浅谈生态理念在水利工程中的应用

水利工程的发展对其建设水平有重要影响,因此,有必要将生态理念融入其中,以顺应时代的发展趋势。在此之上,本文简要分析了生态理念在水利工程应用中的原则,并通过引进生态材料、培养生态意识等实际应用要点,进一步促进生态水利工程的长远发展。

黄河流域植被总初级生产力对持续性干旱水分亏缺的响应

利用植被总初级生产力和高精度分层土壤含水量数据分析了2001—2020年黄河流域生长季总初级生产力时空分布和变化特征,量化了流域不同深度土壤湿度之间的相关关系,探究了不同植被类型在生长季的总初级生产力对土壤连续水分亏缺事件的响应关系。结果表明:黄河流域总初级生产力空间上呈东高西低、南高北低的分布特征,生长季耕地累积总初级生产力最大、林地次之、草地最小,研究期内流域总初级生产力整体呈上升趋势,耕地相对增速最大、草地次之、林地最小;流域土壤湿度在空间和时间上均有显著差异,表层土壤含水量波动对深层土壤含水量的影响随深度增加而减小,林地和耕地表层与深层土壤含水量的相关性远高于草地;流域草地和耕地总初级生产力对土壤水分的深度敏感区间为0~40 cm,林地的深度敏感区间为0~100 cm,在深度敏感区间内,随着土壤连续水分亏缺天数的增加,草地和耕地总初级生产力依次经历短暂平稳、加速下降、降速趋缓的变化过程,而林地总初级生产力则表现出短暂下挫、长时间平稳、加速下降的变化特征。

基于修正参数Budyko框架的黄河中游径流变化归因

受气候变化和人类活动的共同作用,黄河中游径流量不断减少。构建了植被变化与气候变化、与人类活动之间的回归方程,从而确定了其对植被变化的贡献率,再将其引入Budyko框架里代表人类活动的流域特征参数中,以确定气候变化和人类活动对径流变化的贡献。结果表明:1)气候变化和人类活动对植被变化的贡献率分别为14.73%和85.27%;2)降水弹性、潜在蒸散发弹性和流域特征弹性分别由突变前的3.04、2.03和3.05增加至突变后的3.48、2.48和3.33;3)气候变化对径流减少的相对贡献率之和为-7.6245%,对径流量增加具有一定的促进作用,而人类活动对径流减少的相对贡献率为107.6245%,是黄河中游径流减少的主要因素。

人类活动影响下塔里木河流域气象干旱向水文干旱传播的规律

为了解人类活动影响下塔里木河流域气象干旱向水文干旱传播的规律,基于标准化降水指数(SPI)和径流干旱指数(SDI)分析了气象、水文干旱的变化特征,探讨了人类活动对气象干旱向水文干旱传播规律的影响。研究结果表明:源流区气象、水文干旱均呈减弱趋势,干流气象干旱呈减弱趋势,水文干旱与之相反;随时间尺度增大,干旱历时延长;源流区气象、水文干旱以及干流气象干旱的发生频率受人类活动影响后(1993年后)均降低,仅干流水文干旱的发生频率升高;受人类活动影响后,源流区不同季节气象干旱向水文干旱的传播时间均变长,干流干旱传播时间除春季外均缩短;源流区干旱传播时间延长与气候变化有关,而干流干旱传播时间缩短主要是受人类活动的影响。

黄河流域植被水分利用效率对干旱的时空累积响应

利用植被总初级生产力和蒸散发数据,结合标准化降水蒸散发指数(SPEI)数据,分析了1982—2018年黄河流域植被水分利用效率的变化特征,量化了干旱对植被水分利用效率的累积效应。结果表明:干旱对植被水分利用效率的累积影响可利用多尺度SPEI和植被水分利用效率之间具有最大显著相关性的月份来衡量;黄河流域多年平均植被水分利用效率呈北低南高的分布格局,与多年平均植被总初级生产力的空间分布呈现一定的相似性,植被水分利用效率呈上升趋势,主要原因是植被总初级生产力增速大于蒸散发增速;干旱对黄河流域内58.48%区域的植被水分利用效率存在累积效应,其中累积时间尺度为1~2月、6~8月和19~24月尺度的占比分别达到了43.58%、23.10%和16.96%;干旱对植被水分利用效率的累积时间尺度因植被类型和水文气候条件而异,干旱对北部靠近沙漠区域的草地和农田的累积影响是长期(>18月)的,对湿润半湿润区的草地和森林的累积影响是短期(≤4月)的;平均累积时间尺度随着年均SPEI的增加而下降,SPEI越大,干旱对植被水分利用效率的累积时间尺度越短。

