水利测雨雷达的应用优势与挑战

监测近地面2 km以下“云中雨”的测雨雷达,是水利行业以流域为单元建设雨水情监测预报“第一道防线”的重要内容,也是实现洪水防御关口前移、防线外推的重要举措。总结了水利测雨雷达的发展历程和技术特点,评估了河北大清河流域和湖南捞刀河、浏阳河流域试点应用中测雨雷达对强降水监测的精度,阐述了水利测雨雷达在雨水情监测预警方面的技术优势,并对进一步发展水利测雨雷达监测系统提出了建议。

土动力学与岩土地震工程

社会发展需求的增长、工程建造能力的提升以及气候变化等环境因素的改变带来的新震害现象、技术手段和工程需求,为土动力学及岩土地震工程研究提出了新挑战并创造了新机遇。文章重点针对近年来土动力学与岩土地震工程领域的一些新现象、新手段和新挑战进行综述,聚焦于土的动力特性、砂土地震液化、土的动力测试和岩土地震工程试验、岩土地震工程数值模拟以及岩土工程抗震等方面,分析当前理论研究和工程实践所面临的新问题和新挑战,梳理近年来所取得的一些最新进展,并对今后的研究方向进行探讨。

军民融合项目采用PPP模式的重点风险及防范建议

军民融合项目受计划经济影响较大,仅依靠国家财政专项拨款进行建设,面临着与地方技术脱节、创新动力不足、工程活力不够和利益诉求多元等诸多问题。基于PPP模式(Public Private Partnerships)在地方的典型案例分析,本文指出在军民融合项目应用中应重点关注风险、政策、成本、融合度、模式应用、契约精神、社会资本方选择等问题,并提出加快推动立法、强化法制意识、选择合理模式、深化军民融合等针对性建议,希望为军队老旧营区改造、红色教育基地建设和军民服务站建设等工程实施PPP模式提供参考。

EPC模式下军队工程项目审计内容要点分析及建议

本文选取EPC模式下军队工程项目作为研究对象,基于文献综述和专家访谈,结合EPC模式军队工程特点,辨识出EPC模式下军队工程项目12个审计重点。应用因子分析法进行关键因子提取,得到四个关键要素组:合同订立和履行、工程资金使用和监管、工程质量和安全、工程变更和索赔,并提出相应工程审计建议。本研究揭示EPC模式军队工程项目审计重点问题,提出针对性解决措施,并为EPC模式军队工程项目审计标准化提供依据。

基于观众体验和观众感知的科技馆观众满意度影响因素研究——以中国科学技术馆为例

传统满意度研究通常将观众的参观体验和参观感知分别归纳为一个变量进行分析,但不同的观众体验和观众感知实际上对观众满意度的影响存在差异。为此,将观众体验细化为展品体验﹑场馆环境体验﹑员工服务体验﹑设施设备体验,将观众感知细化为门票价格感知﹑观众参与感知﹑科普效果感知,结合观众期望﹑观众满意和观众忠诚,构建包含10个维度的科技馆观众满意度评价模型,并基于2021年7月至10月在中国科技馆收集到的931份有效调研问卷数据验证该模型。结果表明观众参与感知对观众满意度有很大的影响,而且观众体验和观众感知内部对于观众满意和观众忠诚的影响存在差异性。具体表现为:在观众感知中,观众参与感知和科普效果感知相比门票价格感知更为重要,且观众参与感知对观众满意的影响程度更大;在观众体验中,展品体验与设施设备体验是最关键的要素,且观众的展品体验直接影响观众满意度。基于研究结论,提出提升科技馆观众满意度的对策建议:线上线下联动,提升观众参与度;加大宣传力度,提升观众期望;更新馆藏展品,提升科普效果;增加馆内便民设施,持续优化观众体验;优化人力资源配置,提高员工管理效率。

工程尺度堆石混凝土抗压性能试验研究

随着建设的堆石混凝土坝坝高的不断增加,高坝对堆石混凝土坝的性能指标提出了更高要求,开展工程尺度(边长900 mm及以上)堆石混凝土抗压性能室内试验,对探究堆石混凝土坝的真实抗压性能具有理论和实践意义。本文制作了边长为900 mm的自密实混凝土(SCC)和堆石混凝土(RFC)立方体试件,探索了工程尺度RFC抗压性能室内试验方法。结果表明:使用钢板厚度为10 mm的钢模制作边长为900 mm的立方体试件是可行的;SCC和RFC立方体试件都呈现“X”型破坏形态,RFC立方体试件内部存在SCC的破坏、SCC和堆石结合面的破坏、堆石的破坏3种破坏类型;边长为900 mm的RFC、SCC立方体试件的抗压强度分别是标准立方体试件的抗压强度的76%、67%;边长为900 mm的RFC立方体试件抗压强度相比于SCC立方体试件增长了12.50%。该种室内试验方法不仅丰富了工程尺度堆石混凝土的试验数据,而且能为后续相关力学试验和堆石混凝土坝的设计与施工提供参考依据。

