌和物工作性能和养护龄期为7,28 d的抗压强度。采用整体成型技术进行了四面六边自密实钢纤维混凝土透水框架试制生产,验证了该技术的实用性和可靠性。

基于修正Kostiakov模型的土石混合物入渗性能测量方法

针对传统土壤入渗试验耗时较长的问题,采用一维垂直入渗试验,基于修正Kostiakov模型建立了土石混合物入渗过程测量方法,依据前11min任意两时刻入渗率实测值和饱和导水率实测值推算土石混合物完整入渗过程。土壤重度设定为1.2、1.3、1.4g/cm^3,分别设置10%、20%、30%、40%四种不同碎石含量和0.2~0.4、1~2cm两种碎石粒径,测量过程持续150min直到土石混合物达到稳定入渗。以入渗前11min的三组正交试验数据(2,5),(2,11),(5,11)min推算完整入渗过程的入渗率计算值与实测值,采用计算值与实测值的比例系数、相对误差δ和均方根误差RRMSE来验证该测量方法的准确性。结果表明,该测量方法入渗率计算值与实测值吻合结果较好,土壤重度1.2、1.3、1.4g/cm^3的土石混合物δ值分别介于1.14%~13.05%、4.37%~21.06%、1.53%~18.82%之间,RRMSE值分别介于4.15~10.72、2.74~9.66、2.17~6.31mm/h之间,说明该方法能较大程度地缩短土石混合物入渗测量时间,且具有较高精度。

基于GIS技术的宁夏山洪灾害风险区划初探

以宁夏1∶5万电子地形图为底图,根据宁夏山洪灾害致灾成因和山洪预警发布形式,对降雨、地貌、行政区划及产汇流特征等要素分别进行分区,通过应用地理信息系统技术的分析和叠加功能,完成了宁夏地区山洪灾害的风险区划。结果表明:宁夏全区可划分为16个山洪灾害区4个风险等级;高风险区面积占宁夏全区面积的7.8%,中高风险区占15.3%,中低风险区占58.5%,低风险区占18.4%。通过与宁夏山洪灾害实际情况的比对分析,对该研究成果的可行性和准确性进行了初步验证。

大型泵站正向前池防淤优化模拟研究

针对从多沙河流取水的大型泵站前池泥沙淤积问题,以甘肃省景电灌区内大型正向泵站前池为研究对象,利用Fluent软件基于ICEM-CFD软件构建的原型前池结构三维模型对直边正向与曲边正向前池水流流态进行了模拟分析,探索了造成前池泥沙淤积的原因和机理,提出了采用压水板改善流态的前池泥沙淤积防治措施,并模拟了直边正向与曲边正向前池不同压水板参数组合的防淤效果.结果表明：泵站前池水流形态数值模拟结果与实际运行情况一致,平面和立面扩散较差,主流效应严重,泥沙淤积主要分布在前池内两侧流速较低的回流区,由直边正向前池改造形成的曲边正向前池泥沙淤积有所减少,但仍存在大面积回流区;在泵站前池内设置45°压水板可增强水流横向扩散度,增大扩散速度,使得直边正向和曲边正向前池两侧回流区范围和强度减小,减少了泥沙淤积;引入流速分布均匀度指标,对压水板整流前后泵站前池内的流速分布均匀度进行了分析,验证了增加合理的整流措施可以有效改善前池流态;由于曲边前池端机组取水空间狭窄,使得水泵进水条件较差,削弱了45°压水板的整流效果.本研究成果可为同类泵站工程前池的更新改造和优化设计提供参考和依据.