间歇性输水条件下塔里木河下游地下水时空变化模拟

为确定适宜的输水策略以实现塔里木河下游地下水位的快速抬升,提高生态系统的恢复力,运用GMS软件构建了塔里木河下游地下水动态模拟模型,设计单阶段、双阶段和多阶段输水情景模拟预测了地下水对不同输水情景的时空响应特征。结果表明:制定输水策略时应保证年输水量大于有效水量,当输水总量一定时,延长输水时间、扩大输水间隔有助于地下水位的快速抬升;最佳输水策略是以1月和3—11月为输水期分两个阶段输水4 500万m^(3);地下水埋深和水位变化量沿河道对称分布,地下水埋深与距河道两侧距离成正比,地下水位变化量和抬升量与时间成反比。

长江12.5m深水航道上延安徽段方案分析

安徽省为我国水运大省,马鞍山市作为安徽省重点打造的江海联运枢纽中心,近年来对深水航道的需求大增。通过调研、收集、分析长江马鞍山河段港口与航道相关资料,提出12.5m深水航道上延至马鞍山的方案:(1)南京长江大桥顶升提高通航净空;(2)采取整治工程与疏浚工程综合治理方法增加和维护航道水深;(3)研制新的江海直达船型。

基于两阶段分解和可解释机器学习的中长期径流预测

为提高月径流预测精度,提出了基于两阶段分解策略的预测模型。首先通过基于加权回归的季节趋势分解(Seasonal-Trend Decomposition Using Loess,STL)将原始径流序列分解为趋势项、季节项和残差项,再通过变分模态分解(Variational Mode Decomposition,VMD)将随机性较强的残差项进一步分解以剔除噪声,利用长短期记忆网络(Long-Short Term Memory,LSTM)、卷积神经网络(Convolutional Neural Network,CNN)和支持向量回归(Support Vector Regression,SVR)3种机器学习模型对各分量逐一预测,月径流预测结果为各分量预测值的线性集合。以澧水流域石门站为研究对象,选取平均绝对误差(Mean Absolute Error,MAE)、平均绝对百分比误差(Mean Absolute Percentage Error,MAPE)和纳什效率系数(Nash-Sutcliffe Efficiency Coefficient,NSE)等指标对模型预测精度进行综合评估,并结合SHAP(SHapley Additive exPlanations)可解释机器学习方法探究最优模型中各输入特征对径流预测结果的贡献程度。结果表明:LSTM和CNN模型预测精度整体优于SVR模型,但模型结构差异造成的预测精度变化小于输入项差异造成的变化;两阶段分解后各分量对预测结果的贡献优于其他输入特征,模型预测精度整体提升,且对高流量事件预测精度的提升尤为显著。

基于多目标混合蛙跳差分进化算法的皂市水库优化调度

随着社会经济的发展和对生态保护需求的增强,以防洪和兴利为目标的传统水库综合调度已经不能满足多样化的需求,进行多目标的水库综合优化调度显得尤为重要。为实现皂市水库水资源综合效益最优化,平衡社会效益、经济效益和生态效益,面向水库的发电、供水和生态要求,在不同来水条件下建立基于多目标混合蛙跳差分进化算法(Multi-objective Shuffled Frog Leaping Differential Evolution Algorithm,MSFL-DEA)求解的皂市水库优化调度模型,并采用层次分析法(Analytic Hierarchy Process,AHP)与逼近理想点法(Technique for Oder Preference by Similarity to Ideal Solu⁃tion,TOPSIS)的组合赋权法进行不同决策偏好的方案优选。结果表明:随上游来水减少,水库的发电效益下降最为显著,其次为生态效益和供水效益;各来水频率下,生态与发电、供水与生态的竞争关系相对更为明显,发电与供水之间相对较弱;根据不同决策偏好,得出供水优先、发电优先、生态优先以及均衡优化4组方案,对比认为均衡方案偏向折中,且年内各月的供水、生态及发电过程也相对协调(以P=75%为例);该方案在来水频率分别为50%、75%和95%时,年发电量分别为3.697、2.981、2.155亿kWh,供水满足度为0.871、0.775、0.702,生态满足度为0.861、0.699、0.615。研究成果有利于提高水资源利用效率,为皂市水库的科学调度决策提供参考。