小流域生态-岩土协同减灾原理与方法初探

随着全球变暖,极端降雨事件增多,导致山区小流域灾害频发,严重威胁人民生命财产安全。小流域防灾减灾形式多样,其中生态工程措施与岩土工程措施相结合协同减灾的方式,不仅能够充分发挥两种措施在不同时间段的减灾作用,而且能够增加整体减灾功效。目前,受限于生态工程措施与岩土工程措施协同减灾原理不明,评估方法缺乏,导致二者无法有机结合并开展综合减灾效益评估。本文在基于自然解决方案的基础上,提出了山区小流域生态-岩土措施协同减灾的原理,即利用生态工程与岩土工程协作,通过坡面防护和沟道调控,形成稳定阶梯-深潭结构的生态工程-岩土工程措施协同减灾原理。在此基础上,结合地理信息系统和最优化原理,给出基于能量消减的小流域生态工程-岩土工程协同减灾功效的定量化评价方法,为规划、设计、物种选择以及生态工程与岩土工程对策的结合提供依据。

黄河流域九省区水-土-能-碳关联系统网络特征

基于区域环境扩展型投入产出模型,对黄河流域水-土-能-碳资源消耗及足迹流动、区域资源及碳排放流通状况、水-土-能-碳网络特征进行了模拟分析。结果表明:2017年黄河流域九省区水资源消耗总量为1 073.69亿m^(3),占用土地面积为266.69万km^(2),能源消耗为6.95亿t(标准煤),碳排放量为31.57亿t。在流域内部足迹流动中,河南水、土、能、碳足迹均最大,综合循环利用率最高;宁夏是最大的虚拟水资源供应地;山西能、碳足迹调出量最大;山东土地足迹循环利用率最高;青海是主要的水、土、能资源供应地,四川承接了黄河流域19.3亿t碳足迹。黄河流域水-土-能-碳关联系统的生态关系主要以竞争关系为主,控制、掠夺关系占比较小,无互利共生关系;水-土-能-碳关联系统的生态关系处于高冗余、低效率状态,能源网络的效率最高。

开挖面失稳导致地下结构变形破坏的离心模拟

城市密集地下工程结构群下进行地下空间开发遭遇复杂地质环境时,可能会导致隧道开挖面失稳从而对既有结构的安全造成巨大威胁。开展了三个离心模型试验,模拟均质粉土地基和有黏土夹层的粉土地基中多层既有地下结构,研发了模拟隧道开挖面失稳的试验技术,再现了施工扰动引发的土体破坏模式和既有结构变形破坏机理。试验表明,控制开挖面位移(0.48H,H为开挖面高度)或者开挖面附近存在黏土夹层时,其附近形成的土拱有效地控制破坏区域,显著降低既有隧道的变形和应变,最终竖向变形为0.3~0.35 m,最大拉应变为850微应变;如果开挖面位移增大至0.86H,均质粉土地基出现整体失稳,既有隧道的最终竖向变形0.48 m,最大拉应变达到1900微应变。

采用Karhunen-Loève分解计算堤坝沉降区间场

大坝的建造以及运行过程中受多种内外部多因素耦合作用,其沉降分析是复杂、非线性问题,采用非概率区间方法构造大坝沉降区间有利于定量描述多源不确定信息,使计算更加吻合实际情况。本文将基于Karhunen-Loève分解的区间场有限元方法由线弹性模型扩展至邓肯-张模型中,通过引入平方指数形式的空间依赖函数描述切线模量的空间变异性。采用以Legendre多项式为基函数的Galerkin方法计算模量变化区域的特征值与特征函数。在区间有限元的框架下,编写非线性区间本构模型Abaqus用户子程序UMAT,结合Python脚本计算大坝沉降针对于模量参数变化的响应区间,并与传统顶点集区间方法进行对比。工程实例分析表明,所提方法可以有效计算大坝沉降区间,所得到的沉降区间能涵盖顶点集区间,且有限元计算次数由指数级减少为多项式级。本文方法可以进一步扩展至大坝长期变形区间计算问题。