大扩散角二级消力池对三元水流的调整影响

针对闸下翼墙每侧扩散角为12°时,中低水位期单级消力池出池流速横向分布易不均匀的问题,基于物理模型试验,研究了二级消力池布置时出池流速横向分布变化规律。结果表明,随着下游水位降低,第二级消力池尾坎左右岸处的出池流速呈减小—增大—减小—增大四个阶段变化,各阶段的起始水位高低和水位区间大小与来流弗劳德数Fr密切相关,来流Fr越小,第二级消力池内水跃横向扩散主流的能力越强,受到第一级消力池两侧回流的干扰越小,阶段二的水位区间范围越大,且更适应中低水位;下游水位越接近阶段二的终止水位,第二级消力池尾坎两端流速越大,出池流速横向分布越均匀;Fr相同时,第二级消力池调整水流作用在低水位时更显著,消能率更大。该成果可供闸下消能设计和闸门运行管理参考。

高校思政教育融入家国情怀的必要性及策略

家国情怀沉淀于中华优秀传统文化的深处,是每一个中华儿女心中最为深沉的情感。家国情怀的存在铸就了整个民族独有的凝聚力、认同感和归属感,让每一个中华儿女的灵魂深处变得不再空虚。当代中国正走在民族复兴的伟大道路上,家国情怀的重提既有必要性,也有无比深刻的时代意义。大学生作为未来担起民族复兴大业重任的时代新人,家国情怀的厚植必定会为其个人奋斗注入强大的精神动力,促进其实现更高的个人价值,助力民族复兴大业的稳步实现。

基于水资源生态足迹的马鞍山市水资源可持续利用评价

以水资源生态足迹模型为基础,综合研究马鞍山市2016-2021年统计得出的各项相关数据。马鞍山市2016-2021年水资源生态足迹呈波动下降趋势,其值范围为0.0439-0.0552 hm^(2)/人,马鞍山市人均水资源承载力在0.0011-0.0043 hm^(2)/人之间,人均水资源赤字在0.0405-0.0530 hm^(2)/人之间,水资源负载指数的均值数据是20.10,万元GDP水资源生态足迹年平均降低12.46%。分析结果表明,马鞍山市水资源利用效率显著提高,水生态压力有所减小,但水资源仍处于不可持续状态。通过对马鞍山市水资源可持续利用现状进行分析评价,以期为区域未来水生态文明建设和可持续发展提供相关支持。

洪泽湖中低水位下泄流能力数值模拟

为研究淮河中下游发生中小洪水时洪泽湖的泄流能力,建立淮河蚌埠至洪泽湖出湖口三河闸段一二维耦合水动力模型,模拟分析了重点河段切滩对洪泽湖中低水位下泄流能力的影响及切滩前后的流域行洪过程。结果表明:在5年一遇洪水过程下,洪峰时刻淮河干流蚌埠、临淮关、香庙、浮山和洪山头等水文站水位较切滩前分别下降0.02 m、0.07 m、0.21 m、0.55 m和0.70 m,漫滩时间分别减少1 d、4 d、9 d、9 d和17 d;洪泽湖三河闸站水位最高值为13.33 m,相比切滩之前升高0.07 m,湖泊对应的下泄流量为8300 m^(3)/s,较切滩前增大800 m^(3)/s,泄流能力提高11%。

基于地表径流量预测的玛纳斯河流域绿洲适宜规模计算

基于神经网络算法和水热平衡原理,结合水文、气象数据,构建了玛纳斯河绿洲适宜规模模型,分析计算了1990—2020年绿洲适宜规模与现状规模,预测了2021—2030年流域地表径流量和绿洲适宜规模。结果表明:1990—2000年、2001—2010年、2011—2020年绿洲适宜规模分别为11003.3 km^2、9902.8 km^2和9075.2 km^2,现状规模分别为13388 km^2、14095 km^2和14548 km^2,稳定系数分别为0.46、0.43和0.40;2021—2030年玛纳斯河流域平均地表径流量为30.05亿m^3,绿洲适宜规模为8555.6 km^2;绿洲处于亚稳定状态,为保证未来绿洲的稳定发展,应使其处于适宜规模下。