环境化学条件对软土电渗排水影响的试验研究

电渗排水在软土地基加固方面具有较大的应用前景。为研究土体环境化学条件对软黏土电渗排水过程的影响,开展了一系列室内试验,从电渗系数、排水量、排水速率、含水率分布等方面进行了对比分析,深入探讨土体pH值和盐度对电渗排水过程的影响机理。试验结果表明:土体pH值对土体的电渗系数和zeta电位均有明显影响,电渗系数随着pH值的升高而升高,通过测量zeta电位可以准确获取电渗系数;随着土体初始pH值的升高,电渗排水试验后阳极附近土体的含水率逐渐降低,阴极附近土体的含水率逐渐升高;在对较酸性土体的电渗试验中则出现了阴极附近土体排水固结较快的现象,对土体的整体排水过程产生不利影响;随着土体盐度的升高,电渗系数和电渗总排水量降低,能耗增大。低盐度、偏碱性的环境有利于提高电渗加固效果。

稳定分析中滑动面构造方法分析

滑动面的构造方法是边坡稳定分析的关键课题之一。任意滑动面的构造比较复杂,基于Logistic函数积分等基函数构造的曲线可以代替传统的折线形滑动面,改善滑动面的光滑性,也有利于减少其自由度。对基于基函数的滑动面构造方法进行梳理,将其划分为基于连续函数叠加的构造方法和基于积分运算的构造方法。重点对Logistic函数及其积分的性质进行分析,得到了不同参数对曲线形态的影响规律,从而缩小了相关参数的取值范围,为减小滑动面自由度提供了依据。在此基础上也给出了一种确定给定滑动面参数初值的方法。针对两个边坡算例的计算表明,所提出的方法能够满足边坡稳定分析的要求。

关于黄河流域生态保护和高质量发展的思考

黄河是中华民族的母亲河,黄河流域是重要的生态屏障和经济带,也是重要的粮食和能源基地,对我国政治、经济和文化发展具有不可替代的重要作用,黄河流域生态保护和高质量发展已上升为一项重大国家战略。黄河又是世界上最为复杂难治的河流之一,我国治理黄河历史悠久,人民治黄以来,黄河流域治理和生态保护取得了举世瞩目的成就,但仍面临诸多亟待解决的重大问题。梳理了人民治黄的辉煌成就,分析了当前治黄面临的形势与挑战,并针对如何实现黄河流域长治久安与高质量发展提出了构建流域水资源保障体系、实现流域重点地区生态环境修复与保护、完善流域防洪防凌与水沙调控工程体系等对策建议。

浅议土的复杂性

土的复杂性使人很难对其严密地定名与分类,几乎不可能精准地预测其行为。土的复杂性来源于其是天然的产物和碎散的颗粒集合体。土的天然属性使其具有三相组成,土中水成为土力学中理论上的难点,也常常是一切地质灾害与工程事故的根源。土力学教学中所谓的土是被简单化了的,与大自然中的原状土有着很大的差别。土的碎散性使其受力变形性状与物理性质相耦合,在受力变形的过程中其组成、状态、结构都处于不断地变化中,这就是其力学性质非常复杂的主要原因。通过DDA(Discontinuous deformation analysis)分析揭示了土颗粒运动与土的各种变形特性间的联系;土的湿化试验表明了塑性应变是度量土的应力-应变特性的主要因素。人类与土之间有着长期的密切的关系,土作为人类的载体、材料、工具与武器,是人类须臾不可离开的东西。在长期的生活与生产过程中,人们积累了关于土的丰富的经验,也吸取了很多教训。至今经验性的方法仍然是在岩土工程的综合判断与工程决策中的基本方法。

Rowe剪胀方程及一种新的推导方法

剪胀性是岩土材料的重要特性之一。Rowe剪胀方程是一种经典的剪胀方程,它形式简单,所需假定较少,能够反映粗粒土、岩石乃至混凝土的剪胀性。在国内外受到广泛关注,且有很多的改进和发展。但在通常的Rowe剪胀方程的推导中,有一些概念尚需要商榷,所引入的锯齿面也容易引起误导。本文对Rowe剪胀方程及其发展改进进行梳理,提出了参考面的概念,并给出了一种新的推导方法。新的推导方法比传统方法在概念上更为严密,对两种推导方法的探讨也有助于加深对Rowe剪胀方程的理解。

黄河下游平滩流量的模拟方法

在黄河流域水沙变异背景下,准确计算黄河下游平滩流量对于河道冲淤趋势预测与悬河治理十分重要。本文在比较分析已有多个黄河下游平滩流量计算方法基础上,首先建立了考虑非汛期水沙条件影响的平滩流量滞后响应模型,再提出了基于滞后响应模型和能量法的平滩流量模拟方法,结果表明:(1)小浪底运行后非汛期水沙条件发生了重要改变,已有研究提出的三种黄河下游平滩流量计算方法中,滑动平均法、滞后响应模型、能量法均无法有效模拟2000年后的黄河下游河道平滩流量。(2)建立了考虑非汛期水沙条件影响的滞后响应模型,以反映小浪底水库运行以来非汛期来水来沙条件的影响,虽然提高了平滩流量的模拟精度,但平滩流量平衡值的计算公式中部分参数差异较大,结构形式不稳定。(3)借鉴能量法的优点,改进了平滩流量平衡值计算公式,改进后的平滩流量计算方法不仅可反映全年来水来沙的影响,而且可同时反映以床沙中值粒径为代表的床面阻力的影响,新方法不仅具有一定的理论基础,而且提高了平滩流量的模拟精度。