海水拌制珊瑚混凝土中不锈钢钢筋的锈蚀速率

为探究不锈钢钢筋珊瑚混凝土的长期耐蚀性,采用线性极化、交流阻抗、极化曲线等方法,研究了珊瑚混凝土中304、2205不锈钢钢筋在3.5%NaCl溶液中750 d的锈蚀电流密度,并与强度等级相当的普通混凝土中碳钢钢筋进行对比.结果表明:珊瑚混凝土中不锈钢钢筋锈蚀电流密度始终低于0.10μA/cm^(2),750 d后不锈钢钢筋仍处于钝化状态,其中2205不锈钢钢筋的锈蚀电流密度更低;普通混凝土中碳钢钢筋腐蚀电流密度始终维持在珊瑚混凝土中不锈钢钢筋的10倍以上,750 d时碳钢钢筋发生了明显锈蚀;线性极化法测量的钢筋锈蚀状态与实际观察结果吻合较好,更适用于测量混凝土中钢筋锈蚀状态.

洪泽湖换水能力的时空分布特征

为研究洪泽湖换水能力的时空分布特征,基于MIKE21建立洪泽湖二维水动力模型,模拟分析了洪泽湖不同湖区的换水周期;考虑洪泽湖的流场呈现风生流和吞吐流双重特点,分析了不同季节和不同风场条件下换水周期的空间变化特征。结果表明:洪泽湖换水周期空间异质性明显,从南到北梯度递增,冬季和春季全湖平均换水周期较长,分别为75 d和60 d,秋季和夏季的全湖平均换水周期较短,分别为49 d和31 d;实际风场对洪泽湖的换水能力起到正向作用,东南风对洪泽湖的换水能力起正向作用,东北风对洪泽湖的换水能力起到抑制作用。

基于“道法自然”工科专业课程思政元素融合及实践

文章以现代大学生某种极端思想倾向为出发点,论述了工科专业课程思政的意义及内涵;对课程思政元素展开分析,指出家国情怀是所有学科课程思政的共同点,“道法自然”是工科学科课程思政的立足点;以土力学课程为例,基于“道法自然”的视角,论述了课程思政元素中所包含的哲学思想、敬畏意识、责任担当意识和工程伦理意识;从教师素质、教学方法、教学手段等方面提出了提高工科课程思政效果的具体措施。

囊式扩大头锚索在航道边坡整治中的应用研究

以南京市秦淮河航道边坡整治工程为背景,选择某一航段左右两岸分别进行普通锚杆和囊式扩大头锚索荷载-位移关系试验。现场试验结果表明,在相同长度、相同规格条件下,囊式扩大头锚索承载力明显更大;在相同设计承载力条件下,囊式扩大头锚索长度明显更小。数值模拟结果显示,应用囊式扩大头锚索可以明显减少桩顶水平方向的位移。得出结论为:应用囊式扩大头锚索替代普通锚杆,能有效提高承载力,控制变形,保证结构安全,具有显著的经济与社会效益。

不同材料增强处理再生骨料对混凝土抗压强度的影响

研究了水泥浆、偏高岭土地聚物、掺粉煤灰偏高岭土地聚物、水泥浆-偏高岭土地聚物增强处理再生骨料对混凝土抗压强度的影响。结果表明:四种增强材料处理的再生骨料对混凝土抗压强度的影响顺序大小为水泥浆-偏高岭土地聚物>偏高岭土地聚物>水泥浆>掺粉煤灰偏高岭土地聚物。

移民安置方式在西藏某水电站开发中的分析研究

水库移民安置是伴随着水利水电工程建设而产生的,它与当今世界面临的人口、资源、环境等问题密切相关,而西藏是一个以少数民族藏族居民为主的地区,水电工程建设所带来的征地移民安置问题是目前影响西藏地区水电开发的难题之一.以西藏某水电站为例,在计算分析移民安置人口和移民环境容量的基础上,定性分析了5种移民安置方式的适宜性,结合其移民安置方式、环境容量以及安置方式适宜性进行分析评价并得出结论,该水电站采取以逐年货币补偿为主的安置方式是较为适宜的.