小行星撞遇陆地成坑动力学的计算模拟

小行星撞遇陆地是一个复杂的非线性动力学过程,难以通过模型试验的方法开展相关研究。数值计算为这一灾害动力学过程分析提供了重要的工具,基于自主研发的CoSim软件中离散元(Discrete Element Method,DEM)模块初步实现了小行星撞遇陆地的大规模计算模拟。基于小行星撞遇陆地三维动力学全过程的数值仿真结果:实现了初始接触、撞遇挖掘、高速抛射和回落调整4个撞击阶段全过程仿真;小行星的碰撞入射角及撞遇过程中动力学行为将影响撞击坑的地形地貌特征。研究也表明大规模数值计算方法可较好地实现小行星撞遇地球这一动力学过程,为小行星防御提供支撑。

1960—2020年青藏高原东部主要河流的径流和泥沙变化特征

青藏高原作为“亚洲水塔”,对下游地区用水具有重要作用,在气候变化和人类活动影响下,河流的径流和输沙量已发生显著变化。选取青藏高原东部的黄河、长江、澜沧江、怒江和雅鲁藏布江五大河流源区,利用站点实测数据和Pettitt突变点检验、线性回归等统计方法,系统性地分析了1960—2020年间(近60 a)径流和泥沙的年际和季节性变化特征。主要结论为:①近60 a来,长江和怒江流域的年径流显著上升,其余流域变化不显著,径流变化存在较强的空间变异性,在2006年左右存在突变点,大部分站点的年径流在此后的十几年中均呈上升趋势;年输沙量方面,长江流域呈不显著上升,黄河、澜沧江、雅鲁藏布江流域均呈不显著下降,年际变化趋势与径流变化总体一致,但变异性更大。②对于60 a尺度的季节径流,上游站点冬、春季径流均呈增加趋势,所有站点夏、秋季径流的变化趋势与年径流总体一致,且夏季径流在空间分布上存在“北增南减”的特征。③澜沧江下游的水电梯级开发已经对下游天然径流过程产生干扰,主要表现为径流年内分布的突变,季节差异显著减小,趋于均匀化。以上结论深化了对青藏高原径流和泥沙变化特征的认识,可为开展径流趋势预估和水资源规划等提供科学参考。

北京“23•7”特大洪水复盘分析

本文分别采用地面雨量站和雷达反演降雨数据,利用北京山区洪水预报模型对北京“23•7”暴雨洪水开展了复盘分析。结果表明,雷达反演降雨与地面雨量站测量结果一致性较强,可较好地反映降雨的时空变异性;同时,利用二者分别驱动水文模型后所得的预报效果也基本一致,说明在水文预报工作中雷达反演降雨可作为地面站网的可靠替代品。本文改进的考虑北京山区产流特点的水文模型可对大部分预报断面做出较高精度的模拟。北京山区水文过程具有很强的非线性,基于不同量级历史洪水率定的水文模型参数具有不确定性,为了适应产汇流和洪水演进规律的变化,提高洪水预报的可靠性,预报实践时需要结合实况数据及时优化模型参数,完善洪水预报方案。

变化环境下黄河流域内蒙古段植被与水文要素的时空协同演变

为了探明我国干旱和半干旱区植被和水的时空演变规律,通过集成多源卫星遥感观测数据、再分析数据集与模型模拟数据,得到了黄河流域内蒙古段的降水、蒸散发、径流、表层土壤含水率、陆地总水储量变化信息,解析了2003—2018年不同土地利用类型区植被与水资源的时空演变特征,探讨了植被与各水文要素之间的相互作用规律。结果表明:黄河流域内蒙古段东部森林植被覆盖度的提升促使蒸散发增加,年均蒸散发量和径流量之和较降水量高16.5 mm,导致土壤水和地下水储量下降;农田年平均净灌溉耗水量为101.3~108.9 mm,并因农田植被覆盖度逐年增大而增加;虽然草地区域年均蒸散发和径流量之和低于降水量,但草地植被覆盖度的持续增大导致水分盈余量显著降低,草地的耗水正接近其生态水文阈值;陆地总水储量等效水高以(7.5±1.9)mm/a的速率下降,区域地下水呈现亏缺趋势;降水的年际波动对植被覆盖度和蒸散发的影响逐渐减弱,对森林表层土壤含水率变化的影响也逐渐减弱。